一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法
2024-01-19 06:17:15
一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法，首先對浮標進行定位，依次包括這些步驟：獲取浮標的初步定位信息、設置定位窗口、脈組積累、銳化處理、多周期反饋式積累、二維單元平均恆虛警率檢測、點跡凝聚、檢驗點跡的有效性和生成並確認浮標告警窗口。然後，在所生成的浮標告警窗口中利用一定方法進行浮標監視。與現有技術相比，本發明不僅可以提高浮標的信雜比，也可以提高可監視的浮標的數量，提高浮標告警的可信度。
【專利說明】一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達目標處理領域，尤其涉及一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法。
【背景技術】
[0002]浮標是一種浮於水面的航標，錨定在指定位置，用以標示航道範圍、指示淺灘、礙航物或表示專門用途的水面助航標誌，在水面安全航行方面具有重要的作用。浮標的一端繫於水底，由於碰撞等原因可能導致浮標丟失，有必要對浮標的丟失及時提供告警信息。
[0003]另外，對於水面小目標、慢速(2-3節以下)目標的跟蹤，一直以來面臨著極大的困難。原因之一是由於其信雜比不高，檢測概率低；原因之二是對於水面固定的或者慢速目標，由于波浪以及方位解析度的原因，目標點跡在方位上呈現搖擺的特點。
【發明內容】
[0004]為了解決上述【背景技術】存在的技術問題，本發明旨在提供一種基於雷達視頻的浮標定位及浮標丟失告警的方法，從而準確定位浮標方位，及時提供告警信息。
[0005]為了實現上述的技術目的，本發明的技術方案為:`[0006]一種基於雷達視頻的浮標定位的方法，步驟包括:
[0007]第一步:獲取浮標的初步定位信息；
[0008]第二步:設置定位窗口；
[0009]第三步:脈組積累；
[0010]第四步:銳化處理；
[0011]第五步:多周期反饋式積累；
[0012]第六步:二維單元平均恆虛警率檢測；
[0013]第七步:點跡凝聚；
[0014]第八步:檢驗點跡的有效性；
[0015]第九步:生成並確認浮標告警窗口 ；
[0016]上述的第一步中，在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮標相對於雷達的極坐標值來表示距離和方位的。
[0017]上述的第二步中，定位窗口是以初步定位信息為中心，具有一定距離寬度和方位寬度的扇形窗口，該定位窗口內只能含有此浮標這一個固定目標，不能包含其它的固定目標。
[0018]上述的第八步中，檢驗點跡的有效性需要對以上步驟連續處理N個天線周期，設檢測概率為P D，若N個周期中，浮標定位窗口中有效點跡數小於NX P D，則此次定位失敗，重新對浮標進行定位；否則，分別統計N個周期中浮標定位窗口中有效點跡的距離標準差和方位標準差；如果距離標準差 > 距離分辨力或者方位標準差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標進行定位。[0019]上述的第九步中，分別計算N個周期中浮標定位窗口中有效點跡的平均距離?、
平均方位#、平均距離展寬和平均方位展寬，並以極坐標為中心，生成距離寬度和
方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標告警窗口 ；將浮標告警窗口在P顯或者電子海圖上和一次視頻疊加顯示，由操作員確認浮標回波是否完全處於浮標告警窗口中心，如果是，操作員確認此定位信息有效；否則，重新對浮標進行定位。
[0020]一種基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法，在所生成的浮標告警窗口中進行以下步驟，包括:
[0021]第一步:脈組積累；
[0022]第二步:銳化處理；
[0023]第三步:權重中心對稱衰減的多周期反饋式積累；
[0024]第四步:二維單元平均恆虛警率檢測；
[0025]第五步:點跡凝聚；
[0026]第六步:選擇關聯點跡；
[0027]第七步:判斷浮標是否丟失。
[0028]上述的第三步中，權`重中心對稱衰減的多周期反饋式積累是以告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側權重逐漸對稱指數衰減的多周期反饋式積累。
[0029]上述的第六步中，選擇關聯點跡是指從告警窗口所凝聚出的點跡中，根據點跡與告警窗口中心之間的歸一化距離小於一定門限的原則，挑選出點跡作為關聯點跡，其中，點跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
r ? ^ iKmi
[0030]dis =--1--
% σθ
[0031]其中，Cltl和Qtl分別表示告警窗口中心的距離和角度，屯和Q1分別表示浮標告警窗口內點跡的距離和角度，σ 0分別表示浮標告警窗口內點跡的距離精度和方位精度。
[0032]上述的第七步中，判斷浮標是否丟失需要對以上步驟連續處理K個天線周期，如果挑選出的關聯點跡數是零，則宣布浮標丟失，向用戶提出浮標丟失的告警信息。
[0033]採用上述技術方案帶來的有益效果是:
[0034](I)本發明利用浮標是固定目標的特性，有針對性地使用了銳化、權重中心對稱衰減的多周期反饋式積累等技術手段，提高了浮標的信雜比。
[0035](2)本發明首先對浮標進行定位，對信噪比極低的浮標定位窗口採取相關信號處理步驟，生成浮標告警窗口。然後，在所生成的浮標告警窗口中根據一定方法進行浮標監視。與直接使用浮標位置相比，該方法不僅可以提高浮標的信雜比，也可以提高可監視的浮標的數量，提高浮標告警的可信度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明的基於雷達視頻的浮標定位的方法流程框圖。
[0037]圖2為本發明的基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法流程框圖。【具體實施方式】
[0038]圖1所示出的本發明的基於雷達視頻的浮標定位的方法的實施流程圖。
[0039]第一步:獲取浮標的初步定位信息。在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標的初步定位信息。初步定位信息是用浮標相對於雷達的極坐標值來表示距離和方位的。電子海圖中提取的是浮標的地理坐標，需要以雷達的地理坐標為坐標原點，將浮標的地理坐標轉化為極坐標值。
[0040]第二步:設置定位窗口。以初步定位信息為中心，設置具有一定距離寬度和方位寬度的浮標定位扇形窗口，稱為定位窗口，該定位窗口內應當僅僅含有此浮標一個固定目標，不能包含其它的固定目標。如果是人工指定的定位信息，定位窗口的寬度應當考慮浮標回波大小以及浮標位置的隨機擺動的特性。如果是通過電子海圖自動獲取的定位信息，定位窗口的寬度還應當考慮到雷達視頻與電子海圖之間的系統誤差。
[0041]第三步:脈組積累。通過將定位窗口內一定方位寬度內的脈衝相加取均值得到的。對於非起伏目標，可以改善單個脈衝的最小可檢測信噪比。
[0042]第四步:銳化處理。通過對定位窗口內所有雷達分辨單元上的幅度進行平方得到的。經過銳化處理，可以提高定位窗口內雷達視頻的對比度。
[0043]第五步:多周期反饋式積累。對定位窗口內所有雷達分辨單元上的幅度與存儲的上一個天線周期在相同雷達分辨單元上的幅度進行加權，並將積累後視頻作為新的雷達視頻進行存儲。
[0044]第六步:二維單元平均恆虛警率檢測。在多周期反饋式積累的雷達視頻收斂後，以定位窗口內所有雷達分辨單元上的平均幅度作為雜波功率的估計值，乘以一個比例係數作為檢測門限，比檢測門限小的幅度都置為零。
[0045]第七步:點跡凝聚。在定位窗口內採用強連通法進行點跡凝聚，經過以上處理後，浮標回波應當是強連通的，即浮標回波`中所有雷達分辨單元上的幅度都大於零。如果凝聚出多個點跡，則將所有點跡都認為是無效點跡；否則，給出有效點跡的位置。
[0046]第八步:檢驗點跡的有效性。檢驗點跡的有效性需要連續處理N個天線周期。設檢測概率P D,若N個周期中，浮標定位窗口中有效點跡數小於N X P D，則此次定位失敗，重新對浮標進行定位；否則，分別統計N個周期中浮標定位窗口中有效點跡的距離標準差和方位標準差。如果距離標準差 > 距離分辨力或者方位標準差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標進行定位。
[0047]第九步:生成並確認浮標告警窗口。分別計算N個周期中浮標定位窗口中有效點
跡的平均距離?、平均方位,、平均距離展寬和平均方位展寬，並以極坐標為中心，生
成距離寬度和方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標告警窗口。將浮標告警窗口在P顯或者電子海圖上和雷達視頻疊加顯示，由操作員確認浮標回波是否完全處於浮標告警窗口中心，如果是，操作員確認此定位信息有效；否則，重新對浮標進行定位。
[0048]可以看出，採用本實施例所述的方法實現浮標定位，主要是利用了浮標是固定目標的特性，有針對性地使用了銳化、多周期反饋式積累等技術手段，提高了浮標的信雜比。[0049]如圖2所示的本發明的基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法的實施流程圖。在上述生成的浮標告警窗口內，進行以下步驟:
[0050]第一步:脈組積累。通過對上述浮標告警窗口內一定方位寬度內的脈衝相加取均值得到的。對於非起伏目標，可以改善單個脈衝的最小可檢測信噪比。
[0051]第二步:銳化處理。通過對浮標告警窗口內所有雷達分辨單元上的幅度進行平方得到的。經過銳化處理，可以提高定位窗口內雷達視頻的對比度。
[0052]第三步:權重中心對稱衰減的多周期反饋式積累。是以浮標告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側權重逐漸對稱指數衰減的多周期反饋式積累。權重中心對稱衰減的目的是為了減少告警窗口中可能存在的船隻對浮標的影響。
[0053]第四步:二維單元平均恆虛警率檢測。以浮標告警窗口中所有雷達分辨單元上的平均幅度作為雜波功率的估計值，乘以一個比例係數作為檢測門限，比檢測門限小的幅度
都置為零。
[0054]第五步:點跡凝聚。在浮標告警窗口內採用強連通法進行點跡凝聚。經過以上處理後，浮標回波應當是強連通的，即浮標回波中所有雷達分辨單元上的幅度都大於零。
[0055]第六步:選擇關聯點跡。從浮標告警窗口所凝聚出的點跡中根據點跡與浮標告警窗口中心之間的歸一化距離小於一定門限的原則，挑選出點跡作為關聯點跡。其中，點跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
【權利要求】
1.一種基於雷達視頻的浮標定位的方法，其特徵在於，步驟包括: 第一步:獲取浮標的初步定位信息； 第二步:設置定位窗口 ； 第三步:脈組積累； 第四步:銳化處理； 第五步:多周期反饋式積累； 第六步:二維單元平均恆虛警率檢測； 第七步:點跡凝聚； 第八步:檢驗點跡的有效性； 第九步:生成並確認浮標告警窗口。
2.如權利要求1所述的一種基於雷達視頻的浮標定位的方法，其特徵在於，第一步中，在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮標相對於雷達的極坐標值來表示距離和方位的；第二步中，定位窗口是以初步定位信息為中心，具有一定距離寬度和方位寬度的扇形窗口，該扇形窗口內只能含有此浮標這一個固定目標，不能包含其它的固定目標。
3.如權利要求1所述的一種基於雷達視頻的浮標定位的方法，其特徵在於，第八步中，檢驗點跡的有效性需要對以上步驟連續處理N個天線周期，設檢測概率為Pd，若N個周期中，浮標定位窗口中有效點跡 數小於NXPd,則此次定位失敗，重新對浮標進行定位；否則，分別統計N個周期中浮標定位窗口中有效點跡的距離標準差和方位標準差；如果距離標準差 > 距離分辨力或者方位標準差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標進行定位。
4.如權利要求1所述的一種基於雷達視頻的浮標定位的方法，其特徵在於，第九步中，分別計算N個周期中浮標定位窗口中有效點跡的平均距離d'平均方位I平均距離展寬和平均方位展寬，並以極坐標為中心，生成距離寬度和方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標告警窗口 ；將浮標告警窗口在P顯或者電子海圖上和一次視頻疊加顯示，由操作員確認浮標回波是否完全處於浮標告警窗口中心，如果是，操作員確認此定位信息有效；否則，重新對浮標進行定位。
5.一種基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法，其特徵在於，在權利要求1中所生成的浮標告警窗口中進行以下步驟，包括: 第一步:脈組積累； 第二步:銳化處理； 第三步:權重中心對稱衰減的多周期反饋式積累； 第四步:二維單元平均恆虛警率檢測； 第五步:點跡凝聚； 第六步:選擇關聯點跡； 第七步:判斷浮標是否丟失。
6.如權利要求5所述的一種基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法，其特徵在於，第三步中，權重中心對稱衰減的多周期反饋式積累是以告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側權重逐漸對稱指數衰減的多周期反饋式積累。
7.如權利要求5所述的一種基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法，其特徵在於，第六步中，選擇關聯點跡是指從告警窗口所凝聚出的點跡中，根據點跡與告警窗口中心之間的歸一化距離小於一定門限的原則，挑選出點跡作為關聯點跡，其中，點跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
8.如權利要求5所述的一種基於雷達視頻的浮標丟失告警的方法，其特徵在於，第七步中，判斷浮標是否丟失需要對以上步驟連續處理K個天線周期，如果挑選出的關聯點跡數是零，則宣布浮標丟失，向用戶提出浮標丟失的告警信息。
【文檔編號】G01S13/06GK103760553SQ201310647167
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】張建龍, 丁春, 邱志遠, 姚遠, 匡華星, 張燦 申請人:南京鵬力系統工程研究所, 中華人民共和國江蘇海事局