CN105807266A - 预警雷达航迹数据传输压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预警雷达航迹数据传输压缩方法，涉及雷达数据传输方法技术领域。所述方法包括如下步骤：发送端接收雷达上报数据；同一批号的目标点迹已被雷达关联成航迹，以航迹中的每6个点迹为单位采用最小二乘法进行曲线拟合，得到目标航迹的拟合曲线参数；按照目标威胁程度，上传目标航迹的拟合曲线参数及时间周期内最后一个点迹数据到接收端；接收端利用航迹拟合曲线参数，恢复出目标航迹。所述方法充分利用有限的通信容量来传递雷达情报数据，充分发挥了北斗短报文功能，从而使其能够成为一种预警雷达应急情报传输手段，具有深远的军事及战略意义。

Description

预警雷达航迹数据传输压缩方法

技术领域

本发明涉及雷达数据传输方法技术领域，尤其涉及一种预警雷达航迹数据传输压缩方法。

背景技术

军用情报都有自己的特定格式，只是按各自的规定有所不同，其原则基本上是以小容量传递大信息。对于大多数数字化装备都配有军用情报的标准接口，可以直接传递标准格式的军用情报。雷达航迹数据由点迹数据组成，点迹数据按照某一固定协议。雷达航迹数据本质上是文本数据，因此雷达航迹数据在传输前通常进行文本数据压缩，常用的文本数据压缩方法包括Huffman编码，算术编码，游程编码和LZ编码。

Huffman编码：D.A.Huffman发现了一种基于信号概率的数据压缩算法。其包含两个基本的处理阶段:（1）对源信号的出现频率进行统计，每个源信号根据它出现频率大小被赋予一定的编码，高频率的信号对应短码，低频率的信号对应长码。（2）用信号对应的编码去取代源数据中的信号。同时Huffman编码有一个十分重要的特性:任何一个编码决不会是其他编码的前缀。这一特性保证了对编码译码时的唯一性。从Huffman编码的两个基本处理和他的唯一性我们可以认为他是简单而且实用的算法。

算数编码：算术编码是一种高效清除字串冗余的算法。他避开用一个特定码字代替一输入符号的思想，而用一个单独的浮点数来代替一串输入符号，避开了Huffman编码中比特数必须取整的问题。但是算术编码的实现有两大缺陷:很难在具有固定精度的计算机完成无限精度的算术操作;高度复杂的计算量不利于实际应用。

基于字典的LZ系列编码包括:LZ77算法，LZSS算法，LZ78算法和LZW算法，下面介绍典型的LZW算法。LZW压缩算法基本原理：提取原始文本文件数据中的不同字符，基于这些字符创建一个编译表，然后用编译表中的字符的索引来替代原始文本文件中的相应字符，减少原始数据大小。这里的编译表不是事先创建好的，而是根据原始文件数据动态创建的，解码时还要从已编码的数据中还原出原来的编译表。

虽然上述编码算法能取得一定的压缩效果，根据实验，对雷达情报数据采用哈夫曼编码，压缩率在10%-20%之间，可以看出压缩效并不明显。目前雷达情报数据传输主要采用短波电台以及光线，短波电台数据传输速度在每秒几千bite，而光线传输速度可以达到几百兆每秒，即使在压缩效果不明显的情况下，通信容量依然能够满足需求。现在使用北斗短报文功能来传输数据，民用sim卡通信容量每分钟几十字节，军用sim卡通信容量能达到每秒几百字节。虽然军用卡理论上传输速率很高，但由于难获取，以及受到各种因素的影响，实际传输率往往较低，这时候传统的压缩方式已经不再能满足需求了，需要采用新的压缩方法。

当前雷达数据传输主要依靠有线，短波电台以及微波等方式来进行，这些传输方式相对固定，容易受到地理环境，战场态势，战术意图等条件限制，在未来战场环境中，甚至面临着多频段，高强度电磁干扰以及破坏。为了保证雷达数据正常传输，以及偏远地区的雷达应急通信和高机动雷达作战时的数据传输，探索多种灵活，准确，实时，可靠的雷达数据传输方式意义重大而深远。随着我国北斗系统的不断完善和发展，在二代系统中已经实现了短报文功能，可以利用这一功能进行雷达情报数据的传输，但由于短报文通信容量有限理论虽然较快，现实中受到设备以及SIM卡的限制，数据传输速率可能比较低。因而北斗短报文并不能完全满足雷达组网数据传输需求，因而要对传输数据进行压缩。

要想取得较多的压缩效果，就要采取有损压缩。有损压缩一般采用特征提取和量化的方式。对于雷达组网数据来说，尤其是预警雷达，并不需要高精度的跟踪目标，预警雷达顾名思义就是要起到预警的作用，所以可以降低精度，降低目标数量，提取出探测目标的特征，只传输目标特征，从而大大降低数据传输量，可以采用对航迹进行曲线拟合的办法。

通过对雷达探测目标数据的分析可知，目标在短时间内高度变化并不大，对于预警雷达可以忽略高度的变化，只发送一个高度信息，只对目标的方位数据进行处理。也就是在平面进行二维拟合，从而大大减少拟合曲线所需系数。

对航迹进行曲线拟拟合时，如果算法太复杂，虽然拟合效果较好，但是恢复航迹所需系数就很多，然且对处理器的运算能力要求较高。算法太简单，所需系数较少，运算量较少，但有可能面临着恢复出来的航迹误差太大等问题，下面是对各种算法的仿真实验。对目标航迹分别采用一阶高斯函数拟合，二阶多项式拟合，一阶指数函数拟合以及一阶正弦函数拟合由图1-4可知，这四种算法拟合效果接近，均方根误差在200左右，其中指数函数拟合只需两个系数，但是对于有些情况，指数函数无法拟合，适用性不强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种预警雷达航迹数据传输压缩方法，所述方法充分利用有限的通信容量来传递雷达情报数据，充分发挥了北斗短报文功能，从而使其能够成为一种预警雷达应急情报传输手段，具有深远的军事及战略意义。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种预警雷达航迹数据传输压缩方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）发送端接收雷达上报数据；

2）发送端根据编码协议解析雷达上报的数据，并根据目标的信息进行威胁判断，根据威胁度对目标进行排序，威胁度高的目标数据优先发送；

3）同一批号的目标点迹已被雷达关联成航迹，目标方位信息采用的是极坐标，先通过公式转化成直角坐标，然后以航迹中的每6个点迹为单位采用最小二乘法进行曲线拟合，得到目标航迹的拟合曲线参数；

4）按照目标威胁程度，上传目标航迹的拟合曲线参数及时间周期内最后一个点迹数据到接收端；

5）接收端利用航迹拟合曲线参数以及一个时间周期内最后一个点迹数据，恢复出目标航迹。

进一步的技术方案在于：步骤2）中目标的信息包括目标的批号、距离、高度、方位、录取时间以及航迹质量。

进一步的技术方案在于：步骤5）中恢复出目标航迹的方法如下：

将水平面直角坐标系中的x轴或者y轴进行等分，得到x轴或y轴上的值，并利用拟合曲线参数得到y轴或x轴上的值，此时得到的只是目标在水平面直角坐标系下的坐标，通过公式转换成极坐标，并添加上录取时间，高度，机型和航迹质量后重新封装成标准情报格式数据帧，发送到指控终端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述传输压缩算法克服了北斗短报文通信容量有限的问题，利用这种压缩算法能充分利用有限的通信容量来传递雷达情报数据，充分发挥了北斗短报文功能，从而使其能够成为一种雷达情报应急情报传输手段，具有深远的军事及战略意义，随着北斗系统的不断发展，应用前景会越来越广。

附图说明

图1是指数函数的拟合曲线图；

图2是正弦函数的拟合曲线图；

图3是高斯函数的拟合曲线图；

图4是最小二乘法多项式的拟合曲线图；

图5是本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图5所示，本发明公开了一种预警雷达航迹数据传输压缩方法，所述方法包括如下步骤：

发送端接收雷达上报数据；

发送端根据编码协议解析雷达上报的数据，并根据目标批号、距离、高度、方位、录取时间以及航迹质量等信息进行威胁判断，根据威胁度对目标进行排序，威胁度高的目标数据优先发送；

同一批号的目标点迹已被雷达关联成航迹，以航迹中的每6个点迹为单位采用最小二乘法进行曲线拟合，得到目标航迹的拟合曲线参数；

按照目标威胁程度，上传目标航迹的拟合曲线参数到接收端及时间周期内最后一个点迹数据；

接收端利用航迹拟合曲线参数以及一个时间周期内最后一个点迹数据，恢复出目标航迹。

由于恢复出来的是一条航迹线段，并不能直接在指挥终端中显示出来，需要还原出点迹数据。由于目标在一个时间周期内速度变化不大，可以假定速度不变，由于点迹数据是等时间间隔探测得到的，在速度不变的前提下，点迹数据可以认为是等距离的。可以在x轴（或者y轴）进行等分，得到x轴（或Y轴）上的值，并利用拟合曲线参数得到y轴（或x轴上的值），此时得到的只是目标在水平面直角坐标系下的坐标。可以通过公式转换成极坐标，并添加上录取时间，高度，机型和航迹质量等数据后重新封装成标准情报格式数据帧，发送到指控终端。

标准情报格式包含装备、目标的所有必要信息，并且可以直接通过各单元的标准接口进行数据处理。一个点迹的数据大小是13字节，假设航迹由6个点迹组成，那么在不压缩的情况下，一条航迹需要传输78字节数据量。而对航迹采用最小二乘法进行多项式拟合后，得到三个系数，每个系数占用四个字节，再加上最后一个点迹数据，一共需要25字节，虽然产生了一定的误差，但对于预警雷达来说，影响不大，但压缩率可以达到70%左右。按照实际通信容量，原本只能传输一个批次目标在一分钟内航迹信息，利用压缩算法后可以传输四个批次目标一分钟内的航迹信息。

因此，上述压缩算法克服了北斗短报文通信容量有限的问题，利用这种压缩算法能充分利用有限的通信容量来传递雷达情报数据，充分发挥了北斗短报文功能，从而使其能够成为一种雷达情报应急情报传输手段，具有深远的军事及战略意义。随着北斗系统的不断发展，应用前景会越来越广。

Claims (3)

1.一种预警雷达航迹数据传输压缩方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1）发送端接收雷达上报数据；

2）发送端根据编码协议解析雷达上报的数据，并根据目标的信息进行威胁判断，根据威胁度对目标进行排序，威胁度高的目标数据优先发送；

3）同一批号的目标点迹已被雷达关联成航迹，目标方位信息采用的是极坐标，先通过公式转化成直角坐标，然后以航迹中的每6个点迹为单位采用最小二乘法进行曲线拟合，得到目标航迹的拟合曲线参数；

4）按照目标威胁程度，上传目标航迹的拟合曲线参数及时间周期内最后一个点迹数据到接收端；

5）接收端利用航迹拟合曲线参数以及一个时间周期内最后一个点迹数据，恢复出目标航迹。

2.如权利要求1所述的预警雷达航迹数据传输压缩方法，其特征在于：步骤2）中目标的信息包括目标的批号、距离、高度、方位、录取时间以及航迹质量。

3.如权利要求1所述的预警雷达航迹数据传输压缩方法，其特征在于，步骤5）中恢复出目标航迹的方法如下：

将水平面直角坐标系中的x轴或者y轴进行等分，得到x轴或y轴上的值，并利用拟合曲线参数得到y轴或x轴上的值，此时得到的只是目标在水平面直角坐标系下的坐标，通过公式转换成极坐标，并添加上录取时间，高度，机型和航迹质量后重新封装成标准情报格式数据帧，发送到指控终端。