CN109061647B - 一种基于雷达的间断海冰区域检测方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种基于雷达的间断海冰区域检测方法、装置及设备。所述方法包括：获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。本发明实施例根据各采样点对应的脉冲回波序列按径向积累进行直线拟合，海冰区域对应直线斜率上升很快，海水对应的区域直线斜率上升较慢，根据直线斜率对应的上升率序列的峰值进行检测，实现对间断海冰区域的检测。

Description

一种基于雷达的间断海冰区域检测方法、装置及设备
技术领域
本发明实施例涉及雷达应用领域，尤其涉及一种基于雷达的间断海冰区域检测方法、装置及设备。
背景技术
海冰是冬季影响港口作业、海上运输和船舶安全的重要因素。船舶在冬季进出冰封的港口或海湾，或在有大量浮冰、冰山的水域或冰封的极区、港口、海湾航行，船舶机动受限，若操纵不当，船体易受损，易发生冰困，造成危险。因此，需提前观察并确定海冰区域，以合理规划航线，规避航行风险。
目前，对海冰情况的掌握，主要依靠海事预报以及星载雷达等探测设备掌握海面海冰情况，但二者难以做到对海面海冰情况的实时掌握，也不能做到对海冰及移动的连续跟踪。而在此方面，船载导航/搜索等雷达具有全天时全天候的工作特点，可以做到对海冰的实时探测；但雷达一般关心的点状目标，目标一般占据一个或几个分辨单元，目标检测处理一般是确定其中心或质心的距离方位，而类似于海上浮冰这种大面积的面状目标，对其的检测一般不是确定其中心或质心的距离与方位，而是需要确定其覆盖范围。海上浮冰在随海面运动过程中，经常存在冰区断裂、不连续的情况，即不同海冰区域之间间距不同的距离(海冰区域与海冰区域之间的间隔通常为海面)，急需一种方法对海冰的间隔区域进行检测的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种基于雷达的间断海冰区域检测方法、装置及设备。
第一方面，本发明实施例提供一种基于雷达的间断海冰区域检测方法，包括：
获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
进一步，所述获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量，具体包括：
获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列形成原始向量，其中每个脉冲回波序列为所述原始向量的一个元素；
采用平滑滤波器对所述原始向量在雷达径向上进行平滑处理，得到结果向量；
从所述结果向量中选取N个元素作为采样点，从而获得采样点向量，其中N的取值等于平滑滤波器的阶数。
进一步，所述对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列，具体包括：
对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和，获得求和序列；
根据雷达的径向采样率和距离单元大小，确定分段拟合长度；
对于所述求和序列中的所有点，以所述分段拟合长度为长度单位进行分段，对每个分段进行一次最小二乘线性拟合，获得多条直线；
分别获取每条直线的斜率，根据每条直线的斜率形成上升率序列。
进一步，所述根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
获取所述上升率序列中的超过预设上升率判断门限的极大值，并形成极大值集合；
基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
进一步，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
遍历所述极大值集合中的每个极大值，若相邻两个极大值对应的采样点位置之差大于所述预设海冰区域门限，则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为不同的海冰区域；否则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为相同的海冰区域；
根据所述极大值集合中的极大值对应的采样点对应的不同或相同的海冰区域，获得一个或多个海冰区域。
进一步，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
获取所述上升率序列中的极小值并形成极小值集合；
对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，获取所述多个极大值中下标序号最小的一个极大值，作为第一极大值，获取所述多个极大值中下标序号最大的一个极大值，作为第二极大值；
在所述极小值集合中获取下标序号小于且最接近于所述第一极大值的下标序号的一个极小值，作为第一极小值；在所述极小值集合中获取下标序号大于且最接近于所述第二极大值的下标序号的一个极小值，作为第二极小值；
根据所述第一极小值的下标序号、所述第二极小值的下标序号以及雷达径向采样率，获取所述任意一个由多个极大值确定的海冰区域的覆盖范围。
进一步，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，若所述多个极大值中相邻两个极大值的幅度之比大于预设值，则确定所述相邻两个极大值对应的两个采样点对应的两个海冰区域的海冰状态不相同。
第二方面，本发明实施例提供一种基于雷达的间断海冰区域检测装置，包括：
原始采样点模块，用于获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
拟合上升率模块，用于对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
海冰区域模块，用于根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本发明实施例第一方面所述基于雷达的间断海冰区域检测方法及其任一可选实施例所述的方法。
第四方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令执行本发明实施例第一方面所述基于雷达的间断海冰区域检测方法及其任一可选实施例的方法。
本发明实施例提供的一种基于雷达的间断海冰区域检测方法，将雷达扫描海面时的脉冲回波序列作为采样点，对采样点对应的脉冲回波强度进行径向累加求和后再分段线性拟合，根据拟合的直线的斜率中的峰值进行海冰区域检测，可以获得一个或多个大片海冰区域。本发明实施例虑到在海面大面积结冰情况下，海冰回波很强，类似于陆地回波，而海水回波相对较弱，二者脉冲回波强度具有明显差异，根据各采样点对应的脉冲回波序列按径向积累进行直线拟合，海冰区域对应直线斜率上升很快，海水对应的区域直线斜率上升较慢，根据直线斜率对应的上升率序列的峰值进行检测，实现对间断海冰区域的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于雷达的间断海冰区域检测方法流程示意图；
图2为本发明实施例雷达径向与雷达方位向示意图；
图3为本发明实施例一种基于雷达的间断海冰区域检测装置示意图；
图4为本发明实施例一种电子设备的框架示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。
图1为本发明实施例一种基于雷达的间断海冰区域检测方法流程示意图，如图1所示的基于雷达的间断海冰区域检测方法，包括：
100，获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
雷达进行海面扫描时，海面会发生回波散射，由此雷达可以接收到海面散射的脉冲回波序列，根据脉冲回波序列可以得到采样点。本发明实施例中的海面是泛指不确定海冰和海水的海面。
需要说明的是，本发明实施例可以基于海面散射的多个脉冲回波序列直接得到采样点，例如一个脉冲回波序列对应一个采样点；也可以对多个脉冲回波序列进行一些处理后得到采样点，例如进行平滑处理等。
101，对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
海面发生回波散射时，海冰和海水的回波散射强度是不相同的，一般的，在海面大面积结冰情况下，海冰回波很强，类似于陆地回波，而海水回波相对较弱，二者的脉冲回波强度具有明显差异。本发明实施例对各采样点的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后进行分段线性拟合，由于各采样的脉冲回波强度不尽相同，因而拟合得到的直线的斜率也不尽相同，海冰区域对应直线斜率上升很快，海水对应的区域直线斜率上升较慢，通过设置合适的直线斜率上升门限即可判断哪些直线对应海冰区域，哪些直线对应海水区域。本发明实施例根据拟合的直线斜率的特点，可以进行后续的海冰区域检测。
102，根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
本发明实施例基于步骤101中得到的直线斜率形成上升率序列，进行峰值检测，其中峰值包括上升率序列中的极大值和极小值；根据极大值进行海冰检测，可以将属于各个不同海冰区域的采样点区分开，从而得到一个或多个海冰区域。
进一步的，根据任一个海冰区域中包含的极大值和极小值对应的采样点的位置关系，可以获取任一个海冰区域的覆盖范围。
本发明实施例提供的一种基于雷达的间断海冰区域检测方法，将雷达扫描海面时的脉冲回波序列作为采样点，对采样点对应的脉冲回波强度进行径向累加求和后再分段线性拟合，根据拟合的直线的斜率中的峰值进行海冰区域检测，可以获得一个或多个大片海冰区域。本发明实施例虑到在海面大面积结冰情况下，海冰回波很强，类似于陆地回波，而海水回波相对较弱，二者脉冲回波强度具有明显差异，根据各采样点对应的脉冲回波序列按径向积累进行直线拟合，海冰区域对应直线斜率上升很快，海水对应的区域直线斜率上升较慢，根据直线斜率对应的上升率序列的峰值进行检测，实现对间断海冰区域的检测。
作为一个可选的实施例，步骤100，所述获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量，具体包括：
100.1获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列形成原始向量，其中每个脉冲回波序列为所述原始向量的一个元素；
具体的，对于雷达接收到的每一个脉冲回波序列xi(i＝1,2，…,M)，形成原始向量X＝(x1,x2,…,xM)。
100.2，采用平滑滤波器对所述原始向量在雷达径向上进行平滑处理，得到结果向量；
具体的，在雷达径向上采用平滑滤波器进行平滑处理，即采用阶数为N的汉明窗W＝(w1,w2,…,wN)进行平滑处理，其中wn如公式(1)所示。需说明的是，N的取值由径向采样率f0和距离单元大小D0决定，
Figure GDA0002600602900000081
f0的单位为MHz，D0的单位为米，符号
Figure GDA0002600602900000082
表示向上取整，系数k的取值范围为3≤k≤5；M的值由雷达径向采样率、脉冲重复频率和占空比确定，雷达确定后一般不可修改，且M＞＞N。
Figure GDA0002600602900000083
首先，将雷达脉冲回波序列X截取为长度为N的一系列序列片段xi＝(xi,xi+1,…,xi+N－1)，i的取值范围为
Figure GDA0002600602900000084
符号
Figure GDA0002600602900000085
表示向下取整。
其次，计算窗函数所有点数值的累加和SW，
Figure GDA0002600602900000086
用于后续调整卷积结果。
然后，将窗函数向量W与每一个向量xi进行卷积，然后再除以SW，得到的结果即为结果向量yi，结果向量yi的长度为2N-1。
100.3，从所述结果向量中选取N个元素作为采样点，从而获得采样点向量，其中N的取值等于平滑滤波器的阶数。
需要说明的是，为使得平滑处理后的结果向量yi的长度与所截取的序列片段的长度N保持一致，即与平滑滤波器的阶数保持一致，本发明实施例取结果向量yi的中间N个值作为平滑处理后输出结果zi，即得到多个采样点，根据多个采样点形成采样点向量。
具体的，步骤100.3，所述从所述结果向量中选取N个元素作为采样点，具体包括：
若N为偶数，则将所述结果向量的前
Figure GDA0002600602900000087
个元素和后
Figure GDA0002600602900000088
个元素剔除后，以剩余的元素作为采样点；
若N为奇数，则将所述结果向量的前
Figure GDA0002600602900000089
个元素和后
Figure GDA00026006029000000810
个元素剔除后，以剩余的元素作为采样点。
需要说明的是，无论N为偶数或N为奇数，剩余元素的顺序可以保持不变，直接按剩余元素当前的顺序获取采样点向量。整个脉冲回波序列平滑处理后的结果可记为Z，
Figure GDA0002600602900000091
即为各个向量zi拼接结果，若用采样点直接表示，则采样点向量为Z＝(z1,z2,z3,…,zM′)，其中，zm为采样点(m＝1,2，…M’)，其值是采样点对应的脉冲回波强度，
Figure GDA0002600602900000092
本发明实施例对采用平滑滤波器对海面散射的雷达回波在雷达径向上进行平滑处理，通过平滑和过门限处理，可以降低海冰回波采样点间的非均匀性，其中，平滑滤波器阶数N，根据雷达采样率与径向分辨率设定，此处不再赘述。
作为一个可选的实施例，步骤101，所述对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列，具体包括：
101.1，对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和，获得求和序列；
本实施例中采样点向量可以是步骤100中未经处理的采样点向量，也可以是经过平滑处理后得到的采样点向量。
举例说明，若为平滑处理后得到的采样点向量Z＝(z1,z2,z3,…,zM′)，zm为采样点(m＝1,2，…M’)。图2为本发明实施例雷达径向与雷达方位向示意图，请参考图2中的径向和方位向示意。本发明实施例对采样点向量沿雷达径向进行累加求和，得到求和序列SZ(p)，
Figure GDA0002600602900000093
p＝1,2,…,M′。
101.2，根据雷达的径向采样率和距离单元大小，确定分段拟合长度；
具体的，可通过如下公式确定分段拟合长度LN：
Figure GDA0002600602900000101
f0为雷达的径向采样率，单位为MHz，D0为雷达的距离单元大小，单位为米。
101.3，对于所述求和序列中的所有点，以所述分段拟合长度为长度单位进行分段，对每个分段进行一次最小二乘线性拟合，获得多条直线；
具体的，本发明实施例对和序列中的所有点，按分段拟合长度进行分段划分。由上述分段拟合长度LN可知，本发明实施例可以对每3个距离单元的采样点划分一个分段，即每3个距离单元的采样点做一次最小二乘线性拟合，得到一个拟合直线。多个分段可以拟合得到多条直线。
需要说明的是，本发明实施例所述距离单元是指雷达径向的分辨单元。根据雷达径向采样率不同，距离单元包含的采样点的数目可能不相同，计算公式为
Figure GDA0002600602900000102
例如，3个距离单元可能包含3个采样点，也可能包含6个采样点。
101.4，分别获取每条直线的斜率，根据每条直线的斜率形成上升率序列。
由于每个采样点对应的脉冲回波强度相同或不相同，因此拟合得到直线具有一定的斜率，本发明实施例根据所有拟合直线的斜率形成上升率序列。
例如，假设求和序列中包含300个采样点，假设1个距离单元包含1个采样点，3个距离单元包含3个采样点，则可将300个采样点分为100个分段，每个分段包含3个采样点。分别对每个分段进行最小二乘线性拟合，则共可以得到100条直线，根据100条直线可以得到100个斜率，然后将100个斜率组成上升率序列。
由于海冰和海水的脉冲回波强度不相同，因此每个采样点的脉冲回波强度拟合的直线的斜率不同，脉冲回波强度越大，则拟合直线的斜率越大；通过检测直线斜率，可以判断采样点对应的海冰还是海水，为后续的海冰区域检测奠定基础。
需要说明的是，本发明实施例的步骤101.1和101.2没有先后执行顺序关系，二者任意先后即可。
作为一个可选的实施例，步骤102，所述根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
102.1，获取所述上升率序列中的超过预设上升率判断门限的极大值，并形成极大值集合；
具体的，步骤102.1可通过如下方法实现：
首先，遍历所述上升率序列中的每个点，若当前点的数值大于或等于所述当前点前后相邻点的数值，则确定所述当前点为极大值；若当前点的数值小于所述当前点前后相邻点的数值，则确定所述当前点为极小值。
然后，对所有极大值进行门限判断，具体是将得到的极大值与预设上升率判断门限进行比较，若大于预设上升率判断门限，则判定该极大值为海冰回波，对应海冰区域；否则判定该极大值为海水回波，对应海水区域。获取所有判断为海冰回波的极大值形成极大值集合。对于极小值，不进行门限判断，直接获得所有极小值形成极小值集合。
本发明实施例将极大值集合记为
Figure GDA0002600602900000111
其中
Figure GDA0002600602900000112
代表第i个极大值点的上升率幅度值，
Figure GDA0002600602900000113
代表第i个极大值点在上升率序列中下标位置；将极小值集合记为
Figure GDA0002600602900000114
其中
Figure GDA0002600602900000115
代表第i个极小值点的上升率幅度值，
Figure GDA0002600602900000116
代表第i个极小值点在上升率序列中下标位置。下标位置具体表示：当前极大值或极小值点在上升率序列中的排序。
具体的，预设上升率判断门限可通过下式获取：
Figure GDA0002600602900000121
其中SZ(M′)为步骤101.1中求和序列SZ(p)，p＝M′时的值。
若任意直线的斜率为LZ，则当LZ＞TZ时，则认为该直线对应海冰回波区段，否则认为对应海水回波区段。
102.2，基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
具体的，步骤102.2，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
遍历所述极大值集合中的每个极大值，若相邻两个极大值对应的采样点位置之差大于所述预设海冰区域门限，则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为不同的海冰区域；否则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为相同的海冰区域；
根据所述极大值集合中的极大值对应的采样点对应的不同或相同的海冰区域，获得一个或多个海冰区域。
需要说明的是，本发明实施例中，超过预设海冰区域门限才判定是两个海冰区域。具体使用情景为：船只航行需要航道具有一定的宽度，若海冰区域之间的缝隙太小，则也会认为同一片海冰区域，因此本发明实施例在海冰区域检测时首先给定一个间距值WL。间距值WL的具体取值可根据船只航行的宽度而定或根据其他需求而定，本发明实施例对此不作具体限定。
具体的，预设海冰区域门限TWL的计算公式为
Figure GDA0002600602900000122
其中，D0为雷达的距离单元大小，WL为给定一个间距值。若极大值点集合中相邻极大值点的
Figure GDA0002600602900000131
和
Figure GDA0002600602900000132
所对应的位置
Figure GDA0002600602900000133
和
Figure GDA0002600602900000134
之差
Figure GDA0002600602900000135
大于门限TWL，则认为相邻两个极大值点对应的海冰区域为两片海冰区域；若极大值点集合中相邻极大值点
Figure GDA0002600602900000136
和
Figure GDA0002600602900000137
所对应的位置
Figure GDA0002600602900000138
和
Figure GDA0002600602900000139
之差
Figure GDA00026006029000001310
小于或等于门限TWL，则认为相邻两个极大值点对应的海冰区域为同一片海冰区域。将所有的极大值点遍历判断一遍，则可以得到一个或多个不同的海冰区域。
通过上述方法，已经得到一个或多个不同的海冰区域，可进一步确定每个海冰区域的覆盖范围。作为一个可选的实施例，步骤102.2，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
102.21，获取所述上升率序列中的极小值并形成极小值集合；
102.22，对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，获取所述多个极大值中下标序号最小的一个极大值，作为第一极大值，获取所述多个极大值中下标序号最大的一个极大值，作为第二极大值；
102.23，在所述极小值集合中获取下标序号小于且最接近于所述第一极大值的下标序号的一个极小值，作为第一极小值；在所述极小值集合中获取下标序号大于且最接近于所述第二极大值的下标序号的一个极小值，作为第二极小值；
102.24，根据所述第一极小值的下标序号、所述第二极小值的下标序号以及雷达径向采样率，获取所述任意一个由多个极大值确定的海冰区域的覆盖范围。
步骤102.21中获取极小值集合的方法请参考上述实施例的说明，且并不限定步骤102.21和102.22的执行先后顺序。本实施例中的下标序号与步骤102.1中下标位置指代相同。
具体的，本实施例确定每个海冰区域的覆盖范围的方法如下：
假设某一片海冰区域包含的多个极大值，这多个极大值中下标序号最小的一个极大值为
Figure GDA0002600602900000141
位置序号最大的一个极大值为
Figure GDA0002600602900000142
在此基础上，在极小值集合MinV中搜索，找到下标位置值小于
Figure GDA0002600602900000143
且最接近
Figure GDA0002600602900000144
的下标位置值
Figure GDA0002600602900000145
(对应一个极小值)，并找到下标位置值大于
Figure GDA0002600602900000146
且最接近
Figure GDA0002600602900000147
的下标位置值
Figure GDA0002600602900000148
(对应一个极小值)，则通过公式
Figure GDA0002600602900000149
进行计算即可得到某一片海冰的覆盖范围，单位为米。
作为一个可选的实施例，步骤102.2，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，若所述多个极大值中相邻两个极大值对应的脉冲回波强度之比大于预设值，则确定所述相邻两个极大值对应的两个采样点对应的两个海冰区域的海冰状态不相同。
具体的，对于属于同一个海冰区域的若干个极大值点，若极大值点集合中相邻极大值点的脉冲回波强度
Figure GDA00026006029000001410
和
Figure GDA00026006029000001411
之比或其倒数大于预设值，则表明二者对应的海冰状态不同，如海冰面平滑或严重起伏、冰期不同等，需要结合其他探测手段或信息进行进一步察看，以确定是否适于航行。
具体的，预设值可设置为2，或根据实际情况确定，本发明实施例对此不作具体限定。假设预设值为2，则当
Figure GDA00026006029000001412
或
Figure GDA00026006029000001413
可确定所述相邻两个极大值对应的两个采样点对应的两个海冰区域的海冰状态不相同。
本发明实施例提供的一种基于雷达的间断海冰区域检测方法，将雷达扫描海面时的脉冲回波序列作为采样点，对采样点对应的脉冲回波强度进行径向累加求和后再分段线性拟合，根据拟合的直线的斜率中的峰值进行海冰区域检测，可以获得一个或多个大片海冰区域。本发明实施例虑到在海面大面积结冰情况下，海冰回波很强，类似于陆地回波，而海水回波相对较弱，二者脉冲回波强度具有明显差异，根据各采样点对应的脉冲回波序列按径向积累进行直线拟合，海冰区域对应直线斜率上升很快，海水对应的区域直线斜率上升较慢，根据直线斜率对应的上升率序列的峰值进行检测，实现对间断海冰区域的检测。
图3为本发明实施例一种基于雷达的间断海冰区域检测装置示意图，本发明实施例提供的基于雷达的间断海冰区域检测装置，包括：
原始采样点模块300，用于获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
拟合上升率模块301，用于对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
海冰区域模块302，用于根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
本发明实施例的装置，可用于执行图1所示的基于雷达的间断海冰区域检测方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图4为本发明实施例电子设备的框架示意图。请参考图4，本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法，包括：获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述设备实施例或方法实施例仅仅是示意性的，其中所述处理器和所述存储器可以是物理上分离的部件也可以不是物理上分离的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如U盘、移动硬盘、ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于雷达的间断海冰区域检测方法，其特征在于，包括：
获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量，具体包括：
获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列形成原始向量，其中每个脉冲回波序列为所述原始向量的一个元素；
采用平滑滤波器对所述原始向量在雷达径向上进行平滑处理，得到结果向量；
从所述结果向量中选取N个元素作为采样点，从而获得采样点向量，其中N的取值等于平滑滤波器的阶数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列，具体包括：
对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和，获得求和序列；
根据雷达的径向采样率和距离单元大小，确定分段拟合长度；
对于所述求和序列中的所有点，以所述分段拟合长度为长度单位进行分段，对每个分段进行一次最小二乘线性拟合，获得多条直线；
分别获取每条直线的斜率，根据每条直线的斜率形成上升率序列。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
获取所述上升率序列中的超过预设上升率判断门限的极大值，并形成极大值集合；
基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，具体包括：
遍历所述极大值集合中的每个极大值，若相邻两个极大值对应的采样点位置之差大于所述预设海冰区域门限，则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为不同的海冰区域；否则确认所述相邻两个极大值对应的采样点对应的海冰区域为相同的海冰区域；
根据所述极大值集合中的极大值对应的采样点对应的不同或相同的海冰区域，获得一个或多个海冰区域。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
获取所述上升率序列中的极小值并形成极小值集合；
对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，获取所述多个极大值中下标序号最小的一个极大值，作为第一极大值，获取所述多个极大值中下标序号最大的一个极大值，作为第二极大值；
在所述极小值集合中获取下标序号小于且最接近于所述第一极大值的下标序号的一个极小值，作为第一极小值；在所述极小值集合中获取下标序号大于且最接近于所述第二极大值的下标序号的一个极小值，作为第二极小值；
根据所述第一极小值的下标序号、所述第二极小值的下标序号以及雷达径向采样率，获取所述任意一个由多个极大值确定的海冰区域的覆盖范围。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述基于所述极大值集合，根据预设海冰区域门限进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域，之后还包括：
对于任意一个由多个极大值确定的海冰区域，若所述多个极大值中相邻两个极大值对应的脉冲回波强度之比大于预设值，则确定所述相邻两个极大值对应的两个采样点对应的两个海冰区域的海冰状态不相同。
8.一种基于雷达的间断海冰区域检测装置，其特征在于，包括：
原始采样点模块，用于获取雷达进行海面扫描的多个脉冲回波序列，基于所述多个脉冲回波序列获得采样点向量；
拟合上升率模块，用于对所述采样点向量中各采样点对应的脉冲回波强度沿雷达径向进行累加求和后，进行分段线性拟合，获得多条直线，并根据每条直线的斜率形成上升率序列；
海冰区域模块，用于根据所述上升率序列中的峰值进行海冰区域检测，获取一个或多个海冰区域。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。
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