CN103760553B - 一种基于雷达视频的浮标定位及浮标丢失告警的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雷达视频的浮标定位及浮标丢失告警的方法，首先对浮标进行定位，依次包括这些步骤：获取浮标的初步定位信息、设置定位窗口、脉组积累、锐化处理、多周期反馈式积累、二维单元平均恒虚警率检测、点迹凝聚、检验点迹的有效性和生成并确认浮标告警窗口。然后，在所生成的浮标告警窗口中利用一定方法进行浮标监视。与现有技术相比，本发明不仅可以提高浮标的信杂比，也可以提高可监视的浮标的数量，提高浮标告警的可信度。

Description

一种基于雷达视频的浮标定位及浮标丢失告警的方法

技术领域

本发明属于雷达目标处理领域，尤其涉及一种基于雷达视频的浮标定位及浮标丢失告警的方法。

背景技术

浮标是一种浮于水面的航标，锚定在指定位置，用以标示航道范围、指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标志，在水面安全航行方面具有重要的作用。浮标的一端系于水底，由于碰撞等原因可能导致浮标丢失，有必要对浮标的丢失及时提供告警信息。

另外，对于水面小目标、慢速（2-3节以下）目标的跟踪，一直以来面临着极大的困难。原因之一是由于其信杂比不高，检测概率低；原因之二是对于水面固定的或者慢速目标，由于波浪以及方位分辨率的原因，目标点迹在方位上呈现摇摆的特点。

发明内容

为了解决上述背景技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种基于雷达视频的浮标定位及浮标丢失告警的方法，从而准确定位浮标方位，及时提供告警信息。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于雷达视频的浮标定位的方法，步骤包括：

第一步：获取浮标的初步定位信息；

第二步：设置定位窗口；

第三步：脉组积累；

第四步：锐化处理；

第五步：多周期反馈式积累；

第六步：二维单元平均恒虚警率检测；

第七步：点迹凝聚；

第八步：检验点迹的有效性；

第九步：生成并确认浮标告警窗口；

上述的第一步中，在P显通过人工指定或者从电子海图获取浮标的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮标相对于雷达的极坐标值来表示距离和方位的。

上述的第二步中，定位窗口是以初步定位信息为中心，具有一定距离宽度和方位宽度的扇形窗口，该定位窗口内只能含有此浮标这一个固定目标，不能包含其它的固定目标。

上述的第八步中，检验点迹的有效性需要对以上步骤连续处理N个天线周期，设检测概率为Ｐ_Ｄ，若N个周期中，浮标定位窗口中有效点迹数小于N×Ｐ_Ｄ，则此次定位失败，重新对浮标进行定位；否则，分别统计N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的距离标准差和方位标准差；如果距离标准差>距离分辨力或者方位标准差>方位分辨力，则此次定位失败，重新对浮标进行定位。

上述的第九步中，分别计算N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的平均距离平均方位平均距离展宽和平均方位展宽，并以极坐标为中心，生成距离宽度和方位宽度分别是平均距离展宽和平均方位展宽3倍的扇形窗口，称为浮标告警窗口；将浮标告警窗口在P显或者电子海图上和一次视频叠加显示，由操作员确认浮标回波是否完全处于浮标告警窗口中心，如果是，操作员确认此定位信息有效；否则，重新对浮标进行定位。

一种基于雷达视频的浮标丢失告警的方法，在所生成的浮标告警窗口中进行以下步骤，包括：

第一步：脉组积累；

第二步：锐化处理；

第三步：权重中心对称衰减的多周期反馈式积累；

第四步：二维单元平均恒虚警率检测；

第五步：点迹凝聚；

第六步：选择关联点迹；

第七步：判断浮标是否丢失。

上述的第三步中，权重中心对称衰减的多周期反馈式积累是以告警窗口中心所在脉组为中心，向两侧权重逐渐对称指数衰减的多周期反馈式积累。

上述的第六步中，选择关联点迹是指从告警窗口所凝聚出的点迹中，根据点迹与告警窗口中心之间的归一化距离小于一定门限的原则，挑选出点迹作为关联点迹，其中，点迹与告警窗口中心之间的归一化距离dis定义为

$\mathrm{dis}=\frac{|d_1-d_0|}{{\mathrm{\σ}}_d}+\frac{|{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_0|}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}}$

其中，d₀和θ₀分别表示告警窗口中心的距离和角度，d₁和θ₁分别表示浮标告警窗口内点迹的距离和角度，σ_d和σ_θ分别表示浮标告警窗口内点迹的距离精度和方位精度。

上述的第七步中，判断浮标是否丢失需要对以上步骤连续处理K个天线周期，如果挑选出的关联点迹数是零，则宣布浮标丢失，向用户提出浮标丢失的告警信息。

采用上述技术方案带来的有益效果是：

（1）本发明利用浮标是固定目标的特性，有针对性地使用了锐化、权重中心对称衰减的多周期反馈式积累等技术手段，提高了浮标的信杂比。

（2）本发明首先对浮标进行定位，对信噪比极低的浮标定位窗口采取相关信号处理步骤，生成浮标告警窗口。然后，在所生成的浮标告警窗口中根据一定方法进行浮标监视。与直接使用浮标位置相比，该方法不仅可以提高浮标的信杂比，也可以提高可监视的浮标的数量，提高浮标告警的可信度。

附图说明

图1为本发明的基于雷达视频的浮标定位的方法流程框图。

图2为本发明的基于雷达视频的浮标丢失告警的方法流程框图。

具体实施方式

图1所示出的本发明的基于雷达视频的浮标定位的方法的实施流程图。

第一步：获取浮标的初步定位信息。在P显通过人工指定或者从电子海图获取浮标的初步定位信息。初步定位信息是用浮标相对于雷达的极坐标值来表示距离和方位的。电子海图中提取的是浮标的地理坐标，需要以雷达的地理坐标为坐标原点，将浮标的地理坐标转化为极坐标值。

第二步：设置定位窗口。以初步定位信息为中心，设置具有一定距离宽度和方位宽度的浮标定位扇形窗口，称为定位窗口，该定位窗口内应当仅仅含有此浮标一个固定目标，不能包含其它的固定目标。如果是人工指定的定位信息，定位窗口的宽度应当考虑浮标回波大小以及浮标位置的随机摆动的特性。如果是通过电子海图自动获取的定位信息，定位窗口的宽度还应当考虑到雷达视频与电子海图之间的系统误差。

第三步：脉组积累。通过将定位窗口内一定方位宽度内的脉冲相加取均值得到的。对于非起伏目标，可以改善单个脉冲的最小可检测信噪比。

第四步：锐化处理。通过对定位窗口内所有雷达分辨单元上的幅度进行平方得到的。经过锐化处理，可以提高定位窗口内雷达视频的对比度。

第五步：多周期反馈式积累。对定位窗口内所有雷达分辨单元上的幅度与存储的上一个天线周期在相同雷达分辨单元上的幅度进行加权，并将积累后视频作为新的雷达视频进行存储。

第六步：二维单元平均恒虚警率检测。在多周期反馈式积累的雷达视频收敛后，以定位窗口内所有雷达分辨单元上的平均幅度作为杂波功率的估计值，乘以一个比例系数作为检测门限，比检测门限小的幅度都置为零。

第七步：点迹凝聚。在定位窗口内采用强连通法进行点迹凝聚，经过以上处理后，浮标回波应当是强连通的，即浮标回波中所有雷达分辨单元上的幅度都大于零。如果凝聚出多个点迹，则将所有点迹都认为是无效点迹；否则，给出有效点迹的位置。

第八步：检验点迹的有效性。检验点迹的有效性需要连续处理N个天线周期。设检测概率Ｐ_Ｄ，若N个周期中，浮标定位窗口中有效点迹数小于N×Ｐ_Ｄ，则此次定位失败，重新对浮标进行定位；否则，分别统计N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的距离标准差和方位标准差。如果距离标准差>距离分辨力或者方位标准差>方位分辨力，则此次定位失败，重新对浮标进行定位。

第九步：生成并确认浮标告警窗口。分别计算N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的平均距离平均方位平均距离展宽和平均方位展宽，并以极坐标为中心，生成距离宽度和方位宽度分别是平均距离展宽和平均方位展宽3倍的扇形窗口，称为浮标告警窗口。将浮标告警窗口在P显或者电子海图上和雷达视频叠加显示，由操作员确认浮标回波是否完全处于浮标告警窗口中心，如果是，操作员确认此定位信息有效；否则，重新对浮标进行定位。

可以看出，采用本实施例所述的方法实现浮标定位，主要是利用了浮标是固定目标的特性，有针对性地使用了锐化、多周期反馈式积累等技术手段，提高了浮标的信杂比。

如图2所示的本发明的基于雷达视频的浮标丢失告警的方法的实施流程图。在上述生成的浮标告警窗口内，进行以下步骤：

第一步：脉组积累。通过对上述浮标告警窗口内一定方位宽度内的脉冲相加取均值得到的。对于非起伏目标，可以改善单个脉冲的最小可检测信噪比。

第二步：锐化处理。通过对浮标告警窗口内所有雷达分辨单元上的幅度进行平方得到的。经过锐化处理，可以提高定位窗口内雷达视频的对比度。

第三步：权重中心对称衰减的多周期反馈式积累。是以浮标告警窗口中心所在脉组为中心，向两侧权重逐渐对称指数衰减的多周期反馈式积累。权重中心对称衰减的目的是为了减少告警窗口中可能存在的船只对浮标的影响。

第四步：二维单元平均恒虚警率检测。以浮标告警窗口中所有雷达分辨单元上的平均幅度作为杂波功率的估计值，乘以一个比例系数作为检测门限，比检测门限小的幅度都置为零。

第五步：点迹凝聚。在浮标告警窗口内采用强连通法进行点迹凝聚。经过以上处理后，浮标回波应当是强连通的，即浮标回波中所有雷达分辨单元上的幅度都大于零。

第六步：选择关联点迹。从浮标告警窗口所凝聚出的点迹中根据点迹与浮标告警窗口中心之间的归一化距离小于一定门限的原则，挑选出点迹作为关联点迹。其中，点迹与告警窗口中心之间的归一化距离dis定义为

$\mathrm{dis}=\frac{|d_1-d_0|}{{\mathrm{\σ}}_d}+\frac{|{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_0|}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}}$

其中，d₀和θ₀分别表示告警窗口中心的距离和角度，d₁和θ₁分别表示浮标告警窗口内点迹的距离和角度，σ_d和σ_θ分别表示浮标告警窗口内点迹的距离精度和方位精度。

第七步：判断浮标是否丢失。将以上步骤连续处理K个天线周期，如果挑选出的关联点迹数是零，则宣布浮标丢失，向用户提出浮标丢失的告警信息。

本实施例首先对浮标进行定位，对信噪比极低的浮标定位窗口采取相关信号处理步骤，生成浮标告警窗口。然后，在浮标告警窗口中根据一定准则进行浮标监视。与直接使用浮标位置相比，该方法不仅可以提高浮标的信杂比，也可以提高可监视的浮标的数量，提高浮标告警的可信度。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于雷达视频的浮标定位的方法，其特征在于，步骤包括：

第一步：获取浮标的初步定位信息；

第二步：设置定位窗口；

第三步：脉组积累；

第四步：锐化处理；

第五步：多周期反馈式积累；

第六步：二维单元平均恒虚警率检测；

第七步：点迹凝聚；

第八步：检验点迹的有效性；

第九步：生成并确认浮标告警窗口；

上述第八步中，检验点迹的有效性需要对以上步骤连续处理N个天线周期，设检测概率为P_D，若N个周期中，浮标定位窗口中有效点迹数小于N×P_D，则此次定位失败，重新对浮标进行定位；否则，分别统计N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的距离标准差和方位标准差；如果距离标准差>距离分辨力或者方位标准差>方位分辨力，则此次定位失败，重新对浮标进行定位；

上述第九步中，分别计算N个周期中浮标定位窗口中有效点迹的平均距离平均方位平均距离展宽和平均方位展宽，并以极坐标为中心，生成距离宽度和方位宽度分别是平均距离展宽和平均方位展宽3倍的扇形窗口，称为浮标告警窗口；将浮标告警窗口在P显或者电子海图上和一次视频叠加显示，由操作员确认浮标回波是否完全处于浮标告警窗口中心，如果是，操作员确认此定位信息有效；否则，重新对浮标进行定位。

2.如权利要求1所述的一种基于雷达视频的浮标定位的方法，其特征在于，第一步中，在P显通过人工指定或者从电子海图获取浮标的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮标相对于雷达的极坐标值来表示距离和方位的；第二步中，定位窗口是以初步定位信息为中心，具有一定距离宽度和方位宽度的扇形窗口，该扇形窗口内只能含有此浮标这一个固定目标，不能包含其它的固定目标。

3.一种基于雷达视频的浮标丢失告警的方法，其特征在于，在权利要求1所述的一种基于雷达视频的浮标定位的方法所生成的浮标告警窗口中进行以下步骤，包括：

第一步：脉组积累；

第二步：锐化处理；

第三步：权重中心对称衰减的多周期反馈式积累；

第四步：二维单元平均恒虚警率检测；

第五步：点迹凝聚；

第六步：选择关联点迹；

第七步：判断浮标是否丢失；

上述第六步中，选择关联点迹是指从告警窗口所凝聚出的点迹中，根据点迹与告警窗口中心之间的归一化距离小于一定门限的原则，挑选出点迹作为关联点迹，其中，点迹与告警窗口中心之间的归一化距离dis定义为

$\mathrm{dis}=\frac{|d_1-d_0|}{{\mathrm{\σ}}_d}+\frac{|{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_0|}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}}$

其中，d₀和θ₀分别表示告警窗口中心的距离和角度，d₁和θ₁分别表示浮标告警窗口内点迹的距离和角度，σ_d和σ_θ分别表示浮标告警窗口内点迹的距离精度和方位精度。

4.如权利要求3所述的一种基于雷达视频的浮标丢失告警的方法，其特征在于，第三步中，权重中心对称衰减的多周期反馈式积累是以告警窗口中心所在脉组为中心，向两侧权重逐渐对称指数衰减的多周期反馈式积累。

5.如权利要求3所述的一种基于雷达视频的浮标丢失告警的方法，其特征在于，第七步中，判断浮标是否丢失需要对以上步骤连续处理K个天线周期，如果挑选出的关联点迹数是零，则宣布浮标丢失，向用户提出浮标丢失的告警信息。