CN103744062A - 雷达视频多级多色分层显示系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达视频多级多色分层显示系统结构，包括一显控台，该显控台连接一雷达前端，所述显控台和雷达前端之间为双向信号传输，所述雷达前端将模拟信号传输给显控台，包括视频信号、触发信号、船艏信号、方位信号，所述显控台将相应地控制命令传输给所述雷达前端，所述显控台连接一隔离变压器，该隔离变压器连接一船上电源模块。本发明多级多色分层显示技术使得雷达图像更加清晰、真实目标更易识别。精心设计的配色方案尽可能减小强弱回波呈现的亮度差异，减轻操作员视觉疲劳。通过色彩差异表现不同幅度的雷达回波，增强目标与杂波的显示对比效果，提升两者的视觉区分度，提高杂波背景下小目标的发现能力。

Description

雷达视频多级多色分层显示系统结构

技术领域

本发明属于航海导航领域，具体地说，是一种雷达视频多级多色分层显示系统结构。

背景技术

雷达视频多级多色分层显示系统结构是一种先进的雷达视频图像显示系统结构，是辅助舰艇导航避免避碰的一种重要手段，能有效提高杂波下小目标的发现能力，进而有效地提高航行的安全性，为舰艇航行提供更有力的保障。

目前，在导航雷达领域中，小目标的发现能力无疑是衡量一台导航雷达性能的重要指标之一。对于如何提高复杂海况下小目标的发现能力这一课题，国内外相关厂商不惜投入大量资金，从各个方面入手，包括提升前端收发机性能、提升海浪雨雪杂波抑制效果、近程增益控制、雷达视频图像分层显示等。在雷达视频图像显示方面，当今导航雷达普遍采用单色分层技术，目标回波及周围杂波能量被分为若干等级与颜色的分层数相对应。若颜色分层过少，会导致目标回波与杂波颜色相近难以区分，此时需要对海浪抑制与增益进行精细化调节才可能获得清晰的雷达图像，区分真实目标回波与杂波，对操作技术的要求较高；若颜色分层过多，则会使得目标回波在被显示后变得不饱满、发虚，不便于目标的发现与识别。

当今导航雷达视频图像显示普遍采用的单色分层技术存在有如下缺点：

(1)过分依赖于雷达的增益控制以及海浪、雨雪抑制，当操作员无法娴熟的将增益以及杂波抑制调到恰当的程度时，往往会导致目标淹没于杂波中无法分辨；

(2)当多个目标回波距离较近时，无法简单的通过颜色来分辨目标的个数以及轮廓；

(3)单色分层颜色对比度不强烈，长时间观察雷达容易导致视觉疲劳。

因此，如何合理地将雷达视频图像分为若干层级，并映射为相应的颜色，使其能够清晰的区分真实目标以及杂波，从而提高杂波中小目标的发现能力，成为各大导航雷达厂商迫切想要攻克的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雷达视频多级多色分层显示系统结构，是一种先进的雷达视频图像显示系统，为导航避碰提供了更多的选择与手段，解决了在复杂航行环境下目标发现困难的难题，从而保障航行的安全。

雷达视频多级多色分层显示系统结构，包括一显控台，该显控台连接一雷达前端，所述显控台和雷达前端之间为双向信号传输，所述雷达前端将模拟信号传输给显控台，包括视频信号、触发信号、船艏信号、方位信号，所述显控台将相应地控制命令传输给所述雷达前端，所述显控台连接一隔离变压器，该隔离变压器连接一船上电源模块。

进一步，所述显控台包括一信息处理子单元、一显示与操控子单元，所述信息处理子单元将所述雷达前端输入的模拟信号进行采集、模数转换、信号处理、数据量化处理转换为数字信号，然后将转换后的数字信号传输给所述显示与操控子单元，所述显示与操控子单元将增益、海浪/雨雪抑制、量程、脉宽控制命令以数字视频信号形式传输至所述信息处理子单元，所述信息处理子单元将接收到的数字视频信号进行颜色映射，并绘制回波传输到一人机界面，该人机界面实时显示雷达视频信息。

进一步，所述信息处理子单元包括数据采集模块、信号处理模块、数据量化模块、操控命令处理模块，所述数据采集模块包括采集卡、模数转换电路，所述数据采集模块根据用户设置的当前显示量程完成信号采集、模数转换的工作，所述信号处理模块根据用户设置的海浪/雨雪抑制，进行综合信号处理工作，所述数据量化模块根据用户设置的显示增益，对转换后的数字视频信号进行线性映射，实现多级量化分层处理，所述操控命令处理模块负责接收所述显示与操控子单元传输来的控制命令，并控制其他各模块处理所涉及的详细参数。

进一步，所述显示与操控子单元包括加固液晶显示器、颜色映射模块、回波显示模块、用户操控模块，所述颜色映射模块根据颜色映射表，将完成多级量化分层后的数字视频信号按照其幅值的不同映射为相应地颜色，并传输给所述回波显示模块，所述回波显示模块将最终完成多级多色分层的雷达回波绘制并传输给所述人机界面，并由所述加固液晶显示器实时显示雷达视频信息，所述用户操控模块由操控面板组成，用户可根据周边天气、场景的不同，调节适当的脉宽、量程、增益、雨雪/海浪控制，并传输至所述信息处理子单元。

本发明多级多色分层显示系统结构的原理是：通过精细的渐进色设计，使得真正的目标回波显示更加饱满，而虚假回波或杂波则被用相对较浅的颜色进行显示，整体显示效果表现为真实目标回波“浮于”杂波之上，形成鲜明对比，提高了杂波背景下小目标的发现能力，同时也变相降低了导航雷达操作的难度，使雷达更易于上手，从而有效地提高了航行的安全性。

所述信号处理模块采用了非相参积累、CFAR、扫掠相关等技术对雷达回波进行复杂的海浪雨雪杂波抑制，并通过通过重频抖动、脉冲间表决算法对来自其它雷达的同频异步干扰进行有效抑制。所述的数据量化模块将雷达视频量化为255层显示,完成多级量化分层，而传统的单色分层技术一般将雷达视频分为三层或五层单色显示，至多不超过十层。由于真实的目标回波幅度往往大于周边杂波的幅度，多级量化分层使得小目标与杂波易于区分，不再淹没于杂波中。

当回波幅度较弱时，传统的单色分层技术往往会使得回波边缘处显得较虚，长时间航行过程中容易导致用眼疲劳。所述的颜色映射模块将幅度较强的回波使用亮黄色显示，幅度较弱的回波使用暗红色显示，通过精细的渐进色设计，使得真正的目标回波显得更加饱满，黄色与红色形成鲜明对比，使回波轮廓不再发虚，清晰可辨，不容易造成视觉疲劳。

有益效果：本发明雷达视频多级多色分层显示系统结构与采用传统单色分层技术的导航雷达视频图像显示相比，多级多色分层显示技术使得雷达图像更加清晰、真实目标更易识别。精心设计的配色方案尽可能减小强弱回波呈现的亮度差异，减轻操作员视觉疲劳。通过色彩差异表现不同幅度的雷达回波，增强目标与杂波的显示对比效果，提升两者的视觉区分度，提高杂波背景下小目标的发现能力。

使用雷达视频多级多色分层显示系统，可以使小目标与杂波易于区分，目标轮廓清晰，不再过分依赖于增益以及海浪雨雪调节，降低雷达操作难度，为导航避碰提供了更多的选择与手段，解决了在复杂航行环境下目标发现困难的难题，从而保障航行的安全。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明的显控台内部的模块结构示意图。

图3为本发明的显控台内部的模块之间信号传输关系示意图。

图4为本发明显示系统结构的数据量化线性映射图。

图5为本发明显示系统结构的颜色映射表。

图6为本发明显示系统结构的单色分层显示效果图。

图7为本发明显示系统结构的多级多色分层显示效果图。

图8为本发明显示系统结构的多级多色分层显示回波轮廓效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参看图1所示，本发明包括一显控台，该显控台连接雷达前端，显控台和雷达前端之间为双向信号传输，雷达前端将前端模拟信号（如：视频信号、触发信号、船舶、方位信号、调谐指示信号）传输给显控台，显控台会将控制命令（如：等待/发射命令、脉宽选择命令、手动/自动调谐命令、手动调谐控制电压命令）传输给雷达前端，该显控台连接一隔离变压器，该隔离变压器连接船上电源模块，船上电源模块提供的电源经过隔离变压器变压后供应给显控台使用。

参见图2和图3所示，显控台包括信息处理子单元、显示与操控子单元。信息处理子单元包括数据采集模块、信号处理模块、数据量化模块与操控命令处理模块。显示与操控子单元包括加固液晶显示器、颜色映射模块、回波显示模块、用户操控模块。

信息处理子单元，将雷达前端输入的模拟信号进行采集、模数转换、信号处理、数据量化等处理，并将转换后的数字信号输出至显示与操控子单元，具体步骤如下：

a)数据采集模块的输入为前端输入的模拟信号，根据用户设置的当前显示量程完成信号采集、模数转换的工作，输出至信号处理模块；

b)信号处理模块对输入的数字视频信号进行如非相参积累、CFAR、扫掠相关等一系列复杂的信号处理，输出至数据量化模块；

c)数据量化模块根据用户设置的显示增益，对转换后的数字视频信息进行线性映射，实现多级量化分层处理，输出至显示与操控子单元；

d)操控命令处理模块负责实时接收显示与操控子单元送来的操控命令，动态调整该子单元中其他各模块处理运算时所涉及的详细参数，包括但不限于增益、海浪/雨雪抑制、脉宽、显示量程信息。

显示与操控子单元，将用户通过人机界面交互、操控面板设置的增益、海浪/雨雪抑制、量程、脉宽等控制命令通过数字信号送至信息处理子单元，并将信息处理子单元输入的数字视频信号进行颜色映射，绘制回波至人机界面，实时显示雷达视频信息，具体步骤如下：

a)颜色映射模块的输入为信息处理子单元输入的数字视频信息，将完成多级量化分层后的视频数据按照其幅值的不同映射为相应的颜色，输出至回波显示模块；

b)回波显示模块将最终完成多级多色分层的雷达回波绘制于人机界面，实时显示雷达视频信息；

c)用户操控模块将用户所设置的脉宽、量程、增益、雨雪/海浪抑制参数送至信息处理子单元。

参见图4所示，当雷达视频多级多色分层显示系统打开时，首先进行数据量化。数据量化模块根据当前的显示增益控制，生成一条如图4所示的线性映射曲线，将输入的雷达视频数据根据映射曲线分为255层。

参见图5所示，当进行颜色映射时，根据事先精心设计的颜色映射表，将幅度较强的回波映射为亮黄色，幅度较弱的回波则映射为暗红色，形成鲜明对比，使回波轮廓不再发虚，清晰可辨，不容易造成视觉疲劳。最后由回波显示模块，将处理完的雷达视频数据，根据其映射的颜色，绘制在雷达PPI圆内显示。

参见图6所示，为传统的单色分层显示效果图，在图中蓝色圈所框选区域中存在部分目标，而由于单色分层显示的原因，杂波与目标所显示的颜色相同，目标被湮没于杂波中难以分辨。

参见图7所示，为多级多色分层显示效果图，同样在图中蓝色圈所框选的区域，由于杂波的幅度小于目标的幅度，杂波以暗红色表示，而目标则以亮黄色表示，操作人员可以清晰的分辨出目标与杂波。图6中目标被淹没在杂波中，图7中的目标显示特别清晰，故图6和图7形成了鲜明的对比。

参见图8所示，为多级多色分层显示回波轮廓效果图，图中右侧岛屿内部结构清晰，真实目标与杂波对比鲜明、易识别。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种雷达视频多级多色分层显示系统结构，其特征在于，包括一显控台，该显控台连接一雷达前端，所述显控台和雷达前端之间为双向信号传输，所述雷达前端将模拟信号传输给显控台，包括视频信号、触发信号、船艏信号、方位信号，所述显控台将相应地控制命令传输给所述雷达前端，所述显控台连接一隔离变压器，该隔离变压器连接一船上电源模块。

2.根据权利要求1所述的雷达视频多级多色分层显示系统结构，其特征在于，所述显控台包括一信息处理子单元、一显示与操控子单元，所述信息处理子单元将所述雷达前端输入的模拟信号进行采集、模数转换、信号处理、数据量化处理转换为数字信号，然后将转换后的数字信号传输给所述显示与操控子单元，所述显示与操控子单元将增益、海浪/雨雪抑制、量程、脉宽控制命令以数字视频信号形式传输至所述信息处理子单元，所述信息处理子单元将接收到的数字视频信号进行颜色映射，并绘制回波传输到一人机界面，该人机界面实时显示雷达视频信息。

3.根据权利要求1所述的雷达视频多级多色分层显示系统结构，其特征在于，所述信息处理子单元包括数据采集模块、信号处理模块、数据量化模块、操控命令处理模块，所述数据采集模块包括采集卡、模数转换电路，所述数据采集模块根据用户设置的当前显示量程完成信号采集、模数转换的工作，所述信号处理模块根据用户设置的海浪/雨雪抑制，进行综合信号处理工作，所述数据量化模块根据用户设置的显示增益，对转换后的数字视频信号进行线性映射，实现多级量化分层处理，所述操控命令处理模块负责接收所述显示与操控子单元传输来的控制命令，并控制其他各模块处理所涉及的详细参数。

4.根据权利要求1所述的雷达视频多级多色分层显示系统结构，其特征在于，所述显示与操控子单元包括加固液晶显示器、颜色映射模块、回波显示模块、用户操控模块，所述颜色映射模块根据颜色映射表，将完成多级量化分层后的数字视频信号按照其幅值的不同映射为相应地颜色，并传输给所述回波显示模块，所述回波显示模块将最终完成多级多色分层的雷达回波绘制并传输给所述人机界面，并由所述加固液晶显示器实时显示雷达视频信息，所述用户操控模块由操控面板组成，用户可根据周边天气、场景的不同，调节适当的脉宽、量程、增益、雨雪/海浪控制，并传输至所述信息处理子单元。

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