CN102981154B - 一种高压线链点及整链的航迹处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压线链点及整链的航迹处理方法，结合高压线目标的多个特征，通过数据分析处理，有效解决了高压线定位和检测的问题。能够在恶劣视线环境下，为低空飞行器的防撞和导航提供参考，有效降低了低空飞行的风险。解决了高压线位置的分析检测的难题。另外，本发明将各条高压线视作一个整体，对其采用了一套特殊的航迹处理算法，同时结合对铁塔点的航迹处理算法，巧妙的处理了高压线航迹同点迹之间的关系。并大幅提高了高压线航迹的输出稳定性，有效的解决了由于平台抖动及高压线点闪烁所造成的输出不稳定的问题，有效的解决了高压线航迹处理的难题。

Description

一种高压线链点及整链的航迹处理方法

技术领域

本发明属于高压线探测数据处理领域，涉及一种通过对高压线雷达回波数据的分析和处理，能够分析出高压线的位置，并实现高压线航迹的稳定输出的高压线链点及整链的航迹处理方法。

背景技术

目前专门针对高压线数据处理技术的研究并不多，大部分还是针对高压线探测本身的研究，由于高压线目标自身的特性，群目标跟踪的航迹处理类似高压线航迹的处理，以下文章表明了该领域的背景技术：

耿文东发表在《信号与信息处理》2007无线电工程.第37卷第2期24-30上的“基于PDA的群目标合并与分离方法研究”，主要针对的是飞行编队式的群目标类型，并提出了针对群目标质心的概率数据关联算法。针对新群目标的合并与分离提出了具体的航迹关联算法，并经过仿真验证了算法的有效性。该文中群目标跟高压线链虽然有一定的相似性，但并不完全相同，有一定的参考价值。

连峰，韩崇昭等发表在《自动化学报》2010年5月.第36卷.第5期.732-740上的“基于SMC-PHDF的部分可分辨的群目标跟踪算法”，主要针对群内个体目标较密集，而传感器分辨率不够充分的部分可分辨群目标类型。该群目标类型跟高压线差别较大。

通过对现有相关背景技术的研究可以发现，目前完全针对高压线链的航迹处理算法不多。这可能也跟该技术的应用范围较小有关，而相关的群跟踪技术并不能直接应用到高压线类型上，对高压线的处理效果也不够理想。

目前存在的问题：高压线位置的分析检测和高压线航迹处理。

对于高压线位置的分析检测，由于高压线目标较小，所以针对高压线的检测一直以来都是雷达探测领域的难点。

对于高压线航迹处理，目前的航迹处理算法大多是针对单个点的起始、关联和删除进行研究。而高压线航迹作为一类特殊的雷达目标，具有其自身的特点。每个高压线铁塔可以看做常规的点目标，用普通的航迹处理算法来处理，但是对于整条高压线航迹则不再适用。在有多条高压线的情况下，每条高压线航迹从整体看应该是彼此相互独立且没有关联的，应该有各自的航迹起始、维持和撤销的过程。但是，如果仅仅研究一条高压线，我们又会发现，每条高压线都是有若干个高压线点组成，这每个点也要有自己的点迹处理算法。而且，高压线的绘制是不能间断的，缺少了中间点就必然会严重影响整条高压线的质量，然而，直升机在飞行过程中不可避免的晃动以及不明物体的遮挡，都会引起个别高压线点的闪烁，这也就要求我们用航迹处理算法来补偿这种短暂的点迹丢失现象，维持高压线的完整显示。因此，研究高压线的航迹处理是很有意义的。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高压线链点及整链的航迹处理方法，对高压线航迹处理的问题的处理更有针对性，效果也更好。

技术方案

一种高压线链点及整链的航迹处理方法，其特征在于步骤如下：

步骤1对雷达回波一次点进行处理，进行高压线点航迹起始：

步骤a1：找到距离相同的一次点中幅度最大的点，当该点同距离相同方位不同的其它一次点的幅度比值大于10dB时，则认为其它点由旁瓣产生，予以删除；

步骤b1：在左右方位1度和前后距离10米的范围内对一次点进行凝聚，得到凝聚点；同时，根据高压线铁塔回波特征，对一次点中的点群目标进行判别评分：

步骤c1：当凝聚点回波中存在一串幅度是最大幅度的1/3到1/2的回波点时，对两边的疑似铁塔点进行判别评分，若一串点为7-8个点计10分，5-6个计8分，3-4个计6分，2~1个计4分；

步骤d1：将步骤b1的判别评分乘以权值0.6加上步骤c1的判别评分乘以权值0.4，然后与门限值进行比较，超过门限则认为是高压线疑似点，所述门限值为5；

步骤e1：根据高压线5个走势特征，对高压线疑似点进行判别评分，然后将这5个特征的评分相加与门限进行比较，超过门限则认为是高压线点，门限值为0.6；

步骤f1：根据以下公式对航迹点进行补偿，首先，获取本帧平台运动引起的偏航角和距离的变化量：

偏航角=新帧偏航角-旧帧偏航角

距离=平台运动速度×运动时间

然后，进行运动补偿

x=old_x×cos(偏航角)+old_y×sin(偏航角)–距离

y=old_y×cos(偏航角)-old_x×sin(偏航角)

其中：（old_x,old_y）为航迹点的老坐标，（x,y）为补偿后的坐标；

步骤g1，对高压线铁塔点进行航迹相关；以预测的高压线周围R的条带内为有效区域，如果步骤e1得到高压线点落在该条带内则认为是相关成功，否则为不成功；所述R的取值为60米；

步骤h1：根据下述公式预测目标下一帧的位置

预测位置=当前位置+运动速度×运动时间

其中：运动速度=运动距离/运动时间；

步骤i1：如果在连续m帧相关中，有n帧或者大于n帧相关成功，该条航迹为真实航迹，为起始航迹，航迹起始后产生了高压线航迹点；

步骤2高压线航迹维持和输出：

步骤a2：用两个结构体变量分别存储稳定帧和当前帧的高压线航迹点数据；所述稳定帧为输出给显控显示的航迹点；所述当前帧指雷达当前工作帧处理出来的航迹点；

步骤b2：以当前帧的高压线点与稳定帧比较：

如果相似度高于或等于80%，以当前帧的高压线点为高压线数据；

如果相似度低于80%，以稳定帧为高压线数据，并使统计连续输出稳定帧数据的统计变量加1；

步骤c3：对每帧的统计变量进行门限检测，若超过门限，以当前帧的高压线点为高压线数据；所述门限为5。

所述步骤b1的根据高压线铁塔回波特征，对一次点中的点群目标进行判别评分是：当具有2个高幅值点时为10分，具有1个高幅值点时为8分，没有高幅值点时为6分，只有一个一次点为4分；所述高幅值点是：在相同方位上距离十分接近的4~5个回波点中具有2~3个点的幅度值是其它点的1~2倍。

所述步骤e1的根据高压线5个走势特征，对高压线疑似点进行判别评分是：，按照特征顺序，1项符合为0.2分，2项符合为0.4分，3项符合为0.2分，4项符合为0.1分，5项符合为0.1分。

有益效果

本发明提出的一种高压线链点及整链的航迹处理方法，结合高压线目标的多个特征，通过数据分析处理，有效解决了高压线定位和检测的问题。能够在恶劣视线环境下，为低空飞行器的防撞和导航提供参考，有效降低了低空飞行的风险。解决了高压线位置的分析检测的难题。另外，本发明将各条高压线视作一个整体，对其采用了一套特殊的航迹处理算法，同时结合对铁塔点的航迹处理算法，巧妙的处理了高压线航迹同点迹之间的关系。并大幅提高了高压线航迹的输出稳定性，有效的解决了由于平台抖动及高压线点闪烁所造成的输出不稳定的问题，有效的解决了高压线航迹处理的难题。

所以针对高压线探测的数据进行相关处理，在使用了该数据处理技术后，能够准确定位高压线的位置，并且高压线航迹输出的稳定性也有了明显的改善，还能够克服在探测高压线时由于载体的抖动所造成的部分数据丢失的问题。

附图说明

图1：高压线带示意图；

图2：航迹起始流程框图；

图3：航迹维持算法框图；

图4：由于遮挡造成高压线断开；

图5：使用维持算法后效果。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

针对某区域高压线进行实地检测，扫描范围为正前方-45°~+45°，距离5km之内。经过接收机接收和信处等一系列处理后，得到一次点数据。其中包含每个点的距离、方位、俯仰、幅度和多普勒等信息。下面对这些点进行处理：

步骤1：对雷达回波一次点进行处理，进行高压线点航迹起始。

a.根据一次点的幅度大小，在相同的距离上去除旁瓣点；首先，在距离相同的航迹点中找到幅度最大的点；然后，比较这个点同其他相同距离不同方位上的点的幅度大小；当两者幅度大小的比值大于10dB时，我们就认为幅度小的点是由旁瓣产生，最后，删除这些旁瓣点。

b.在一定的方位和距离范围内对一次点进行凝聚；在左右方位1度和前后距离10米的范围内对一次点进行凝聚，由于雷达分辨率高，对一个高压线铁塔会形成多个回波点，需要将多个点凝聚成一个点，让一个高压线铁塔对应一个点，处理后产生的点称为凝聚点。实际数据处理完后，凝聚点间的距离都会大于10米。

c.点群目标评分；在凝聚的同时，根据高压线铁塔回波特征，对点群目标进行评分。该类目标往往由4，5个在相同方位上距离十分接近的回波点组成。其中由2到3个点的幅度值是其它点的1到2倍。满足该特征的点群，我们就认为其满足高压线铁塔特征，凝聚后给其评分。满分为10分，有2个高幅值点打10分，1个打8分，没有则打6分，只有一个一次点则打4分。处理完后，每个凝聚点都有一个评分，存入相应的结构体。

d.观察布拉格效应；观察凝聚点回波中是否有布拉格效应（高压线后向散射），即在两个高压线铁塔间存在一串幅度较低的回波点，幅度往往是最大幅度的1/3到1/2。如果存在则认为是高压线的布拉格效应，这时可以对两边的铁塔点进行评分。满分10分，根据低幅度点的多少，有7-8个点打10分，5-6个打8分，3-4个打6分，以此类推。将评分存入每个点的结构体中。

e.综合评分，寻找高压线疑似点；根据上述两项评分进行加权综合评分，权值分别为0.6和0.4。加权评分后跟门限进行比较，门限值为5，超过门限则认为是高压线疑似点。给这些点打上标记，便于后续分析。

f.观察高压线分布特征；根据高压线走势特征，对高压线疑似点进行分析打分。主要根据以下几个特征：

高压线铁塔基本等间距。

3个高压线铁塔不会出现锐角的走势。

整个高压线链的走势不会出现突变。

高压线下方或附近一般不会有其他建筑物，即没有回波点。

整条高压线链在中间不会截断，具有连续性。

分别对这5个特征进行加权评分，每项特征符合则打1分，不符合0分。按照顺序，权值依次为0.2、0.4、0.2、0.1和0.1。综合评分高于0.6分的，认为是高压线点，进行标记。

g.根据载机惯导信息对每帧航迹点进行运动补偿；由于机载平台的运动，每帧必须对航迹点进行补偿。通过惯导实时获取经纬度和平台运动信息。通过以下公式对航迹点进行补偿

首先，获取本帧平台运动引起的偏航角和距离的变化量

偏航角=新帧偏航角-旧帧偏航角

距离=平台运动速度×运动时间

然后，进行运动补偿。假设航迹点的老坐标为（old_x,old_y），补偿后的坐标为（x,y）。则满足下面的公式：

x=old_x×cos(偏航角)+old_y×sin(偏航角)–距离

y=old_y×cos(偏航角)-old_x×sin(偏航角)

这样即完成了对航迹点的运动补偿。

h.对高压线铁塔点进行航迹相关；用评分估计分析后确定的高压线铁塔点和预测点进行相关。对高压线链这种特殊航迹，我们采用了独特的条带相关法，如图1所示。在预测的高压线周围R的条带内，都认为是有效区域。如果观测点落在该条带内则认为是相关成功，否则为不成功。R的取值为60米。

i.对目标参数和下一帧位置进行预测；在相关成功后，我们就可以对目标的运动参数进行估计，对高压线下一帧出现的位置进行预测。

速度估计是结合多普勒信息和目标相关结果，综合考虑后估计得到。

运动速度=运动距离/运动时间

估得速度后就可以预测目标下一帧的位置。预测位置保存下来，为下一帧的相关提供参考。

预测位置=当前位置+运动速度×运动时间

j.多帧积累n/m准侧进行航迹起始；在相关时会有一个变量count来统计相关次数，每相关一次count会加1。如果在连续m帧相关中，有n帧或者大于n帧相关成功，我们就认为该条航迹为真实航迹，确实存在，起始航迹，这就是n/m准则。航迹起始后，count会被清0。这样就产生了高压线航迹点。

步骤2：高压线航迹维持和输出

a.用两个结构体变量分别存储稳定帧和当前帧的高压线航迹点数据；所谓稳定帧即输出给显控显示的航迹点，当前帧指雷达当前工作帧处理出来的航迹点。

b.用当前帧的高压线数据跟稳定帧比较：

如果相似度高于等于80％，以当前帧的高压线点为高压线数据并直接将当前帧数据输出给显控显示。

如果相似度低于80％，以稳定帧为高压线数据，并使统计连续输出稳定帧数据的统计变量加1；并显示稳定帧数据；

c.对每帧的统计变量进行门限检测，门限为5，若超过门限，则说明高压线数据链确已改变，以当前帧的高压线点为高压线数据。显示输出当前帧数据，并用当前帧数据更新稳定帧数据。

该实例的实际检测输出效果如图5所示，图4和图5的对比表现了航迹维持算法对改善航迹输出效果的有效性。

Claims (3)

1.一种高压线链点及整链的航迹处理方法，其特征在于步骤如下：

步骤1对雷达回波一次点进行处理，进行高压线点航迹起始：

步骤a1：找到距离相同的一次点中幅度最大的点，当该点同距离相同方位不同的其它一次点的幅度比值大于10dB时，则认为其它点由旁瓣产生，予以删除；

步骤b1：在左右方位1度和前后距离10米的范围内对一次点进行凝聚，得到凝聚点；同时，根据高压线铁塔回波特征，对一次点中的点群目标进行判别评分；

步骤c1：当凝聚点回波中存在一串幅度是最大幅度的1/3到1/2的回波点时，对两边的疑似铁塔点进行判别评分，若一串点为7-8个点计10分，5-6个计8分，3-4个计6分，2～1个计4分；

步骤d1：将步骤b1的判别评分乘以权值0.6加上步骤c1的判别评分乘以权值0.4，然后与门限值进行比较，超过门限则认为是高压线疑似点，所述门限值为5；

步骤e1：根据高压线5个走势特征，对高压线疑似点进行判别评分，然后将这5个特征的评分相加与门限进行比较，超过门限则认为是高压线点，门限值为0.6；

步骤f1：根据以下公式对航迹点进行补偿，首先，获取本帧平台运动引起的偏航角和距离的变化量：

偏航角=新帧偏航角–旧帧偏航角

距离=平台运动速度×运动时间

然后，进行运动补偿

x=old_x×cos(偏航角)+old_y×sin(偏航角)–距离

y=old_y×cos(偏航角)–old_x×sin(偏航角)

其中：（old_x,old_y）为航迹点的老坐标，（x,y）为补偿后的坐标；

步骤g1，对高压线铁塔点进行航迹相关；以预测的高压线周围R的条带内为有效区域，如果步骤e1得到高压线点落在该条带内则认为是相关成功，否则为不成功；所述R的取值为60米；

步骤h1：根据下述公式预测目标下一帧的位置

预测位置=当前位置+运动速度×运动时间

其中：运动速度=运动距离/运动时间；

步骤i1：如果在连续m帧相关中，有n帧或者大于n帧相关成功，该条航迹为真实航迹，为起始航迹，航迹起始后产生了高压线航迹点；

步骤2高压线航迹维持和输出：

步骤a2：用两个结构体变量分别存储稳定帧和当前帧的高压线航迹点数据；所述稳定帧为输出给显控显示的航迹点；所述当前帧指雷达当前工作帧处理出来的航迹点；

步骤b2：以当前帧的高压线点与稳定帧比较：

如果相似度高于或等于80%，以当前帧的高压线点为高压线数据；

如果相似度低于80%，以稳定帧为高压线数据，并使统计连续输出稳定帧数据的统计变量加1；

步骤c3：对每帧的统计变量进行门限检测，若超过门限，以当前帧的高压线点为高压线数据；所述门限为5。

2.根据权利要求1所述的高压线链点及整链的航迹处理方法，其特征在于：所述步骤b1的根据高压线铁塔回波特征，对一次点中的点群目标进行判别评分是：当具有2个高幅值点时为10分，具有1个高幅值点时为8分，没有高幅值点时为6分，只有一个一次点为4分；所述高幅值点是：在相同方位上距离十分接近的4～5个回波点中具有2～3个点的幅度值是其它点的1～2倍。

3.根据权利要求1所述的高压线链点及整链的航迹处理方法，其特征在于：所述步骤e1的根据高压线5个走势特征：高压线铁塔基本等间距；3个高压线铁塔不会出现锐角的走势；整个高压线链的走势不会出现突变；高压线下方或附近一般不会有其他建筑物，即没有回波点；整条高压线链在中间不会截断，具有连续性；对高压线疑似点进行判别评分是：按照特征顺序，1项符合为0.2分，2项符合为0.4分，3项符合为0.2分，4项符合为0.1分，5项符合为0.1分。

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