CN107064902A - 一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机场场面监视雷达系统的目标实时凝聚技术领域，特别涉及一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法。本发明首先获取雷达前端处理后的目标回波信息，再对所述目标回波信息进行虚假点迹过滤处理得到过滤后的目标回波信息，对所述过滤后的目标回波信息进行频道选大处理，检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像，利用所述二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息估计目标参数，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数。本发明极大地提高了目标凝聚的精度，降低了目标在距离方向与方位方向上的分裂，为后续的航迹处理提供了可靠的基础。
Description
技术领域
本发明属于机场场面监视雷达系统的目标实时凝聚技术领域，特别涉及一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，航班量也在飞速增长，对空管系统管制员的指挥和设施设备的维护提出了更高的要求，机场场面监视雷达是一次雷达，主要用于监视机场场面的飞机及车辆，利用目标对电磁波的自身辐射或反射特性发现目标。随着飞机数量和机场地面保障车辆的迅速增多，如何在有限的空间、多变的天气条件下管理好机场场面的交通运输以及空运的地勤保障服务，已成为各国机场当局必须认真考虑的问题。机场场面监视雷达系统是为了解决上述问题而诞生的，它可以使机场塔台管制员对飞机的监视不再受到视线的限制，在黑夜和恶劣气候条件下也能够精确地对机场进行监视，对场面活动的航空器和地勤车辆进行有序的管理。
目标凝聚方法是将属于同一个目标的目标回波信息合成单个目标报告，以达到数据处理负担、提高航迹跟踪质量的目的，选择最优的凝聚方法，对后续目标回波信息进行精确估计点迹参数处理至关重要。
传统的目标凝聚方法，利用先距离方向后方位方向凝聚的一维检测与合并方法，分维度进行目标凝聚，降低了目标凝聚的精度，导致目标在距离方向与方位方向上的分裂。因此，亟需提出一种新的目标凝聚方法。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，本目标凝聚方法极大地提高了目标凝聚的精度，降低了目标在距离方向与方位方向上的分裂，为后续的航迹处理提供了可靠的基础。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法包括以下步骤：
S1、获取雷达前端处理后的目标回波信息；
S2、对所述目标回波信息进行虚假点迹过滤处理得到过滤后的目标回波信息；
S3、对所述过滤后的目标回波信息进行频道选大处理；
S4、检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像；
S5、利用所述二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息估计目标参数，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数。
优选的，通过网络获取步骤S1中的雷达前端处理后的目标回波信息。
优选的，所述目标回波信息包括目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息。
进一步的，步骤S2的具体操作步骤包括：
对雷达前端处理后的目标回波信息设置杂波频率门限，将多普勒频率小于杂波频率门限的目标回波信息作为杂波滤除，得到过滤后的目标回波信息。
进一步的，步骤S3的具体操作步骤包括：
过滤后的目标回波信息的所在的距离单元对应的5个频道的幅度值进行大小比较，保留相应距离单元上幅度值最大的目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息。
进一步的，步骤S4的具体操作步骤包括：
S41、判断目标的起始
将距离长度为两个距离单元或两个距离单元以上的目标回波信息设定为目标，距离单元上第一个出现的目标回波信息设定为目标在距离方向上的起始即为Rstart，将目标的距离信息与上一方位或前面方位的各目标的距离信息进行比较，如果两者在距离方向上存在交集即存在同样的距离库，则判断当前目标是上一方位或前面方位目标的延续，将两目标合并；如果两者不存在交集，则判断此目标是一个新目标，当前方位是此目标的起始；
S42、判断目标的终止
如果目标回波信息所在距离单元的后续距离单元连续出现n个目标的幅度值为0时，则目标终止，其中n为2，则目标回波信息所在距离单元设定为目标终止即为Rend，针对上一方位的目标，如果当前方位和下一方位此目标幅度值信息为0，则判定上一方位为此目标的终止；
S43、目标判断
将目标回波信息作为二维图像的像素点，目标回波的距离与方位分别作为二维图像的高与宽，目标回波的幅度值作为二维图像的像素值，通过S41和S42在距离方向和方位方向上得到属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像。
更进一步的，步骤S5的具体操作步骤包括：
利用二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息对目标参数进行加权取平均处理，得到属于同一个目标凝聚后的目标数据；
其中，为目标回波信息的距离单元，Ai为目标回波信息的相应距离单元信息上所对应幅度值，为目标凝聚后的目标回波信息的距离；
其中，为目标回波信息的方位，Ai为目标回波的相应方位上所对应幅度值，为目标凝聚后的目标回波信息的方位；
其中，N为同一个目标的二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息个数，Ai为每个目标回波信息的幅度值，为目标凝聚后的目标回波的幅度值。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明首先获取雷达前端处理后的目标回波信息，通过设置杂波频率门限，将多普勒频率小于杂波频率门限的目标回波信息作为杂波滤除，根据设置杂波频率门限过门限检测，滤除掉部分干扰目标点迹，得到过滤后的目标回波信息，减少剩余的点迹数量，以便后续处理，过滤后的目标回波信息的所在的距离单元所对应的5个频道的幅度值进行大小比较，保留相应距离单元上幅度值最大的目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息，极大地降低了目标点迹的数据量，提高了目标点迹的质量，再检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像，利用二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息估计目标参数，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数，因此本发明极大地提高了目标凝聚的精度，降低了目标在距离方向与方位方向上的分裂，为后续的航迹处理提供了可靠的基础。
2)、通过对目标起始和终止的判断，将目标回波信息作为二维图像的像素点，目标回波的距离与方位分别作为二维图像的高与宽，目标回波的幅度值作为二维图像的像素值，能够检测出属于同一目标的目标回波信息构成二维图像，为后续的基于图像处理的目标凝聚提供依据。
3)、通过利用二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息对目标参数进行加权取平均处理，得到属于同一个目标凝聚后的目标数据。大大地提高了用于机场场面监视雷达系统的稳定性和可靠性，提高了用于机场场面监视雷达系统的目标回波信息凝聚精度。
附图说明
图1为本目标凝聚方法的流程图；
图2为本发明的二维图像目标回波信息；
图3为本发明的二维图像目标回波信息的凝聚图；
图4为本发明的二维图像旋转30度后目标回波信息的凝聚图；
图5为本发明的二维图像旋转60度后目标回波信息的凝聚图；
图6为本发明的二维图像旋转150度后目标回波信息的凝聚图；
图7为本发明的二维图像旋转270度后目标回波信息的凝聚图；
图8为本发明的二维图像旋转330度后目标回波信息的凝聚图。
具体实施方式
下面将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。
如图1所示，一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法包括以下步骤：
S1、获取雷达前端处理后的目标回波信息；
S2、对所述目标回波信息进行虚假点迹过滤处理得到过滤后的目标回波信息；
S3、对所述过滤后的目标回波信息进行频道选大处理；
S4、检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像；
S5、利用所述二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息估计目标参数，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数。
通过网络获取雷达前端处理后的目标回波信息，按照方位方向0°～360°，0.5°方位采样间隔，距离方向0km～10km，3.75m距离采样间隔接收目标回波信息，从0°方位开始接收距离方向0km～10km上不同距离单元目标回波信息，然后依照0.5°的方位采样间隔，接收当前方位距离方向0km～10km上不同距离单元目标回波信息。由于雷达前端处理后，同一个目标在相邻的距离单元和方位单元上产生多个检测结果，以及强地物、强杂波、类似目标的弱杂等余留的数量可观的剩余目标点迹，利用本发明的目标凝聚方法，需将目标回波信息作为二维图像的像素点，目标回波的距离信息与方位信息分别为二维图像的高与宽，目标回波幅度值信息为二维图像像素点的像素值。
所述目标回波信息包括目标的时间戳即为雷达检测到目标的时间信息，单位依次为年月日时分秒；目标的距离，单位为米；目标的方位，单位为度；目标的幅度值，单位为db；目标的多普勒频率信息，单位为赫兹。
机场场面监视雷达系统的转速高达1秒/转，数据率大，为了防止后续处理时出现超载情况，首先需要对获取雷达前端处理后的目标回波信息设置杂波频率门限，将多普勒频率小于杂波频率门限的目标回波信息作为杂波滤除，滤除掉一部分干扰目标点迹，减少剩余的点迹数量，以便后续处理。
具体的，对雷达前端处理后的目标回波信息设置杂波频率门限，对雷达前端处理后送目标回波信息中目标的多普勒频率信息进行统计，得出杂波频率门限，该门限能检测出80％目标，该杂波频率门限值与雷达架设场地、雷达前端处理相关，需要雷达实地架设开机测试后得出经验值，为步骤S2处理提供杂波频率门限，将多普勒频率小于杂波频率门限的目标回波信息作为杂波滤除，得到过滤后的目标回波信息。
对所述过滤后的目标回波信息进行频道选大处理的具体方法为对过滤后的目标回波信息的所在的距离单元对应的5个频道的幅度值进行大小比较，距离单元为机场场面监视雷达探测目标的距离除以距离分辨率量化成距离单元，保留相应距离单元上幅度值最大的目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息。
检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像的具体处理方法如下：
S41、判断目标的起始
将距离长度为两个距离单元或两个距离单元以上的目标回波信息设定为目标，距离单元上第一个出现的目标回波信息设定为目标在距离方向上的起始即为Rstart，将目标的距离信息与上一方位或前面方位的各目标的距离信息进行比较，如果两者在距离方向上存在交集即存在同样的距离库，则判断当前目标是上一方位或前面方位目标的延续，将两目标合并；如果两者不存在交集，则判断此目标是一个新目标，当前方位是此目标的起始；
S42、判断目标的终止
如果目标回波信息所在距离单元的后续距离单元连续出现n个目标的幅度值为0时，则目标终止，其中n为2，则目标回波信息所在距离单元设定为目标终止即为Rend，针对上一方位的目标，如果当前方位和下一方位此目标幅度值信息为0，则判定上一方位为此目标的终止；
S43、目标判断
将目标回波信息作为二维图像的像素点，目标回波的距离与方位分别作为二维图像的高与宽，目标回波的幅度值作为二维图像的像素值，通过S41和S42在距离方向和方位方向上得到属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像。
利用二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息对目标参数进行加权取平均处理，得到属于同一个目标凝聚后的目标数据；
其中，为目标回波信息的距离单元，Ai为目标回波信息的相应距离单元信息上所对应幅度值，为目标凝聚后的目标回波信息的距离；
其中，为目标回波信息的方位，Ai为目标回波的相应方位上所对应幅度值，为目标凝聚后的目标回波信息的方位；
其中，N为同一个目标的二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息个数，Ai为每个目标回波信息的幅度值，为目标凝聚后的目标回波的幅度值。
如图3～图8，其中，实心圆圈的中心为目标距离凝聚后几何中心；三角形的中心为利用目标距离凝聚后几何中心，进行波束相关处理，所有相关波束中方位方向凝聚后的几何中心；五角星的中心为利用本发明所提的基于图像处理的目标凝聚方法凝聚处理得到的几何中心。
从图2～图8可知，对于同一种目标不同姿态进行来说，本目标凝聚方法与先距离方向后方位方向凝聚的一维检测与合并方法相比，有效地降低了目标在距离方向与方位方向上的分裂，力求目标在不同的姿态下，能够有效的进行目标凝聚，实现了目标回波信息点迹参数即距离、方位、幅度的精确估计。
Claims (8)
1.一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取雷达前端处理后的目标回波信息；
S2、对所述目标回波信息进行虚假点迹过滤处理得到过滤后的目标回波信息；
S3、对所述过滤后的目标回波信息进行频道选大处理；
S4、对频道选大处理后的目标回波信息进行检测，检测出属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像；
S5、利用所述二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息估计目标参数，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数。
2.如权利要求1所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于：通过网络获取步骤S1中的雷达前端处理后的目标回波信息。
3.如权利要求2所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于：所述目标回波信息包括目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息。
4.如权利要求3所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于，步骤S2的具体操作步骤包括：
对雷达前端处理后的目标回波信息设置杂波频率门限，将多普勒频率小于杂波频率门限的目标回波信息作为杂波滤除，得到过滤后的目标回波信息。
5.如权利要求4所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于，步骤S3的具体操作步骤包括：
对过滤后的目标回波信息的目标的距离所在的距离单元对应的5个频道的幅度值进行大小比较，保留相应距离单元上幅度值最大的目标的时间戳、目标的距离、目标的方位、目标的幅度值、目标的多普勒频率信息。
6.如权利要求5所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于，步骤S4的具体操作步骤包括：
S41、判断目标的起始
将目标的长度为两个距离单元或两个距离单元以上的目标回波信息设定为目标，目标的长度上第一个出现的目标回波信息设定为目标在距离方向上的起始即为Rstart，最后一个出现的目标回波信息设定为目标在距离方向上的结束即为Rend；将当前目标的距离信息即为目标的长度、Rstart、Rend与上一方位或前面方位的各目标的距离信息进行比较，如果两者在距离方向上存在交集即存在同样的距离库，则判断当前目标是上一方位或前面方位目标的延续，将两目标合并；如果两者不存在交集，则判断当前目标是一个新目标，当前方位是此目标的起始；
S42、判断目标的终止
如果目标回波信息所在距离单元的后续距离单元即为Rend后面的距离单元连续出现n个目标的幅度值为0时，则目标在距离方向上终止，则目标回波信息所在距离单元设定为目标终止即为Rend，针对上一方位的目标，如果当前方位和下一方位此目标幅度值信息为0db，则判定上一方位为此目标在方位方向上终止；
S43、目标判断
将目标回波信息作为二维图像的像素点，目标回波的距离与方位分别作为二维图像的高与宽，目标回波的幅度值作为二维图像的像素值，通过S41和S42在距离方向和方位方向上得到属于同一个目标的目标回波信息构成二维图像。
7.如权利要求6所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于，步骤S5的具体操作步骤包括：
利用二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息对目标参数进行加权取平均处理，得到属于同一个目标凝聚后的目标参数；
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其中，为目标回波信息的距离单元，Ai为目标回波信息的相应距离单元信息上所对应幅度值，为目标凝聚后的目标回波信息的距离；
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其中，N为同一个目标的二维图像轮廓以及轮廓内的目标回波信息个数，Ai为每个目标回波信息的幅度值，为目标凝聚后的目标回波的幅度值。
8.如权利要求6所述的一种用于机场场面监视雷达系统的目标凝聚方法，其特征在于：目标回波信息所在距离单元的后续距离单元即为Rend后面的距离单元连续出现2个目标的幅度值为0时，则目标在距离方向上终止。
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