CN101865995B - 一种机场雷达信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机场雷达信号的处理方法，包括以下步骤：步骤一，在机场的卫星视图上描绘出整个机场区域图，并标识为有效区域；步骤二，将场面监视雷达天线方位360度角平分为M等份，将距离采样单元平分为N等份；步骤三，逐个计算所述地理信息表中每个点(x_ji，y_ji)的值，并判断该点是否在所述机场区域图的有效区域内；步骤四，依据所述过滤表对于监视雷达天线采集的数据信号进行过滤；步骤五，通过文件操作函数加载地理信息表。本发明应用广泛，地理信息的来源也是多样性的，背景视频杂波数据占整个数据的数据量越大，本发明的效果就越明显。本发明减少了雷达视频数据处理量，提高目标识别概率及跟踪效果。

Description

一种机场雷达信号的处理方法

技术领域

本发明涉及涉及到雷达录取终端数据处理技术，特别是一种机场雷达信号的处理方法。 

背景技术

雷达在军事或民间各领域有着广泛的应用。如军事上的对海警戒雷达、对空警戒雷达、引导雷达等，民用的气象雷达、场面监视雷达等。不同用途的雷达对信号的检测处理要求也不全一样。如军用的警戒雷达、民用的场面监视雷达等要求对雷达探测范围内的目标实现全域目标的跟踪处理。一般来说，两坐标雷达是利用电磁的反射回波经扫描变换后在显示器上形成图像，不管是飞机、船只、岛屿或是建筑物都会在显示器上留下回波视频。很多应用场合，岛屿、陆地或建筑物形成的数据是没有必要进行处理的，而这些数据又占整个视频数据的大部分，导致数据处理量庞大，处理效率低，同时这些数据又容易形成假目标，如小岛的回波与大型货船的回波视频差别不大以至于被误认为目标。 

在现有的雷达视频处理设备中，很多情况下对雷达的背景视频杂波(在雷达探测范围内的散射体所形成的但是雷达不感兴趣的回波)不做处理，有的虽然做了处理，但是采用了普通的地图数据，精度没有卫星地图高。 

由于雷达回波存在背景视频杂波数据，并且背景越复杂背景视频杂波数据量越大，如果不进行事先的处理，则增加了雷达录取终端的数据处理量，对最终的跟踪效果等带来很大的影响。此外，如果背景地图精度不高的话，可能导致背景视频杂波去除不完全或者误将有效区域的回波当作背景视频杂波去除。 

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种机场雷达信号的处理方法。 

技术方案：本发明公开了一种机场雷达信号的处理方法，包括以下步骤： 

步骤一，在机场的卫星视图或者能反应出机场详细地貌布局的地图上描绘出整个机场区域图，并标识为有效区域，在所述有效区域内找到所有建筑物和草坪，并描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置以及场面监视雷达天线所在位置，将所述建筑物、草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标格式； 

步骤二，将场面监视雷达天线方位360度角平分为M等份，将距离采样单元平分为N等份，每等分为D米，构建大小为T_size＝M*N的地理信息表，利用所述建筑物、 草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标(X，Y)，计算表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji； 

步骤三，逐个计算所述地理信息表中每个点(x_ji，y_ji)的值，并判断该点是否在所述机场区域图的有效区域内，如果在有效区域内则判定为真值1，否则为假值0，由此构建过滤表； 

步骤四，依据所述过滤表对于监视雷达天线采集的数据信号进行过滤，即对于第j个方位第i个距离，查询过滤表中的V_ji值，如果V_ji值为真则处理，如果V_ji值为假则过滤，从而构建地理信息表； 

步骤五，通过文件操作函数(Windows系统下的文件操作标准函数)加载地理信息表，并使用一个大小与T_size＝M*N的地理信息表相同的二维数组，保存所述地理信息表，通过底层驱动函数(标准的写FPGA驱动函数)将所述而为数组送给FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)，FPGA硬件在检测雷达回波的同时将雷达回波与所述而为数组数组中的值相比较，如果对应值为1则判定在有效区域中，如果对应值为0则剔除。 

本发明步骤一中使用Google Earth卫星图，当然也可以采用其他直接反应地表状态的卫星图，该卫星图可以采用各种数据格式，本发明方法都可以兼容。 

本发明采用顶点法描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置。 

本发明采用高斯投影变换将转换直角坐标(X，Y)，包括公式： 

dj＝f₁*(long-center_long)； 

dw＝f₁*(lat-center_lat)； 

X＝f₂*dj*cos(lat*π/180)； 

Y＝f₃*dw+f₄*dw²+f₅*dw³； 

其中long、lat是轮廓的经纬度，center_long、center_lat是雷达位置，f₁值为10000、f₂值为6、f₃值为6、f₄值为2*(10e-6)、f₅值为3.9*(10e-10)； 

本发明表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji的计算公式如下： 

x_ji＝D×i×cos(j*360.0/M)； 

y_ji＝D×i×sin(j*360.0/M)； 

其中，D为每个距离单元代表的距离，i为采样后的距离单元并且0≤i≤N，j为方位单元并且0≤j≤M。 

本发明的目的在于利用地理信息去除雷达回波中的背景视频杂波。本发明根据雷达的背景地图形成地理信息表，利用地理信息表去除雷达的背景视频杂波，从而减少雷达视频数据处理量，提高目标识别概率及跟踪效果，同时可节约时间资源及存储器资源，降低产品成本。

本发明主要通过利用雷达探测范围内的各种地理信息，形成地理信息表，然后使用该地理信息表，达到过滤雷达背景视频杂波的目的。 

本专利在雷达原始视频的基础上，利用雷达探测范围内的各种地理信息，去除雷达背景视频杂波。 

本专利主要用于雷达录取终端系统，通过软件加载雷达探测范围内的地理信息转换生成的表，实现雷达背景视频杂波的去除。 

有益效果：本发明可以应用于对海雷达以及场面监视雷达，体现了如下优点：1、本发明应用广泛，地理信息的来源也是多样性的，背景视频杂波数据占整个数据的数据量越大，本发明的效果就越明显。2、本发明减少了雷达视频数据处理量，提高目标识别概率及跟踪效果，同时可节约时间资源及存储器资源，降低了产品成本。3、本发明生成地理信息表的时候采用卫星地图，精度高。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。 

图1为本发明中使用的场面监视雷达工作流程示意图。 

图2为本发明实施例中机场平面图。 

图3为本发明实施例中场面监视雷达回波图。 

图4为本发明实施例过滤前的雷达回波图。 

图5为本发明实施例过滤后的雷达回波图。 

图6为本发明中场面监视雷达终端工作流程图。 

具体实施方式：

如图1所示，本发明公开了本发明公开了一种机场雷达信号的处理方法，包括以下步骤：步骤一，在机场的卫星视图或者能反应出机场详细地貌布局的地图上描绘出整个机场区域图，并标识为有效区域，在所述有效区域内找到所有建筑物和草坪，并描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置以及场面监视雷达天线所在位置，将所述建筑物、草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标格式；步骤二，将场面监视雷达天线方位360度角平分为M等份，将距离采样单元平分为N等份，每等分为D米，构建大小为T_size＝M*N的地理信息表，利用所述建筑物、草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标(X，Y)，计算表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji；步骤三，逐个计算所述地理信息表中每个点(x_ji，y_ji)的值，并 判断该点是否在所述机场区域图的有效区域内，如果在有效区域内则判定为真值1，否则为假值0，由此构建过滤表；步骤四，依据所述过滤表对于监视雷达天线采集的数据信号进行过滤，即对于第j个方位第i个距离，查询过滤表中的V_ji值，如果V_ji值为真则处理，如果V_ji值为假则过滤，从而构建地理信息表；步骤五，通过文件操作函数(Windows系统下的文件操作标准函数)加载地理信息表，并使用一个大小与T_size＝M*N的地理信息表相同的二维数组，保存所述地理信息表，通过底层驱动函数(标准的写FPGA驱动函数)将所述而为数组送给FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)，FPGA硬件在检测雷达回波的同时将雷达回波与所述而为数组数组中的值相比较，如果对应值为1则判定在有效区域中，如果对应值为0则剔除。 

本发明步骤一中使用Google Earth卫星图，当然也可以采用其他直接反应地表状态的卫星图，该卫星图可以采用各种数据格式，本发明方法都可以兼容。 

本发明采用顶点法描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置。 

本发明采用高斯投影变换将转换直角坐标(X，Y)，包括公式： 

dj＝f₁*(long-center_long)； 

dw＝f₁*(lat-center_lat)； 

X＝f₂*dj*cos(lat*π/180)； 

Y＝f₃*dw+f₄*dw²+f₅*dw³； 

其中long、lat是轮廓的经纬度，center_long、center_lat是雷达位置，f₁值为10000、f₂值为6、f₃值为6、f₄值为2*(10e-6)、f₅值为3.9*(10e-10)； 

本发明表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji的计算公式如下： 

x_ji＝D×i×cos(j*360.0/M)； 

y_ji＝D×i×sin(j*360.0/M)； 

其中，D为每个距离单元代表的距离，i为采样后的距离单元并且0≤i≤N，j为方位单元并且0≤j≤M。 

本发明主要通过利用雷达探测范围内的各种地理信息，形成地理信息表，然后使用该地理信息表，达到过滤雷达背景视频杂波的目的。下面结合场面监视雷达录取终端的具体应用阐述本发明的具体实施方式。 

场面监视雷达终端主要是对雷达发射机输出的原始雷达视频经过杂波抑制等处理，获得场面活动目标的检测视频，经点迹凝聚后，提取目标的位置、轮廓等信息。在此基础上，由数据处理软件实现对活动目标的自动发现、自动跟踪。目标航迹、轮 廓等信息通过网络上报机场高级地面活动引导控制系统，其整个工作流程如图6所示。 

本发明的作用主要体现在原始视频的杂波抑制这一处理过程中，利用机场的建筑物以及草坪等构成的背景地图，去除雷达的背景视频杂波。 

由图2可以看出，机场的平面图主要由航管楼、滑行道、跑道、草坪及其它建筑物组成，但是实际上，场面监视雷达录取终端关注的仅仅是滑行道以及跑道上的目标，除了滑行道以及跑道外，其它区域本发明称为雷达背景，其所形成的回波称之为背景视频杂波。 

由图3可以看出，在场面监视雷达的回波图中，背景视频杂波占了回波数据的大部分。 

在本发明之前，这些杂波都是要经过处理的，这样就大大增加了雷达视频数据处理量，降低了目标识别概率及跟踪效果，同时也浪费了时间资源及存储器资源。为了去除这些背景视频杂波，接下来对本发明的具体实施例其作一个详细的描述。 

1)获取机场平面图坐标 

利用Google Earth上的卫星图，采用描点法，首先取出整个机场区域图，并标识为有效区域；在该区域内找到所有建筑物、草坪，并用点描绘出它们的边界或轮廓，这些点的坐标均为经纬度。同样要找到场面监视雷达天线所在位置的经纬度。其文件组织结构可以如下： 

//中心 

116°37′29.36″E/40°3′15.69″N 

//填充 

116°36′44.09″E/40°5′37.64″N 

116°36′41.00″E/40°5′37.30″N 

116°37′1.26″E/40°3′27.66″N 

116°37′4.34″E/40°3′27.99″N 

//填充 

116°37′3.11″E/40°3′35.49″N 

116°37′8.04″E/40°3′36.00″N 

116°37′8.17″E/40°3′36.26″N 

116°37′9.10″E/40°3′36.36″N 

116°37′9.61″E/40°3′33.29″N 

//挖空 

116°36′35.53″E/40°4′11.15″N 

116°36′35.59″E/40°4′10.86″N 

116°36′35.85″E/40°4′10.68″N 

116°36′38.73″E/40°4′10.66″N 

116°36′41.33″E/40°4′11.15″N 

116°36′41.66″E/40°4′11.51″N 

其中“//”表示一个区域的开始，“中心”是指雷达天线的位置，“填充”表示该区域内数据有效，“挖空”表示该区域内数据无效，由高斯投影变换将该地理信息转换为直角坐标格式(X，Y)，也就形成了平面坐标有效区域。具体转换方式如公式(1)到公式(4)所示： 

dj＝f₁*(long-center_long)          (1) 

dw＝f₁*(lat-center_lat)            (2) 

X＝f₂*dj*cos(lat*π/180)           (3) 

Y＝f₃*dw+f₄*dw²+f₅*dw³             (4) 

其中long、lat是轮廓的经纬度，center_long、center_lat是雷达位置，f₁、f₂、f₃、f₄以及f₅是常数，其值分别取为：10000、6、6、2*(10e-6)，3.9*(10e-10)。 

如果是利用机场规划图，则以天线所在位置为原点，测出建筑物、草坪等的拐点XY即可形成平面坐标有效区域。 

2)建立地理信息表 

利用这些地理信息形成区域，建立过滤表。如雷达方位360度角平分为M等份，距离采样单元为N等份(每等分为D米)，则表的大小为T_size＝M*N，如表1所示： 

表1： 

如果使用软件过滤，表的大小为M*N字节，编程较方便；如果使用硬件RAM查表，RAM大小为M*N位，硬件实现较容易。V_ji对应的平面坐标XY的值分别为： 

x_ji＝D×i×cos(j*360.0/M)        (5) 

y_ji＝D×i×sin(j*360.0/M)        (6) 

判断点(x_ji，y_ji)是否在地理信息所形成的平面坐标有效区域内，如果在有效区域内为真值(1)否则为假值(0)。过滤表建好后就可以在数据采集后进行查找过滤，即处理 第j个方位第i个距离时，查表得V_ji值如果为真则处理，如果为假则过滤。 

3)加载地理信息表 

在应用程序中，通过文件操作函数加载地理信息表，并在内存中开辟一个同样的二维数组，保存地理信息表，然后通过底层驱动函数将这个数组送给硬件，硬件在检测回波的同时将回波与数组中的值相比较，遇到1则认为是在有效区域中，遇到0则剔除。 

4)效果比对 

如图4所示为区域图与过滤前的雷达回波叠加显示，图5所示为区域图与过滤后的雷达回波叠加显示。可以直观看出，过滤后的数据比过滤前的数据要少得多。 

本发明提供了一种机场雷达信号的处理方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。 

Claims (5)

1.一种机场雷达信号的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在机场的卫星视图上描绘出整个机场区域图，并标识为有效区域，在所述有效区域内找到所有建筑物和草坪，并描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置以及场面监视雷达天线所在位置，将所述建筑物、草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标格式；

步骤二，将场面监视雷达天线方位360度角平分为M等份，将距离采样单元平分为N等份，每等分为D米，构建大小为T_size＝M*N的地理信息表，利用所述建筑物、草坪以及场面监视雷达天线所在位置转换为直角坐标(X，Y)，计算表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji；

步骤三，逐个计算所述地理信息表中每个点(x_ji，y_ji)的值，并判断该点是否在所述机场区域图的有效区域内，如果在有效区域内则判定为真值1，否则为假值0，由此构建过滤表；

步骤四，依据所述过滤表对于监视雷达天线采集的数据信号进行过滤，即对于第j个方位第i个距离，查询过滤表中的V_ji值，如果V_ji值为真则处理，如果V_ji值为假则过滤，从而构建地理信息表；

步骤五，通过文件操作函数加载地理信息表，并使用一个大小与T_size＝M*N的地理信息表相同的二维数组，保存所述地理信息表，通过底层驱动函数将所述二维数组送给FPGA硬件，FPGA硬件在检测雷达回波的同时将雷达回波与所述二维数组中的值相比较，如果对应值为1则判定在有效区域中，如果对应值为0则剔除。

2.根据权利要求1所述的一种机场雷达信号的处理方法，其特征在于，步骤一中使用Google Earth卫星图。

3.根据权利要求1所述的一种机场雷达信号的处理方法，其特征在于，采用顶点法描绘出建筑物和草坪的边界或轮廓位置。

4.根据权利要求1所述的一种机场雷达信号的处理方法，其特征在于，采用高斯投影变换转换直角坐标(X，Y)，包括公式：

dj＝f₁*(long-center_long)；

dw＝f₁*(lat-center_lat)；

X＝f₂*dj*cos(lat*π/180)；

Y＝f₃*dw+f₄*dw²+f₅*dw³；

其中long、lat是轮廓的经纬度，center_long、center_lat是雷达位置，f₁值为10000、f₂值为6、f₃值为6、f₄值为2*(10e-6)、f₅值为3.9*(10e-10)。

5.根据权利要求1所述的一种机场雷达信号的处理方法，其特征在于，表内的任意一点V_ji对应的平面坐标X方向的值x_ji和Y方向的值y_ji的计算公式如下：

x_ji＝D×i×cos(j*360.0/M)；

y_ji＝D×i×sin(j*360.0/M)；

其中，D为每个距离单元代表的距离，i为采样后的距离单元并且0≤i≤N，j为方位单元并且0≤j≤M。

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