一種船用雷達船首幹擾抑制方法
2023-10-20 17:16:17
專利名稱：一種船用雷達船首幹擾抑制方法
技術領域：
本發明屬於船用雷達技術領域，針對船用雷達中船首幹擾的抑制方法。
背景技術：
在現代化的船舶導航設備中，船用雷達由於探測範圍廣，精度高，受天氣，能見度等自然因素幹擾小，成為船舶不可缺少的導航設備之一。隨著近幾十年來數字計算技術和大規模集成電路技術的發展，運用數位訊號處理方法處理雷達信號取得了很好的效果。數位化船用雷達相對於傳統的模擬式雷達性能更穩定、功能更完善、顯示更清晰、操作更方便，是船用雷達的發展趨勢。雷達回波信號存在許多因素產生的雜波幹擾，船首幹擾區域示意圖如圖1所示， 其中，船首幹擾的產生是由於雷達接收到船舶本身反射的回波，由於船舶本身與雷達之間的距離近，相對位置固定，船首幹擾相對於其它幹擾，有其固有的特點幹擾強度高且穩定， 幹擾的顯示位置和面積大小相對固定。如果直接將未經船首幹擾抑制的回波信號用於顯示，將在船首方向持續出現大量的虛假目標，嚴重影響船用雷達的性能。在現有的船首幹擾抑制方法中，大多通過統計先驗知識在船首人為設置粗略的固定區域，在該區域內抑制船首幹擾，這種方法雖然簡單易行，但是精度較低，容易對可能出現在船首區域的真實目標產生衰減，降低了船用雷達在複雜環境下的適應性。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有的船用雷達船首幹擾問題，提出了一種船用雷達船首幹擾抑制的方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種船用雷達船首幹擾抑制方法，包括如下步驟，Si.初始化船首窗口，即以船首中心為參考初始化船首矩形窗口，對於船首位置， 船首的中心方位角已知，以船首中心向兩邊遞減，當距離向高度遞減到高度為h = α Haver 時，為距離向的閾值點，計算船首中心到距離向的閾值點的寬度，記為WJPW,，其中，α ^ 1 為高度權係數，HavCT表示雷達附近的海雜波距離向的平均高度，以寬度為W = (W^ffr)，高度為H，中心在船首的矩形窗口為初始化船首幹擾區域，H表示船首矩形窗口的經驗高度，初始化幹擾強度為0，設置區域更新的幀數上限N，幀數積累的上限M,區域更新的幀序列號i =0，幀數積累的幀序列號j = 0 ；S2.接收第i幀雷達數據，且將此幀數據與幹擾強度在船首幹擾區域內相減得到船首抑制後的雷達數據；S3.判斷是否滿足區域更新條件，即若i = N，則令i = 0 ；否則，若0彡i < M，則 i = i+Ι，轉入步驟S4 ；如果不是，則i = i+Ι，轉入步驟S2 ；S4.積累第j幀數據，判斷積累是否完成，若j =M-1，令j = 0，轉入步驟S5，如果不是，令j = j+Ι，轉入步驟S2;
S5.進行幹擾區域擬合和幹擾強度估計，對積累的M幀雷達數據取平均，二值化後得到表徵船首形狀的二值圖像，在粗略的船首區域內通過多項式擬合獲得精確的船首幹擾區域，在精確的船首區域內對M幀極坐標數據取平均，此均值即為估計的船首幹擾強度，更新船首幹擾區域和強度，進行下一次擬合和估計，返回步驟S2。本發明的有益效果本發明的方法通過初始化船首窗口，先粗略的定位船首區域， 獲得檢測後以多項式擬合船首幹擾區域，獲得精確的船首幹擾區域，處理的範圍小，效果準確；以積累的M幀船首數據計算船首幹擾的強度，算法簡單易行，運算速度快；在雷達工作時間內定時更新船首幹擾區域，對複雜環境的適應性強。
圖1船首幹擾區域示意圖。圖2本發明的船首幹擾抑制流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，給出本發明的具體實施例。需要說明的是實施例中的參數並不影響本發明的一般性。本發明實施例的參數為船用雷達一幀圖像取為一個圓周的掃描數據，方位角取值為0-1023，共1024個方位角，顯示半逕取值為0-351，共352個點(15時屏)，均值通過M 幀數據積累獲得，運行N幀之後重新積累。假設船用雷達視頻信號中有4種像素值，它們分別是目標、背景和兩種尾跡。在雷達探測的原始極坐標數據中，可以獲得雷達附近的海雜波距離像平均高度為HavCT，設定船首矩形窗口的經驗高度為H。需要明確的是一個圓周的圖像數據來自船用雷達天線轉動一周測量得到，本實施例中掃描一周的角度為1024個角度。具體的船首抑制流程如圖2所示，實施步驟如下Si.初始化船首窗口，首先以船首中心為參考初始化船首矩形窗口。對於船首位置，船首的中心方位角已知，以船首中心向兩邊遞減，當距離向高度遞減到高度為h = α Haver (α 為高度權係數)的點時，計算船首中心到這兩點的寬度W1和I。以寬度為W =(WfW^，高度為H，中心在船首的矩形窗口為初始化船首幹擾區域。幹擾區域確定後，設初始化幹擾強度為0。在步驟Sl中粗略的定位了船首區域。S2.對每次到達的第i幀數據，在船首幹擾區域內提取該幀對應的船首區域數據， 將其與加權(幹擾強度權係數為β)的船首幹擾強度相減，獲得船首幹擾抑制後的數據，將該幀數據輸出顯示。S3.判斷是否滿足區域更新條件，即若i = N，則令i = 0 ；否則，若0彡i < M，則 i = i+Ι，轉入步驟S4 ；如果不是，則i = i+Ι，轉入步驟S2 ；S4.積累第j幀數據，判斷積累是否完成，即若j =M-1，令j = 0，轉入步驟S5，如果不是，令j = j+1，轉入步驟S2 ；S5.進行船首幹擾區域擬合和船首幹擾強度估計。該步驟的主要目的是為了在Sl 步驟設置的初始化船首幹擾區域窗口內，通過多項式方程擬合精確的幹擾區域，並在船首幹擾區域內估計幹擾強度，最後以新的擬合區域和幹擾強度更新上一次保存，並返回步驟 S2。具體包括如下步驟S51.對積累的M幀極坐標雷達視頻數據取平均，利用閾值法二值化後可以得到表徵船首形狀的二值圖像，此二值圖像在艦船近距離位置將以船首為中心呈現凸形分布， 利用步驟Sl中定位的粗略的船首區域，在粗略的船首區域內方位向設置K個採樣點X = {χι，χ2，···，χκ}，得到距離向高度採樣值y = Iy1, y2,... ,yj ο 離散化 = 2p(i e [Ι,Κ], ρ e N)，以利於雷達系統的並行處理。S52.擬合船首幹擾區域。如果直接利用採樣值擬合船首幹擾區域，一方面增加系統存儲採樣值的負擔；另一方面，由於採樣值受幹擾影響起伏較大，難以獲得船首幹擾區域的平滑描述。因此在船首幹擾區域內，以S51中離散化的採樣值為擬合的源數據，通過多項式擬合採樣點獲得幹擾區域的精確描述。多項式方程如下
權利要求
1.一種船用雷達船首幹擾抑制方法，包括如下步驟，51.初始化船首窗口，即以船首中心為參考初始化船首矩形窗口，對於船首位置，船首的中心方位角已知，以船首中心向兩邊遞減，當距離向高度遞減到高度為h = α Haver時，為距離向的閾值點，計算船首中心到距離向的閾值點的寬度，記為巧和^，其中，α 為高度權係數，Hara表示雷達附近的海雜波距離向的平均高度，以寬度為W = (W^ffr)，高度為H， 中心在船首的矩形窗口為初始化船首幹擾區域，H表示船首矩形窗口的經驗高度，初始化幹擾強度為0，設置區域更新的幀數上限N，幀數積累的上限M,區域更新的幀序列號i = 0，幀數積累的幀序列號j = 0 ；52.接收第i幀雷達數據，且將此幀數據與幹擾強度在船首幹擾區域內相減得到船首抑制後的雷達數據；53.判斷是否滿足區域更新條件，即若i= N，則令i = 0 ；否則，若0彡i < M，則i = i+Ι，轉入步驟S4 ；如果不是，則i = i+Ι，轉入步驟S2 ；54.積累第j幀數據，判斷積累是否完成，若j= M-I，令j = 0，轉入步驟S5，如果不是， 令j = j+Ι，轉入步驟S2;55.進行幹擾區域擬合和幹擾強度估計，對積累的M幀雷達數據取平均，二值化後得到表徵船首形狀的二值圖像，在粗略的船首區域內通過多項式擬合獲得精確的船首幹擾區域，在精確的船首區域內對M幀極坐標數據取平均，此均值即為估計的船首幹擾強度，更新船首幹擾區域和強度，進行下一次擬合和估計，返回步驟S2。
2.根據權利要求1所述的船用雷達船首幹擾抑制方法，其特徵在於，步驟S5所述的二值化是利用閾值法進行的。
3.根據權利要求1所述的船用雷達船首幹擾抑制方法，其特徵在於，步驟S5所述的多項式擬合是利用最小二乘法求解多項式的擬合參數。
全文摘要
本發明屬於船用雷達技術領域，公開了一種船用雷達船首幹擾抑制方法。針對現有的抑制方法精度較低，容易對可能出現在船首區域的真實目標產生衰減，降低了船用雷達在複雜環境下的適應性的問題，本發明的方法通過初始化船首窗口，先粗略的定位船首區域，獲得檢測後，以多項式擬合船首幹擾區域，獲得精確的船首幹擾區域，處理的範圍小，效果準確；以積累的M幀船首數據計算船首幹擾的強度，算法簡單易行，運算速度快；在雷達工作時間內定時更新船首幹擾區域，對複雜環境的適應性強。
文檔編號G01S7/41GK102253378SQ20111016376
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者方慶, 段昶 申請人:電子科技大學