CN111458683B - 一种分区域雷达信号处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分区域雷达信号处理的方法，首先把采集到的雷达原始数据进行标准化处理，设置全局信号处理参数；然后分析特定区域内的雷达信号处理质量，判断是否需要特殊处理；如需特殊处理，则绘制特殊处理区，并针对当前区域设定相应的信号处理参数，运行一段时间后针对特殊处理区内所设置的参数进行评估修正，最终获得若干套能够适用一个雷达威力覆盖范围内不同区域的信号处理参数。本发明通过区域划分、个性化设置、参数评估与反馈等方法，做到雷达信号的分区域处理，使雷达覆盖范围内的雷达信号质量达到一个相对较优的状态，能适应内河航道、海港、锚地等水域环境复杂，减少遮挡、二次反射等信号的干扰，从而提升雷达信号的信噪比。

Description

一种分区域雷达信号处理的方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，特别是一种分区域雷达信号处理的方法，能够应用于船舶交通管理，通航管理，航运物流，船舶调度，渔业资源区管理等多个行业。
背景技术
雷达信号处理技术的应用领域非常广泛，涉及气象、导弹制造、空间卫星、航空领域等。自从20世纪40年代初期，人们就已经开始使用雷达进行目标、气象、海洋环境观测，经过多年发展，雷达已经成为多个民用领域的重要组成部分。在现代战场上，雷达已经成为各类军事武器装备的重要组成部分，根据雷达应用技术的不同，可以将雷达分为脉冲多普勒雷达、相控阵雷达及合成孔径雷达等，各种型号雷达根据其性能被应用到各个领域。
岸基船舶目标监视雷达经常应用于内河、沿海的目标监管中，然而由于水域环境复杂(密集目标、遮挡、二次反射等)，经常会产生目标分辨能力降低，虚警率过高等问题，导致雷达的目标监视性能下降。为了解决这一问题，国内雷达领域的研究机构或组织相继提出了相应的解决方案，并进一步优化了现有的雷达信号处理流程，以提高雷达信噪比。
然而雷达信号处理经常“牵一发，而动全身”，当针对某个特殊区域信号需要调整参数时，经常会影响到其他区域的信号，然而雷达覆盖水域内的目标环境复杂，尤其是内河航道，目标密集、遮挡物多、干扰严重，很难寻找一套较为合理的参数而满足所有区域的观测需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种分区域雷达信号处理的方法，该分区域雷达信号处理的方法综合考虑了雷达信号的通用性以及不同干扰情况下的处理手段，均衡同一雷达监测范围内不同水域环境下的信号处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种分区域雷达信号处理的方法，包括如下步骤。
步骤1，全局雷达信号处理：采集雷达原始视频数据信号，并按照设定的全局雷达信号处理参数P进行全局雷达信号处理，形成标准化雷达视频信号。
步骤2，分析区域信号特性：对步骤1形成的标准化雷达视频信号，进行回波特性分析，以确定是否需要建立特殊处理区。其中，特殊处理区包括桥区、密集目标区、遮挡区和二次反射区。当确定不需要建立特殊处理区时，直接跳转至步骤7。否则，跳转至步骤3。
步骤3，创建特殊处理区：根据步骤2的区域信号特性分析结果，创建n个特殊处理区。
步骤4，设置区域信号处理参数：根据每个特殊处理区的雷达回波特性，对创建的每个特殊处理区均设置单独的特殊区域信号处理参数Pi，其中i＝1、2……n。
步骤5，区域信号处理：对n个特殊处理区，按照步骤4设置的对应的特殊区域信号处理参数，进行区域信号处理。同时，将每个特殊处理区的边界信息保存至雷达信号处理机。
步骤6，参数的反馈与矫正：在设定时间t内，观察每个特殊处理区内经步骤5区域信号处理后的雷达视频信号是否达到预期效果。若达到预期效果，则跳转至步骤7。否则，调整对应的单独特殊区域信号处理参数Pi，重复步骤4至步骤6，直至达到预期效果。
步骤7，平滑处理：对跨区域目标进行平滑处理，最后将全局信号处理参数、区域信号处理参数和区域的边界信息保存。
步骤2中，回波特性分析时，当满足如下特殊条件(1)-(4)中的任一项，则确定需要建立特殊处理区。具体为：
(1)当过桥目标丢失率
Figure BDA0002463221210000021
时，建立桥区。其中，l1为设定的桥区的启动阈值。
(2)当1平方公里内的目标数
Figure BDA0002463221210000022
时，建立密集目标区。其中，l2为设定的密集目标区的启动阈值。
(3)当目标丢失率
Figure BDA0002463221210000023
时，建立遮挡区。其中，l3为设定的遮挡区的启动阈值。
(4)当假目标出现概率
Figure BDA0002463221210000024
时，建立二次反射区。其中，l4为设定的二次反射区的启动阈值。
步骤6中，特殊处理区达到的预期效果的判定标准为：
(1)当特殊处理区为桥区时，要求
Figure BDA0002463221210000025
此时，大桥对过桥目标的遮挡被弱化。
(2)当特殊处理区为密集目标区时，要求
Figure BDA0002463221210000026
此时，雷达目标的分辨力提升。
(3)当特殊处理区为遮挡区时，要求
Figure BDA0002463221210000027
此时，被遮挡物削弱的目标信号增强。
(4)当特殊处理区为二次反射区时，要求
Figure BDA0002463221210000028
此时，二次反射产生的虚假目标被抑制掉或削弱。
步骤7中，对跨区域目标进行平滑处理的方法，包括如下步骤：
步骤71，像素点幅值归一化：当目标开始接触特殊处理区的边界时，启动平滑处理，将雷达图像中每个像素点的幅值进行归一化处理。假设每个像素点的幅值为Kn，每个像素点归一化后的处理结果为Mn，n为像素点的编号，则归一化处理如下：
Kn＞0，则Mn＝1；
Kn≤0，则Mn＝0
(n＝0,1,2，....) (1)
步骤72，设置滑窗：设置s*s大小的滑窗，其中，s为不小于2的自然数。
步骤73，滑窗平滑：采用步骤72设置的滑窗在边界线附近循环检查，当滑窗内各个像素点归一化结果的和，满足如下(2)式时，跳转至步骤76。否则，跳转至步骤74。
Mx+Mx+1+Mx+2+...+Mx+s*s-1≥s*s/2 (2)
式(2)中，X为滑窗中左上角像素点的编号，X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1依次为滑窗内各像素点的编号。Mx、Mx+1、Mx+2……Mx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化结果。
步骤74，计算滑窗内幅值的平均值Kv：滑窗内幅值的平均值Kv，采用如下(3)式进行计算：
Kv＝(Kx+Kx+1+Kx+2+...+Kx+s*s-1)/s*s (3)
式(3)中，Kx、Kx+1、Kx+2……Kx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化前的幅值。
步骤75,滑窗内0像素点赋值：将滑窗内每个像素点归一化结果Mn为0的像素点所对应的归一化前幅值Kn进行赋值，令Kn＝Kv。
步骤76，重复步骤71至步骤75，将边缘像素点所在的位置依次遍历。
步骤72中，s＝2。
本发明具有如下有益效果：
1、能够适用于全局的雷达信号处理参数很难满足雷达覆盖范围内的所有水域，如内河航道、海港、锚地等水域环境复杂，受遮挡、二次反射等干扰水域。
2、通过区域划分、个性化设置、参数评估与反馈等方法，做到雷达信号的分区域处理，使雷达覆盖范围内的雷达信号质量达到一个相对较优的状态，减少遮挡、二次反射等信号的干扰，从而提升雷达信号的信噪比。
附图说明
图1显示了本发明一种分区域雷达信号处理的方法的流程图。
图2显示了本发明中雷达特殊处理区的绘制示意图。
图3显示了本发明中雷达目标过区域时平滑方法的示意图。
图4显示了本发明中针对桥区采用常规处理与本发明分区域处理后的对比效果图。
图5显示了本发明中针对遮挡区采用常规处理与本发明分区域处理后的对比效果图。
图6显示了本发明中针对二次反射区采用常规处理与本发明分区域处理后的对比效果图。
图7显示了本发明中针对目标密集区采用常规处理与本发明分区域处理后的对比效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种分区域雷达信号处理的方法，包括如下步骤。
步骤1，全局雷达信号处理：采集雷达原始视频数据信号，送到雷达信号处理模块，按照设定的全局雷达信号处理参数P进行全局雷达信号处理，形成标准化雷达视频信号。全局雷达信号处理方法优选为反异步、脉组积累、周期间积累、恒虚警、慢门限、中值滤波等。
步骤2，分析区域信号特性：对步骤1形成的标准化雷达视频信号，进行回波特性分析，以确定是否需要建立特殊处理区。其中，特殊处理区包括桥区、密集目标区、遮挡区和二次反射区。当确定不需要建立特殊处理区时，直接跳转至步骤7。否则，跳转至步骤3。
步骤2中，回波特性分析时，当满足如下特殊条件(1)-(4)中的任一项，则确定需要建立特殊处理区。具体为：
(1)当过桥目标丢失率
Figure BDA0002463221210000041
时，建立桥区。其中，l1为设定的桥区的启动阈值。
(2)当1平方公里内的目标数
Figure BDA0002463221210000042
时，建立密集目标区。其中，l2为设定的密集目标区的启动阈值。
(3)当目标丢失率
Figure BDA0002463221210000043
时，建立遮挡区。其中，l3为设定的遮挡区的启动阈值。
(4)当假目标出现概率
Figure BDA0002463221210000044
时，建立二次反射区。其中，l4为设定的二次反射区的启动阈值。
(5)其他需要被处理的特定条件
Figure BDA0002463221210000045
l5为设定的其他需要被处理的特定启动阈值。
步骤3，创建特殊处理区：根据步骤2的区域信号特性分析结果，创建如图2所示的n个特殊处理区。
步骤4，设置区域信号处理参数：根据每个特殊处理区的雷达回波特性(回波强、弱、缺失、干扰、二次反射等因素)，对创建的每个特殊处理区均设置单独的特殊区域信号处理参数Pi，其中i＝1、2……n。n个特殊处理区对应的特殊信号处理参数分别为P1、P2、P3……Pn均不同于步骤1中的全局雷达信号处理参数P。
上述Pi设置方法与全局信号处理参数设置方法一样，都是标准化的处理，但只对特殊处理区的信号处理参数有效，区域内的全局信号处理参数无效。
步骤5，区域信号处理：对n个特殊处理区，按照步骤4设置的对应的特殊区域信号处理参数，进行区域信号处理。同时，将每个特殊处理区的边界信息保存至雷达信号处理机。
步骤6，参数的反馈与矫正：在设定时间t内(≥30min)，观察每个特殊处理区内经步骤5区域信号处理后的雷达视频信号是否达到预期效果。若达到预期效果，则跳转至步骤7。否则，调整对应的单独特殊区域信号处理参数Pi，重复步骤4至步骤6，直至达到预期效果，从而获得若干套能够适用一个雷达威力覆盖范围内不同区域的信号处理参数。
上述特殊处理区达到的预期效果的判定标准为：
(1)当特殊处理区为桥区时，要求
Figure BDA0002463221210000051
此时，大桥对过桥目标的遮挡被弱化，如图4所示。
(2)当特殊处理区为密集目标区时，要求
Figure BDA0002463221210000052
此时，雷达目标的分辨力提升，如图7所示。
(3)当特殊处理区为遮挡区时，要求
Figure BDA0002463221210000053
此时，被遮挡物削弱的目标信号增强，如图5所示。
(4)当特殊处理区为二次反射区时，要求
Figure BDA0002463221210000054
此时，二次反射产生的虚假目标被抑制掉或削弱，如图6所示。
(5)当特殊处理区为其它需要被特殊处理区时，要求
Figure BDA0002463221210000055
此时，其它需要被特殊处理的信号达到预期效果。
步骤7，平滑处理：对跨区域目标进行平滑处理，最后将全局信号处理参数、区域信号处理参数和区域的边界信息保存。
上述对跨区域目标进行平滑处理的方法，优选包括如下步骤：
步骤71，像素点幅值归一化：当目标开始接触特殊处理区的边界时，启动平滑处理，将雷达图像中每个像素点的幅值进行归一化处理。假设每个像素点的幅值为Kn，每个像素点归一化后的处理结果为Mn，n为像素点的编号，则归一化处理如下：
Kn＞0，则Mn＝1；
Kn≤0，则Mn＝0
(n＝0,1,2，....) (1)
步骤72，设置滑窗：设置s*s大小的滑窗，其中，s为不小于2的自然数。如图3所示，s优选设置为2。
步骤73，滑窗平滑：采用步骤72设置的滑窗在边界线附近循环检查，当滑窗内各个像素点归一化结果的和，满足如下(2)式时，跳转至步骤76。否则，跳转至步骤74。
Mx+Mx+1+Mx+2+...+Mx+s*s-1≥s*s/2 (2)
式(2)中，X为滑窗中左上角像素点的编号，X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1依次为滑窗内各像素点的编号。Mx、Mx+1、Mx+2……Mx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化结果。
步骤74，计算滑窗内幅值的平均值Kv：滑窗内幅值的平均值Kv，采用如下(3)式进行计算：
Kv＝(Kx+Kx+1+Kx+2+...+Kx+s*s-1)/s*s (3)
式(3)中，Kx、Kx+1、Kx+2……Kx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化前的幅值。
步骤75,滑窗内0像素点赋值：将滑窗内每个像素点归一化结果Mn为0的像素点所对应的归一化前幅值Kn进行赋值，令Kn＝Kv。
步骤76，重复步骤71至步骤75，将边缘像素点所在的位置依次遍历。
步骤8，把所有固化以后的区域及参数存储。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种分区域雷达信号处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，全局雷达信号处理：采集雷达原始视频数据信号，并按照设定的全局雷达信号处理参数P进行全局雷达信号处理，形成标准化雷达视频信号；
步骤2，分析区域信号特性：对步骤1形成的标准化雷达视频信号，进行回波特性分析，以确定是否需要建立特殊处理区；其中，特殊处理区包括桥区、密集目标区、遮挡区和二次反射区；当确定不需要建立特殊处理区时，直接跳转至步骤7；否则，跳转至步骤3；
回波特性分析时，当满足如下特殊条件(1)-(4)中的任一项，则确定需要建立特殊处理区；具体为：
(1)当过桥目标丢失率
Figure FDA0003379802850000011
时，建立桥区；其中，l1为设定的桥区的启动阈值；
(2)当1平方公里内的目标数
Figure FDA0003379802850000012
艘时，建立密集目标区；其中，l2为设定的密集目标区的启动阈值；
(3)当目标丢失率
Figure FDA0003379802850000013
时，建立遮挡区；其中，l3为设定的遮挡区的启动阈值；
(4)当假目标出现概率
Figure FDA0003379802850000014
时，建立二次反射区；其中，l4为设定的二次反射区的启动阈值；
步骤3，创建特殊处理区：根据步骤2的区域信号特性分析结果，创建n个特殊处理区；
步骤4，设置区域信号处理参数：根据每个特殊处理区的雷达回波特性，对创建的每个特殊处理区均设置单独的特殊区域信号处理参数Pi，其中i＝1、2……n；
步骤5，区域信号处理：对n个特殊处理区，按照步骤4设置的对应的特殊区域信号处理参数，进行区域信号处理；同时，将每个特殊处理区的边界信息保存至雷达信号处理机；
步骤6，参数的反馈与矫正：在设定时间t内，观察每个特殊处理区内经步骤5区域信号处理后的雷达视频信号是否达到预期效果；若达到预期效果，则跳转至步骤7；否则，调整对应的单独特殊区域信号处理参数Pi，重复步骤4至步骤6，直至达到预期效果；
步骤7，平滑处理：对跨区域目标进行平滑处理，最后将全局信号处理参数、区域信号处理参数和区域的边界信息保存。
2.根据权利要求1所述的分区域雷达信号处理的方法，其特征在于：步骤6中，特殊处理区达到的预期效果的判定标准为：
(1)当特殊处理区为桥区时，要求
Figure FDA0003379802850000015
此时，大桥对过桥目标的遮挡被弱化；
(2)当特殊处理区为密集目标区时，要求
Figure FDA0003379802850000016
此时，雷达目标的分辨力提升；
(3)当特殊处理区为遮挡区时，要求
Figure FDA0003379802850000017
此时，被遮挡物削弱的目标信号增强；
(4)当特殊处理区为二次反射区时，要求
Figure FDA0003379802850000021
此时，二次反射产生的虚假目标被抑制掉或削弱。
3.根据权利要求1所述的分区域雷达信号处理的方法，其特征在于：步骤7中，对跨区域目标进行平滑处理的方法，包括如下步骤：
步骤71，像素点幅值归一化：当目标开始接触特殊处理区的边界时，启动平滑处理，将雷达图像中每个像素点的幅值进行归一化处理；假设每个像素点的幅值为Kn，每个像素点归一化后的处理结果为Mn，n为像素点的编号，则归一化处理如下：
Kn＞0，则Mn＝1；
Kn≤0，则Mn＝0
(n＝0,1,2，....) (1)
步骤72，设置滑窗：设置s*s大小的滑窗，其中，s为不小于2的自然数；
步骤73，滑窗平滑：采用步骤72设置的滑窗在边界线附近循环检查，当滑窗内各个像素点归一化结果的和，满足如下(2)式时，跳转至步骤76；否则，跳转至步骤74；
Mx+Mx+1+Mx+2+...+Mx+s*s-1≥s*s/2 (2)
式(2)中，X为滑窗中左上角像素点的编号，X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1依次为滑窗内各像素点的编号；Mx、Mx+1、Mx+2……Mx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化结果；
步骤74，计算滑窗内幅值的平均值Kv：滑窗内幅值的平均值Kv，采用如下(3)式进行计算：
Kv＝(Kx+Kx+1+Kx+2+...+Kx+s*s-1)/s*s (3)
式(3)中，Kx、Kx+1、Kx+2……Kx+s*s-1依次为X，X+1，X+2，X+3…，X+s*s-1编号对应的像素点归一化前的幅值；
步骤75，滑窗内0像素点赋值：将滑窗内每个像素点归一化结果Mn为0的像素点所对应的归一化前幅值Kn进行赋值，令Kn＝Kv；
步骤76，重复步骤71至步骤75，将边缘像素点所在的位置依次遍历。
4.根据权利要求3所述的分区域雷达信号处理的方法，其特征在于：步骤72中，s＝2。
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