CN102253378B

CN102253378B - 一种船用雷达船首干扰抑制方法

Info

Publication number: CN102253378B
Application number: CN 201110163764
Authority: CN
Inventors: 段昶; 方庆
Original assignee: NINGBO CHENGDIAN TAIKE ELECTRONIC INFORMATION TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Ningbo Chengdian Taike Electronic Information Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102253378A

Abstract

本发明属于船用雷达技术领域，公开了一种船用雷达船首抑制方法。针对现有的抑制方法精度较低，容易对可能出现在船首区域的真实目标产生衰减，降低了船用雷达在复杂环境下的适应性的问题，本发明的方法通过初始化船首窗口，先粗略的定位船首区域，获得检测后，以多项式拟合船首干扰区域，获得精确的船首干扰区域，处理的范围小，效果准确；以积累的M帧船首数据计算船首干扰的强度，算法简单易行，运算速度快；在雷达工作时间内定时更新船首干扰区域，对复杂环境的适应性强。

Description

一种船用雷达船首干扰抑制方法

技术领域

本发明属于船用雷达技术领域，针对船用雷达中船首干扰的抑制方法。

背景技术

在现代化的船舶导航设备中，船用雷达由于探测范围广，精度高，受天气，能见度等自然因素干扰小，成为船舶不可缺少的导航设备之一。随着近几十年来数字计算技术和大规模集成电路技术的发展，运用数字信号处理方法处理雷达信号取得了很好的效果。数字化船用雷达相对于传统的模拟式雷达性能更稳定、功能更完善、显示更清晰、操作更方便，是船用雷达的发展趋势。

雷达回波信号存在许多因素产生的杂波干扰，船首干扰区域示意图如图1所示，其中，船首干扰的产生是由于雷达接收到船舶本身反射的回波，由于船舶本身与雷达之间的距离近，相对位置固定，船首干扰相对于其它干扰，有其固有的特点：干扰强度高且稳定，干扰的显示位置和面积大小相对固定。如果直接将未经船首干扰抑制的回波信号用于显示，将在船首方向持续出现大量的虚假目标，严重影响船用雷达的性能。在现有的船首干扰抑制方法中，大多通过统计先验知识在船首人为设置粗略的固定区域，在该区域内抑制船首干扰，这种方法虽然简单易行，但是精度较低，容易对可能出现在船首区域的真实目标产生衰减，降低了船用雷达在复杂环境下的适应性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的船用雷达船首干扰问题，提出了一种船用雷达船首干扰抑制的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种船用雷达船首干扰抑制方法，包括如下步骤，

S1.初始化船首窗口，即以船首中心为参考初始化船首矩形窗口，对于船首位置，船首的中心方位角已知，以船首中心向两边递减，当距离向高度递减到高度为h=αH_aver时，为距离向的阈值点，计算船首中心到距离向的阈值点的宽度，记为W_l和W_r，其中，α≥1为高度权系数，H_aver表示雷达附近的海杂波距离向的平均高度，以宽度为W=(W_l+W_r)，高度为H，中心在船首的矩形窗口为初始化船首干扰区域，H表示船首矩形窗口的经验高度，初始化干扰强度为0，设置区域更新的帧数上限N，帧数积累的上限M，区域更新的帧序列号i＝0，帧数积累的帧序列号j=0；

S2.接收第i帧雷达数据，且将此帧数据与干扰强度在船首干扰区域内相减得到船首抑制后的雷达数据；

S3.判断是否满足区域更新条件，即若i＝N，则作如下操作：令i＝0，若0≤i<M，则i＝i+1，转入步骤S4，如果不是，则i＝i+1，转入步骤S2；若i≠N，则作如下操作：若0≤i<M，则i＝i+1，转入步骤S4；如果不是，则i＝i+1，转入步骤S2；

S4.积累第j帧数据，判断积累是否完成，若j＝M-1，令j＝0，转入步骤S5，如果不是，令j＝j+1，转入步骤S2；

S5.进行干扰区域拟合和干扰强度估计，对积累的M帧雷达数据取平均，二值化后得到表征船首形状的二值图像，在步骤S1中定位的粗略的船首区域内通过多项式拟合获得精确的船首干扰区域，在精确的船首区域内对M帧极坐标数据取平均，此均值即为估计的船首干扰强度，更新船首干扰区域和强度，进行下一次拟合和估计，返回步骤S2。

本发明的有益效果：本发明的方法通过初始化船首窗口，先粗略的定位船首区域，获得检测后以多项式拟合船首干扰区域，获得精确的船首干扰区域，处理的范围小，效果准确；以积累的M帧船首数据计算船首干扰的强度，算法简单易行，运算速度快；在雷达工作时间内定时更新船首干扰区域，对复杂环境的适应性强。

附图说明

图1船首干扰区域示意图。

图2本发明的船首干扰抑制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的具体实施例。需要说明的是：实施例中的参数并不影响本发明的一般性。

本发明实施例的参数为：船用雷达一帧图像取为一个圆周的扫描数据，方位角取值为0-1023，共1024个方位角，显示半径取值为0-351，共352个点（15吋屏），均值通过M帧数据积累获得，运行N帧之后重新积累。假设船用雷达视频信号中有4种像素值，它们分别是：目标、背景和两种尾迹。在雷达探测的原始极坐标数据中，可以获得雷达附近的海杂波距离像平均高度为H_aver，设定船首矩形窗口的经验高度为H。需要明确的是：一个圆周的图像数据来自船用雷达天线转动一周测量得到，本实施例中扫描一周的角度为1024个角度。

具体的船首抑制流程如图2所示，实施步骤如下：

S1.初始化船首窗口，首先以船首中心为参考初始化船首矩形窗口。对于船首位置，船首的中心方位角已知，以船首中心向两边递减，当距离向高度递减到高度为h=αH_aver(α≥1为高度权系数)的点时，计算船首中心到这两点的宽度W_l和_Wr。以宽度为W=(W_l+W_r)，高度为H，中心在船首的矩形窗口为初始化船首干扰区域。干扰区域确定后，设初始化干扰强度为0。

在步骤S1中粗略的定位了船首区域。

S2.对每次到达的第i帧数据，在船首干扰区域内提取该帧对应的船首区域数据，将其与加权(干扰强度权系数为β)的船首干扰强度相减，获得船首干扰抑制后的数据，将该帧数据输出显示。

S3.判断是否满足区域更新条件，即若i＝N，则作如下操作：令i＝0，若0≤i<M，则i＝i+1，转入步骤S4；如果不是，则i＝i+1，转入步骤S2；若i≠N，则作如下操作：若0≤i<M，则i＝i+1，转入步骤S4；如果不是，则i＝i+1，转入步骤S2；

S4.积累第j帧数据，判断积累是否完成，即若j＝M-1，令j=0，转入步骤S5，如果不是，令j＝j+1，转入步骤S2；

S5.进行船首干扰区域拟合和船首干扰强度估计。该步骤的主要目的是为了在S1步骤设置的初始化船首干扰区域窗口内，通过多项式方程拟合精确的干扰区域，并在船首干扰区域内估计干扰强度，最后以新的拟合区域和干扰强度更新上一次保存，并返回步骤S2。

具体包括如下步骤：

S51.对积累的M帧极坐标雷达视频数据取平均，利用阈值法二值化后可以得到表征船首形状的二值图像，此二值图像在舰船近距离位置将以船首为中心呈现凸形分布，利用步骤S1中定位的粗略的船首区域，在粗略的船首区域内方位向设置K个采样点x={x₁,x₂,...,x_K}，得到距离向高度采样值y={y₁,y₂,...,y_K}。离散化y_i=2^p(i∈[1,K],p∈N)，以利于雷达系统的并行处理。

S52.拟合船首干扰区域。如果直接利用采样值拟合船首干扰区域，一方面增加系统存储采样值的负担；另一方面，由于采样值受干扰影响起伏较大，难以获得船首干扰区域的平滑描述。因此在船首干扰区域内，以S51中离散化的采样值为拟合的源数据，通过多项式拟合采样点获得干扰区域的精确描述。多项式方程如下：

f(x,A)=a₀+a₁x+…+a_nxⁿ

利用最小二乘法求解最佳的拟合参数。令e=y-f(x,A)，则

则有：

j=0,1,2,…,n

即：

Σ_{i = 1}^{K} (a_{0} x_{i}^{j} + a_{1} x_{i}^{1 + j} + . . . + a_{n} x_{i}^{n + j}) = Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{j} y_{i}

得方程组：

[\begin{matrix} K & Σ_{i = 1}^{K} x_{i} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i} & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{2} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n + 1} \\ . . . & . . . & . . . & . . . \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n + 1} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{2 n} \end{matrix}] \times [\begin{matrix} a_{0} \\ a_{1} \\ . . . \\ a_{n} \end{matrix}] = [\begin{matrix} Σ_{i = 1}^{K} y_{i} \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i} y_{i} \\ . . . \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} y_{i} \end{matrix}]

此方程称为多项式拟合的法方程。令：

X = [\begin{matrix} K & Σ_{i = 1}^{K} x_{i} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i} & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{2} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n + 1} \\ . . . & . . . & . . . & . . . \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n + 1} & . . . & Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{2 n} \end{matrix}],

Y = [\begin{matrix} Σ_{i = 1}^{K} y_{i} \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i} y_{i} \\ . . . \\ Σ_{i = 1}^{K} x_{i}^{n} y_{i} \end{matrix}],

A = [\begin{matrix} a_{0} \\ a_{1} \\ . . . \\ a_{n} \end{matrix}] .

则可得:XA=Y,从而A=X^-1Y。由此矩阵方程解出系数向量A，得多项式拟合的船首干扰区域方程。

S53.估计船首干扰强度。在S52中拟合的船首区域内，对累积的M帧极坐标数据求平均值，此均值即为估计的船首干扰强度。最后以此次求得的船首区域方程和船首干扰强度更新上一次保存的干扰区域和强度，用于下一次拟合和估计。最后返回步骤S2。

本发明通过检测后以多项式拟合船首干扰区域，处理的范围小，效果准确；以积累的M帧船首数据计算船首干扰的强度，算法简单易行，运算速度快；在雷达工作时间内定时更新船首干扰区域，对复杂环境的适应性强。实验效果证明，本发明对船首区域干扰的抑制作用明显。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种船用雷达船首干扰抑制方法，包括如下步骤，

S1.初始化船首窗口，即以船首中心为参考初始化船首矩形窗口，对于船首位置，船首的中心方位角已知，以船首中心向两边递减，当距离向高度递减到高度为h=αH_aver时，为距离向的阈值点，计算船首中心到距离向的阈值点的宽度，记为W_l和W_r，其中，α≥1为高度权系数，H_aver表示雷达附近的海杂波距离向的平均高度，以宽度为W=(W_l+W_r)，高度为H，中心在船首的矩形窗口为初始化船首干扰区域，H表示船首矩形窗口的经验高度，初始化干扰强度为0，设置区域更新的帧数上限N，帧数积累的上限M，区域更新的帧序列号i=0，帧数积累的帧序列号j=0；

2.根据权利要求1所述的船用雷达船首干扰抑制方法，其特征在于，步骤S5所述的二值化是利用阈值法进行的。

3.根据权利要求1所述的船用雷达船首干扰抑制方法，其特征在于，步骤S5所述的多项式拟合是利用最小二乘法求解多项式的拟合参数。