CN112068134A - 角误差斜率值检测方法、装置及设备 - Google Patents

角误差斜率值检测方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种角误差斜率值检测方法、装置及设备，属于雷达信息技术领域，具体包括根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门；根据被选定的距离门和所述回波样本点生成待分析的样本区域；从所述雷达成像数据中提取出所述样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据所述图像复数数据计算所述样本区域内的所述回波样本点的角误差；基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。通过本公开的处理方案，针对复杂场景，减小了斜率值误差。

Description

角误差斜率值检测方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及一种雷达信息处理技术，具体涉及一种角误差斜率值检测方法、装置及设备。
背景技术
在成像模式下的雷达天线波束中心附近，角误差信号近似呈直线分布，通过拟合零点位置附近角误差数据得到图像方位向的斜率值，而斜率值是计算目标点偏离雷达波束中心距离时必须依赖的数据。传统的图像角误差斜率检测方法使用角误差数据均值和直线拟合来计算直线斜率，得到雷达目标点离轴距离，从而实现目标在图像上波束方位维的定位。这种方法在地况平坦的成像区域可以获得较理想的效果，但是在复杂的成像场景中由于地形的起伏、遮挡、强反射目标、雷达噪声等，在图像数据中存在大量的角误差奇异点，通过计算均值和直线拟合，得到的斜率值误差很大，导致图像目标定位精度大大下降。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种针对复杂场景，减小斜率值误差的角误差斜率值检测方法、装置及设备。
为了实现上述目的，本发明提供一种角误差斜率值检测方法，用于对雷达成像数据的角误差进行斜率计算，包括：根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门；根据被选定的距离门和所述回波样本点生成待分析的样本区域；从所述雷达成像数据中提取出所述样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据所述图像复数数据计算所述样本区域内的所述回波样本点的角误差；基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
在其中一个实施例中，所述根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：从所述雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角；根据所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
在其中一个实施例中，所述根据所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：将所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速输入公式
Figure BDA0002673507960000021
计算出所述回波样本点数，其中，Va为当前时刻载机地速，α为成像孔径中心斜视角，θ为雷达系统波束辐射方位宽度，λ为雷达系统辐射信号波长，PRF为雷达系统信号发射频率，Na为成像合成孔径时间内积累的发射脉冲数。
在其中一个实施例中，所述基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值，包括：基于所述回波样本点在所述样本区域内的位置生成角误差矩阵；根据所述角误差对所述角误差矩阵进行行排序，取每行角误差的中间值输出与所述角误差矩阵对应的角误差向量；根据所述角误差向量计算得到斜率值。
在其中一个实施例中，所述根据所述角误差向量计算得到斜率值，包括：根据所述角误差向量采用最小二乘法进行直线拟合，计算得到斜率值。
在其中一个实施例中，所述计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，包括：根据标准差公式计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值。
本发明还提供了一种角误差斜率值检测装置，所述装置包括：回波样本点数计算模块，用于根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；距离门选定模块，用于计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选定特定数量的离散程度值小的距离门；样本区域生成模块，用于根据被选定的距离门和所述回波样本点生成待分析的样本区域；角误差计算模块，用于从所述雷达成像数据中提取出所述样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据所述图像复数数据计算所述样本区域内的所述回波样本点的角误差；斜率值计算模块，用于基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：可以有效提取出复杂场景中的不受干扰角误差数据，从而可以解决传统方法中对角误差数据直接算术平均造成的结果偏离和精度降低问题。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明的一个实施例中角误差斜率值检测方法的流程图；
图2是本发明的一个实施例中角误差斜率检测方法的结果示意图；
图3为本发明的一个实施例中角误差斜率值检测装置的结构框图；
图4为本发明的一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
如图1所示，本公开实施例提供一种角误差斜率值检测方法，可以应用于如计算机或服务器的应用环境中。该角误差斜率值检测方法用于对雷达成像数据的角误差进行斜率计算，包括以下步骤：
步骤102，根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
和图像数据是雷达和通道接收回波处理完成的图像。差图像数据是雷达差通道接收回波处理完成的图像。回波样本点数是指雷达系统在慢时域方位维的采样数据。服务器可以根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
步骤104，计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门。
距离门是指雷达系统在快时域距离维的采样数据。服务器计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门。服务器可以统计图像上每个距离门方位向回波强度的离散程度值Sn，并可以对其完成递增排序，根据前N个场景回波波动小区域数据选择离散程度值小的距离门：
Figure BDA0002673507960000071
式中：Sn为距离门号为n的标准差，M为第一步骤计算出来的波束范围大小，X为该距离门上波束范围内图像强度均值，xi为该距离门上波束范围内图像强度数值，其中i∈M。
步骤106，根据被选定的距离门和回波样本点生成待分析的样本区域。
服务器根据被选定的距离门和回波样本点生成待分析的样本区域。服务器可以判断被选定的距离门的排列是否符合预定规则，当判定符合预定规则时，服务器根据距离门的距离维和和图像数据的长度维生成待分析的样本区域。服务器也可以对整幅图的灰度值数据按照距离维方向进行数据累加，形成一条方位维的灰度值分布图，分布图的最大值位置即为波束中心；根据最大值按比例计算得到特定数值作为边界门限，从最大值位置向两边查找第一个小于边界门限的值，该值位置即为主波束方位维边界，从而生成待分析的样本区域。
步骤108，从雷达成像数据中提取出样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据图像复数数据计算样本区域内的回波样本点的角误差。
服务器从雷达成像数据中提取出样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据图像复数数据计算样本区域内的回波样本点的角误差。服务器根据雷达接收的和、差通道复数图像数据，计算样本区域范围内样本点的角误差：
Figure BDA0002673507960000081
其中，n∈N,m∈M，FΔ(n,m)为差路图复数数据，FΣ(n,m)为和路图复数数据，imag(FΔ(n,m)/FΣ(n,m))表示对差比和复数数据取结果虚部，x(n,m)为计算得到的角误差矩阵数据。
步骤110，基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
服务器基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。在一个实施例中，服务器可以根据角误差向量采用最小二乘法进行直线拟合，计算得到斜率值。
图2中的横坐标是方位向采样单元样本数，纵坐标是图像回波数据角误差。根据本申请方法，选取得到的原始样本内聚性强、波动小且无奇异点数据，数据拟合前后斜率值变化程度低，说明本方法不仅能有效适用成像场景的变换，同时在样本数据利用率和干扰数据抑制方面的效果明显。
上述角误差斜率值检测方法，通过成像场景回波强度数据的离散程度分析和波束照射范围统计，不仅实现了对复杂成像场景中平坦区域范围的筛选，而且还可以利用中值算法过程，在最大化提高样本数量利用率的同时，有效剔除了其中的干扰数据，保证了直线拟合样本数据的一致性，提高了角误差斜率值的准确性。因而，本发明所涉及的一种角误差斜率值检测方法，可以应用于雷达合成孔径成像动目标定位系统的仿真、设计过程，该方法提高了样本数据的利用率，增加了角误差斜率值检测算法对成像场景的普适性，从而保证了最终的结果准确性。
在其中一个实施例中，根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括以下步骤：从雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角；根据雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
服务器从雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角。服务器可以根据雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数M。在一个实施例中，回波样本数的计算公式可以采用：
Figure BDA0002673507960000091
式中，Va为当前时刻载机地速，α为成像孔径中心斜视角，θ为雷达系统波束辐射方位宽度，λ为雷达系统辐射信号波长，PRF为雷达系统信号发射频率，Na为成像合成孔径时间内积累的发射脉冲数。
在其中一个实施例中，基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值，包括：基于回波样本点在样本区域内的位置生成角误差矩阵；根据角误差对角误差矩阵进行行排序，取每行角误差的中间值输出与角误差矩阵对应的角误差向量；根据角误差向量计算得到斜率值。
服务器可以基于回波样本点在样本区域内的位置生成角误差矩阵x(N,M)。服务器根据角误差对角误差矩阵x(N,M)进行行排序，取每行角误差的中间值输出与角误差矩阵对应的角误差向量。服务器根据角误差向量计算得到斜率值。例如，服务器可以对角误差数据x(N,1)进行排序，取中间值保存到y(1)中；重复步骤上述步骤，直到做完全部M个方位数据，输出y(M)；采用最小二乘法对y(M)进行直线拟合，计算出斜率值。
在其中一个实施例中，计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，包括：根据标准差公式计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值。
服务器可以根据标准差公式计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种角误差斜率值检测装置，包括：回波样本点数计算模块302、距离门选定模块304、样本区域生成模块306、角误差计算模块308和斜率值计算模块310，其中：
回波样本点数计算模块302，用于根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
距离门选定模块304，用于计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选定特定数量的离散程度值小的距离门。
样本区域生成模块306，用于根据被选定的距离门和回波样本点生成待分析的样本区域。
角误差计算模块308，用于从雷达成像数据中提取出样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据图像复数数据计算样本区域内的回波样本点的角误差。
斜率值计算模块310，用于基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
在一个实施例中，回波样本点数计算模块包括：
数据提取单元，用于从雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角。
样本点数计算单元，用于根据雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
在一个实施例中，斜率值计算模块包括：
矩阵生成单元，用于基于回波样本点在样本区域内的位置生成角误差矩阵。
差向量输出单元，用于根据角误差对角误差矩阵进行行排序，取每行角误差的中间值输出与角误差矩阵对应的角误差向量。
斜率值计算单元，用于根据角误差向量计算得到斜率值。
关于角误差斜率值检测装置的具体限定可以参见上文中对于角误差斜率值检测方法的限定，在此不再赘述。上述角误差斜率值检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储角误差斜率值检测数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种角误差斜率值检测方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门；根据被选定的距离门和回波样本点生成待分析的样本区域；从雷达成像数据中提取出样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据图像复数数据计算样本区域内的回波样本点的角误差；基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：从雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角；根据雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：将雷达运行参数、成像孔径中心斜视角和载机地速输入公式
Figure BDA0002673507960000131
计算出回波样本点数，其中，Va为当前时刻载机地速，α为成像孔径中心斜视角，θ为雷达系统波束辐射方位宽度，λ为雷达系统辐射信号波长，PRF为雷达系统信号发射频率，Na为成像合成孔径时间内积累的发射脉冲数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的基于回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值，包括：基于回波样本点在样本区域内的位置生成角误差矩阵；根据角误差对角误差矩阵进行行排序，取每行角误差的中间值输出与角误差矩阵对应的角误差向量；根据角误差向量计算得到斜率值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据角误差向量计算得到斜率值，包括：根据角误差向量采用最小二乘法进行直线拟合，计算得到斜率值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值，包括：根据标准差公式计算和图像数据在每个距离门上的回波样本点的离散程度值。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种角误差斜率值检测方法，用于对雷达成像数据的角误差进行斜率计算，其特征在于，包括：
根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；
计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选择特定数量的离散程度值小的距离门；
根据被选定的距离门和所述回波样本点生成待分析的样本区域；
从所述雷达成像数据中提取出所述样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据所述图像复数数据计算所述样本区域内的所述回波样本点的角误差；
基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
2.根据权利要求1所述的角误差斜率值检测方法，其特征在于，所述根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：
从所述雷达成像数据中提取出载机地速、雷达运行参数和成像孔径中心斜视角；
根据所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数。
3.根据权利要求2所述的角误差斜率值检测方法，其特征在于，所述根据所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速，计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数，包括：
将所述雷达运行参数、所述成像孔径中心斜视角和所述载机地速输入公式
Figure FDA0002673507950000021
计算出所述回波样本点数，其中，Va为当前时刻载机地速，α为成像孔径中心斜视角，θ为雷达系统波束辐射方位宽度，λ为雷达系统辐射信号波长，PRF为雷达系统信号发射频率，Na为成像合成孔径时间内积累的发射脉冲数。
4.根据权利要求1所述的角误差斜率值检测方法，其特征在于，所述基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值，包括：
基于所述回波样本点在所述样本区域内的位置生成角误差矩阵；
根据所述角误差对所述角误差矩阵进行行排序，取每行角误差的中间值输出与所述角误差矩阵对应的角误差向量；
根据所述角误差向量计算得到斜率值。
5.根据权利要求1所述的角误差斜率值检测方法，其特征在于，所述根据所述角误差向量计算得到斜率值，包括：根据所述角误差向量采用最小二乘法进行直线拟合，计算得到斜率值。
6.根据权利要求1所述的角误差斜率值检测方法，其特征在于，所述计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，包括：根据标准差公式计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值。
7.一种角误差斜率值检测装置，其特征在于，所述装置包括：
回波样本点数计算模块，用于根据所述雷达成像数据计算出雷达主波束在和差通道的和图像数据方位向的回波样本点数；
距离门选定模块，用于计算所述和图像数据在每个距离门上的所述回波样本点的离散程度值，并对所有距离门的离散程度值进行排序，选定特定数量的离散程度值小的距离门；
样本区域生成模块，用于根据被选定的距离门和所述回波样本点生成待分析的样本区域；
角误差计算模块，用于从所述雷达成像数据中提取出所述样本区域对应的和差通道的图像复数数据，并根据所述图像复数数据计算所述样本区域内的所述回波样本点的角误差；
斜率值计算模块，用于基于所述回波样本点的角误差，通过拟合计算得到斜率值。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～6任一项所述的方法的步骤。
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