CN113189554B - 雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷达实测回波数据处理方法、电子设备及存储介质，该方法包括：获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。本发明通过对雷达回波区域进行划分，再分别依据划分区域内不同能量占据主导地位的情况，对近程区、中程区和远程区分别进行信杂比、信杂噪比和信噪比的计算，以避免受不同距离区域内的能量影响造成信杂比估算不准的情况，为提高雷达探测性能评估结果的准确性奠定基础。

Description

雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质。

背景技术

雷达是一种电磁传感器，用于对目标进行检测和定位。从雷达回波中可获取到目标的信息，包括距离、径向速度、角方向、尺寸及形状等。一般地，针对特定类型目标，比如对应某一雷达截面积(RCS)值，计算特定型号的雷达对此类目标的探测威力，主要采用雷达方程进行计算，以评估能否探测到目标。从最初的简单雷达方程至今，雷达方程融合了不同的影响因素，使得在利用方程计算相关参数的问题上变得更加精确。尤其是现代雷达系统融合了多种新型技术，现代雷达系统表示为：

其中，P_αv是脉冲的平均能量，t_f为相参处理时间，G_t为发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ为波长，σ为目标RCS，F_p为收发天线的极化失配，F_t为发射路径的方向图传播因子，F_r为接受路径的方向图传播因子，F_ntr是随距离变化的雷达响应因子的乘积，表示为F_ntr＝F_eclF_stcF_bdF_fdF_lens2，F_ecl是遮蔽因子，F_stc是STC因子，F_bd是波束驻留因子，F_fd是频率分集因子，F_lens2是双向透镜因子，I_oe是杂波C_oe和噪声N_o的能量之和，D_x(n')是有效检测因子，用n'个滤波器输出的非相干积累取代了n个脉冲非相干积累的检测因子D(n)，L_t是发射馈线损耗，L_α是双向路径的大气吸收损耗。

由此可见，在给定目标RCS的情况下，基于雷达方程计算雷达的探测威力时，需要考虑雷达本身的诸多工作参数以及雷达面临的环境因素。

由于在面对不同海况条件时，不同距离处影响雷达探测的能量不同，比如，在近程主要为海杂波能量占主导地位，远程可能是噪声能量占主导地位，因此不同距离处影响雷达探测威力的主要是信杂比、信杂噪比或信噪比，而计算雷达的探测威力过程中给定的信杂比往往未考虑距离对雷达探测结果的影响，同时不同雷达工作模式、信号处理流程往往对应着不同的最小可检测信杂比，使得信杂比的估计结果偏离实际情况，以致无法较好地支撑完成雷达探测性能相关指标的评估，如雷达探测距离、雷达检测概率等指标。另外，雷达本身的工作参数以及雷达面临的环境因素，比如发射馈线损耗、大气吸收损耗等参数往往为估计值，难以与实际雷达工作状态、探测海域变化万千的气象条件高度贴合，使得信杂比的估计结果偏离实际情况。

发明内容

本发明提供一种雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中信杂比估算不准以致影响雷达探测结果准确性的问题，实现不同海况条件下的海上目标的精确探测。

本发明提供一种雷达实测回波数据的处理方法，包括：获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，基于每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区，包括：根据每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线以及划分中程区和远程区的第二分界线；根据第一分界线和第二分界线，将第一分界线以内区域划分为近程区，第一分界线和第二分界线之间的区域划分为中程区，第二分界线以外的区域划分为远程区。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，根据每个距离单元的平均杂噪比进行计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线，包括：搜索得到第一平均杂噪比和第二平均杂噪比，第一平均杂噪比对应的距离单元数小于第二平均杂噪比对应的距离单元数；根据第一平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第一点，以及根据第二平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第二点，并根据第一点和第二点求得第一直线；根据第一预设平均杂噪比以及第一直线获得每个波束内的第一预设点，并基于每个波束内的第一预设点获得第一分界线；

根据每个距离单元的平均杂噪比进行计算，以得到划分中程区和远程区的第二分界线，包括：搜索得到第三平均杂噪比和第四平均杂噪比，第三平均杂噪比对应的距离单元数小于第四平均杂噪比对应的距离单元数；根据第三平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第三点，以及根据第四平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第四点，并根据第三点和第四点求得第二直线；根据第二预设平均杂噪比以及第二直线获得每个波束内的第二预设点，并基于每个波束内的第二预设点获得第二分界线。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，搜索得到第一平均杂噪比和第二平均杂噪比，第一平均杂噪比对应的距离单元数小于第二平均杂噪比对应的距离单元数，包括：从不同距离单元的平均杂噪比构成的序列中，搜索大于第一阈值且最接近于第一阈值的平均杂噪比值，作为第一平均杂噪比，并将与第一平均杂噪比对应的距离单元数记作第一距离单元数；搜索小于第二阈值且最接近于第二阈值的平均杂噪比值，作为第二平均杂噪比，并将与第二平均杂噪比对应的距离单元数记作第二距离单元数，使第二距离单元数大于第一距离单元数；

搜索得到第三平均杂噪比和第四平均杂噪比，第三平均杂噪比对应的距离单元数小于第二平均杂噪比对应的距离单元数，包括：从不同距离单元的平均杂噪比构成的序列中，搜索大于第三阈值且最接近于第三阈值的平均杂噪比值，作为第三平均杂噪比，并将与第三平均杂噪比对应的距离单元数记作第三距离单元数；搜索小于第四阈值且最接近于第四阈值的平均杂噪比值，作为第四平均杂噪比，并将与第四平均杂噪比对应的距离单元数记作第四距离单元数，使第四距离单元数大于第三距离单元数。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算，包括：分别在近程区、中程区和远程区选定目标，并确定相应的目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域；根据目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，选定目标回波能量；在近程区根据目标回波能量和估算所得海杂波能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂比；在中程区根据目标回波能量、估算所得海杂波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比；在远程区根据目标回波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，确定目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，包括：基于标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据船只目标的船舶自动识别系统信息确定目标回波区域；基于未标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据近程区、中程区或远程区内的单次扫描回波的采样点簇，标记海尖峰和/或强目标回波区域。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，根据所述船只目标的船舶自动识别系统信息确定目标回波区域，包括：基于船舶自动识别系统信息获取目标的位置信息和尺寸信息；根据目标的位置信息和雷达的架设位置信息，计算得到目标相对于雷达的距离和方位值，并依此查找目标回波的中心位置，以知悉目标位于的分辨单元；基于船舶自动识别系统信息获取尺寸信息，并将尺寸信息分别除以目标位于的分辨单元的径向尺寸和方位向尺寸，得到船只目标在雷达径向和方位向占据的分辨单元个数；以中心位置为中心，以船只目标在雷达径向和方位向占据的分辨单元个数为边长构建一个矩阵区域，作为目标回波区域；

标记海尖峰和/或强目标回波区域，包括：获取单次扫描回波并提取其采样点簇；判断采样点簇是否满足回波幅度门限条件、径向最小回波宽度条件、方位向最小回波宽度条件、径向最小回波间隔宽度条件和方位向最小回波间隔宽度条件，以确定是否将其标记为海尖峰和/或强目标回波区域。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，信杂比计算公式表示为：

其中，P_tar表示为目标回波能量，P_clutter表示为海杂波能量；

信杂噪比计算公式表示为：

其中，P_nosie表示为噪声能量；

信噪比计算公式表示为：

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱，包括：

获取雷达实测数据，并计算雷达一个波束内对应的脉冲个数；基于雷达一个波束内对应的脉冲个数做快速傅里叶变换，以获得回波多普勒谱。

根据本发明提供一种的雷达实测回波数据的处理方法，估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，包括：基于雷达回波多普勒谱取模值，得到每个距离单元雷达回波多普勒谱的谱幅度；根据高斯曲线拟合方法对每个距离单元的谱幅度进行拟合，得到拟合后的谱幅度形状曲线，以及谱幅度形状曲线的均值和标准差；基于标准差选取谱幅度形状曲线的带宽作为雷达回波多普勒谱的谱宽，并基于谱宽获得海杂波能量和噪声能量；基于海杂波能量和噪声能量，计算多个扫描周期内每个距离单元的杂噪比并取平均值，以获得每个距离单元的平均杂噪比。

本发明还提供一种雷达实测回波数据处理系统，该系统应用如上述任一种所述雷达实测回波数据的计算方法，系统包括：图谱生成模块，根据获取的雷达的实测数据进行傅里叶变换，以生成雷达回波多普勒谱；分区模块，根据图谱生成模块生成的雷达回波多普勒谱估算每个距离单元的平均杂噪比，并根据每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到分界线将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；计算模块，根据分区模块划分的近程区、中程区和远程区，分别在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述雷达实测回波数据的处理方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述雷达实测回波数据的处理方法的步骤。

本发明提供的雷达实测回波数据的处理方法、电子设备及存储介质，通过对雷达的实测数据进行傅里叶变换，以生成雷达回波多普勒谱；再根据生成的雷达回波多普勒谱计算每个距离单元的平均杂噪比，并根据每个距离单元的平均杂噪比搜索、计算，以获取第一分界线和第二分界线，从而将雷达回波区域划分成近程区、中程区和远程区；再分别依据近程区、中程区和远程区内不同能量占据主导地位的情况，计算近程区内目标的信杂比、中程区内目标的信杂噪比和远程区内目标的信噪比，以避免受不同距离区域内的能量影响造成信杂比估算不准的情况，进一步提高了雷达探测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的雷达实测回波数据的处理方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的雷达实测回波数据处理系统的结构示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：

1：图谱生成模块； 2：分区模块； 3：计算模块；

41：处理器； 42：通信接口； 43：存储器；

44：通信总线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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示出了本发明实施例提供的雷达实测回波数据的处理方法的流程示意图，该雷达实测回波数据的处理方法，包括：

S01，获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；

S02，估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；

S03，在近程区进行信杂比计算，在中程区计算信杂噪比，在远程区计算信噪比。

需要说明的是，本说明书中的S0N不代表雷达实测回波数据的处理方法的先后顺序，下面具体描述本发明的雷达实测回波数据的处理方法。

S01，获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱。

首先，获取雷达实测数据。本实施例中的雷达实测数据可以基于雷达波束宽度θ、扫描速度v_r和脉冲重复频率f计算雷达一个波束内的脉冲个数N_p，脉冲个数N_p表示为：

其中，雷达波束宽度θ的单位为弧度；扫描速度v_r的单位为弧度/秒；脉冲重复频率f的单位为赫兹。应当注意，此时雷达工作于圆周扫描或扇区扫描模式下。

其次，基于上述计算获得雷达一个波束内对应的脉冲个数做快速傅里叶变换(FFT)，得到回波多普勒谱。具体而言，对计算所得雷达一个波束内对应的脉冲个数N_p由近至远逐个距离单元做快速傅里叶变换，以得到雷达回波多普勒谱。需要说明的是，快速傅里叶变换的点数N_FFT≥N_p，且取2^M，M为正整数。另外，雷达的距离单元对应于雷达的分辨距离，距离是连续的，距离单元是离散的，对于不同雷达，其对应的距离单元由信号的带宽决定。

步骤S02，估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区。

本实施例中，估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，包括：基于雷达回波多普勒谱取模值，得到每个距离单元雷达回波多普勒谱的谱幅度；根据高斯曲线拟合方法对每个距离单元的谱幅度进行拟合，得到拟合后的谱幅度形状曲线，以及谱幅度形状曲线的均值μ和标准差σ；基于标准差σ选取谱幅度形状曲线的3σ带宽作为雷达回波多普勒谱的谱宽θ_3σ，并基于谱宽θ_3σ获得海杂波能量S_clutter和噪声能量S_noise；基于海杂波能量S_clutter和噪声能量S_noise，计算多个扫描周期内每个距离单元的杂噪比并取平均值，以获得每个距离单元的平均杂噪比。

需要说明的是，基于谱宽θ_3σ获得海杂波能量S_clutter和噪声能量S_noise，包括：基于谱宽θ_3σ，选取(μ-3σ,σ+3σ)范围，取其内所有多普勒频率幅度的平方和作为海杂波能量S_clutter，取其外所有多普勒频率幅度的平方和作为噪声能量S_noise。

另外，基于海杂波能量S_clutter和噪声能量S_noise，计算每个距离单元的杂噪比(CNR)，单位为dB，杂噪比(CNR)表示为：

其中，S_clutter表示为海杂波能量，S_noise表示为噪声能量。

再基于雷达扫描模式下选取K个扫描周期的数据按上述计算方式计算，并取平均值以得到每个距离单元的平均杂噪比

需要说明的是，K的取值范围为[3,20]，高海况条件下K在取值范围内适当取大值，比如取10、15、20；低海况条件下K在取值范围内适当取小值，比如3、5、7、9等。

本实施例中，基于每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区，包括：根据每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线l₁以及划分中程区和远程区的第二分界线l₂；根据第一分界线l₁和所述第二分界线l₂，将第一分界线l₁以内区域划分为近程区，第一分界线l₁和第二分界线l₂之间的区域划分为中程区，第二分界线l₂以外的区域划分为远程区。需要说明的是，近程区为海杂波能量主导区域，中程区为海杂波与目标能量相当区域，远程区为噪声能量占主导区域。

根据每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线l₁，包括：

首先，搜索得到第一平均杂噪比

和第二平均杂噪比

第一平均杂噪比

对应的距离单元数D₁小于第二平均杂噪比

对应的距离单元数D₂，即D₁＜D₂。

具体而言，从不同距离单元的平均杂噪比

构成的序列中，搜索大于第一阈值且最接近于第一阈值的平均杂噪比

值，作为第一平均杂噪比

并将与第一平均杂噪比

对应的距离单元数记作第一距离单元数D₁；搜索小于第二阈值且最接近于第二阈值的平均杂噪比

值，作为第二平均杂噪比

并将与第二平均杂噪比

对应的距离单元数记作第二距离单元数D₂，使第二距离单元数大于第一距离单元数，即D₂>D₁。本实施例中，第一阈值可以为11dB，第二阈值可以为9dB。

应当注意，在搜索第一平均杂噪比

时，若搜索得到多个满足条件的平均杂噪比

值，则取平均杂噪比

值对应的最大距离单元数作为第一距离单元数D₁，该平均杂噪比

值记作第一平均杂噪比

另外，在搜索第二平均杂噪比

时，若不满足D₂>D₁，则继续向更远的距离单元处搜索新的小于9dB且最接近于9dB的平均杂噪比

值作为第二平均杂噪比

对应的距离单元数作为第二距离单元数D₂，直至满足D₂>D₁为止。

其次，根据第一平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第一点，以及根据第二平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第二点，并根据所述第一点和第二点求得第一直线。具体而言，第一点表示为

第二点表示为

以根据第一点和第二点求得第一直线

最后，根据第一预设平均杂噪比以及第一直线获得每个波束内的第一预设点。本实施例中，第一预设平均杂噪比可以为10dB，即根据第一直线计算其在

时的距离单元数D_l1，以得到第一预设点

若D_l1不是整数，则仅取其整数部分。依据上述计算方式，对每一个波束的回波进行处理，得到多个第一预设点

并根据得到的多个点计算雷达在每个波束照射方位的近程区和中程区的第一分界线l₁。

另外，根据每个距离单元的平均杂噪比进行计算，以得到划分中程区和远程区的第二分界线l₂，具体包括：

首先，搜索得到第三平均杂噪比

和第四平均杂噪比

第三平均杂噪比

对应的距离单元数D₃小于第四平均杂噪比

对应的距离单元数D₄，即D₃＜D₄。

具体而言，从不同距离单元的平均杂噪比

构成的序列中，搜索大于第三阈值且最接近于第三阈值的平均杂噪比

值，作为第三平均杂噪比

并将与所述第三平均杂噪比

对应的距离单元数记作第三距离单元数D₃；搜索小于第四阈值且最接近于第四阈值的平均杂噪比

值，作为第四平均杂噪比

并将与第四平均杂噪比

对应的距离单元数记作第四距离单元数D₄，使第四距离单元数大于第三距离单元数，即D₄>D₃。本实施例中，第三阈值可以为-9dB，第四阈值可以为-10dB。

应当注意，在搜索第三平均杂噪比

时，若搜索得到多个满足条件的平均杂噪比

值，则取平均杂噪比

值对应的最大距离单元数作为第三距离单元数D₃，该平均杂噪比

值记作第三平均杂噪比

另外，在搜索第四平均杂噪比

时，若不满足D₄>D₃，则继续向更远的距离单元处搜索新的小于-11dB且最接近于-11dB的平均杂噪比

值作为第四平均杂噪比

对应的距离单元数作为第四距离单元数D₄，直至满足D₄>D₃为止。

其次，根据第三平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第三点，以及根据第四平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第四点，并根据所述第三点和第四点求得第二直线。具体而言，第三点表示为

第四点表示为

以根据第三点和第四点求得第二直线

最后，根据第二预设平均杂噪比以及第二直线获得每个波束内的第二预设点。本实施例中，第二预设平均杂噪比可以为10dB，即根据第二直线计算其在

时对应的距离单元数D_l2，得到第二预设点

若D_l2不是整数，则仅取其整数部分。依据上述计算方式，对每一个波束的回波进行处理，得到多个第二预设点

并根据得到的多个点得到雷达在每个波束照射方位的中程区和远程区的第二分界线l₂。

基于上述步骤求得的第一分界线l₁和第二分界线l₂，将第一分界线l₁以内区域划分为近程区，第一分界线l₁和第二分界线l₂之间的区域划分为中程区，第二分界线l₂以外的区域划分为远程区。需要说明的是，由于不同雷达扫描速度存在差异，因此不论是搜索第一分界线l₁的方式还是搜索第二分界线l₂的方式，均可不按波束进行。本实施例中，在搜索分界线过程中，可将整个雷达探测视野划分为一系列小扇区，如可将每4°或6°划分为一个扇区，则在圆周扫描条件下将整个圆形视野划分为90或60个小扇区，每个小扇区确定一个近程区和中程区的分界点，共同构成分界线。

步骤S03，在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

在本实施例中，在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算，包括：分别在近程区、中程区和远程区选定目标，并确定相应的目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域；根据目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，选定目标回波能量；在近程区根据目标回波能量和估算所得海杂波能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂比；在中程区根据目标回波能量、估算所得海杂波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比；在远程区根据目标回波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比。在近程区进行信杂比计算，具体步骤如下：

首先，确定目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，包括：基于标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，即AIS信息，根据船只目标的船舶自动识别系统信息确定雷达目标回波区域；根据未标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据近程区内的单次扫描回波的采样点簇，标记海尖峰或强目标回波区域。

更进一步地说，根据船只目标的船舶自动识别系统信息确定目标回波区域，包括：基于AIS信息获取目标的位置信息和尺寸信息，目标的位置信息即目标位置的经纬度值；再根据目标的位置信息和雷达的架设位置信息，计算得到目标相对于雷达的距离和方位值，并在此基础上查找目标回波的中心位置ζ，以知悉目标位于的分辨单元，其中雷达的架设位置信息即雷达假设的经纬度值；然后基于AIS信息获取尺寸信息，尺寸信息一般为船的长度和宽度，取船的长度值分别除以雷达分辨单元的径向尺寸和方位向尺寸，得到船只目标在雷达径向和方位向占据的分辨单元个数，分别记为N_d和N_θ；以中心位置ζ为中心，以雷达径向2N_d和方位向2N_θ为边长构建一个矩阵区域，作为中心位置在ζ处的目标回波区域。

基于未标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据近程区内的单次扫描回波的采样点簇，标记海尖峰或强目标回波区域，包括：获取近程区内的单次扫描回波并提取其采样点簇；判断采样点簇是否满足回波幅度门限条件、径向最小回波宽度条件、方位向最小回波宽度条件、径向最小回波间隔宽度条件和方位向最小回波间隔宽度条件，以确定是否将其标记为海尖峰以及强目标回波区域。

需要说明的是，回波幅度门限T_st条件指采样点的幅度必须超过回波幅度门限T_st，该采样点才可能属于某一个海尖峰或强目标回波区域；径向最小回波宽度W_rst条件指幅度连续保持在回波幅度门限T_st之上的采样点，其个数必须同时大于或等于规定的径向最小回波宽度W_rst；方位向最小回波宽度W_ast条件是指幅度连续保持在回波幅度门限T_st之上的采样点，其个数必须同时大于或等于规定的方位向最小回波宽度W_ast；径向最小回波间隔宽度Δ_rst条件是指如果在高于回波幅度门限T_st的连续采样点之后出现幅度低于回波幅度门限T_st的采样点，那么幅度低于回波幅度门限T_st的采样点时间不能超过规定的径向最小回波间隔宽度Δ_rst，如果超过规定的径向最小回波间隔宽度Δ_rst，则该簇采样点被认为在径向是由至少两个海尖峰或强目标区域组成的，并且每一个海尖峰或强目标区域都须满足上述五个条件；方位向回波间隔宽度Δ_ast是指如果在高于回波幅度门限T_st的连续采样点之后出现幅度低于回波幅度门限T_st的采样点，那么幅度低于回波幅度门限T_st的采样点的时间不能超过规定的方位向最小回波间隔宽度Δ_ast，如果超过了规定的方位向最小回波间隔宽度Δ_ast，则该簇采样点被认为在方位向是由两个或多个海尖峰或强目标区域组成的，并且每一个海尖峰或强目标区域都须满足上述五个条件。

本实施例中，回波幅度门限T_st可取为海杂波平均功率的M_A倍的平方根，表示为：

其中，N_SC表示海杂波采样点的总数目；z_i代表海杂波序列的第i个回波采样点；M_A的经验取值区间为[3,6]，低擦地角条件下，海况等级高时M_A取值应适当取大值，海况等级低时M_A取值应适当取小值。

此外，径向最小回波宽度W_rst和方位向最小回波宽度W_ast的取值不应低于所关注目标可能的最小尺寸对应的采样点数，同时取值上限不宜过大，否则容易漏判海尖峰和较小型目标回波；径向回波间隔宽度Δ_rst的取值不应低于雷达径向距离分辨率对应的采样点数，同时取值上限不宜过大，取值过大容易使多个海尖峰或目标回波区域合并为一个大的区域，造成判断出错；方位向回波间隔宽度Δ_ast的取值不应低于雷达波束宽度对应的脉冲个数，同时取值上限不宜过大，取值过大容易使多个海尖峰或目标回波区域合并为一个大的区域，造成判断出错。

其次，根据目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，选定目标回波能量；在近程区根据目标回波能量和估算所得海杂波能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂比。需要说明的是，当船只目标标记有船舶自动识别系统信息时，根据标记的海尖峰或强目标回波区域将目标回波区域内未标记有AIS信息的船只目标筛选出来，避免其参与计算形成杂波能量，进而避免造成信杂比计算误差；当船只目标未标记有AIS信息时，根据海尖峰和强目标回波区域的采样点簇将可能影响计算信杂比准确度的因素排除，并将其余未标定为海尖峰和强目标回波区域的采样点簇作为备选区域，以供选择该备选区域内的采样点簇计算信杂比。另外，针对某一选定目标估算信杂比时，该选定目标回波区域内的采样点参与计算形成目标能量，该选定目标的相邻近目标区域不参与计算形成目标能量，同时也不能参与计算形成海杂波能量。

在本实施例中，先根据目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，选定目标回波能量，包括：基于上述目标回波区域或备选区域选定目标区域，即选取采样点簇，选用各采样点幅度模值平方的均值作为目标回波能量P_tar，并在选定目标区域的外围四周，各设定两个分辨单元作为保护单元，在保护单元外围四周共选取N_clutter个分辨单元的采样点用于后续计算海杂波能量P_clutter，若所选取的分辨单元在上述过程中已被判断为海尖峰或强目标回波区域，则剔除该分辨单元，使其不参与海杂波能量计算。应当注意，用于计算海杂波能量的分辨单元数N_clutter应不低于10个，若分辨单元数不足10个，则适当扩大选取分辨单元的单次扫描回波范围，即距离-方位二维区域范围，以确保有10个以上的可用分辨单元参与计算海杂波能量。

再计算海杂波能量，包括：假设每个分辨单元中包含采样点数目为m个，则海杂波能量为m·N_clutter个采样点的幅度模值平方的均值，记为P_clutter。

再根据计算得到的海杂波能量，先计算信杂比，信杂比SCR_tar表示为：

其中，P_tar为目标回波能量，P_clutter为海杂波能量。

再基于上述信杂比SCR_tar的计算步骤，针对至少五个扫描周期内的单次扫描回波分别计算其信杂比SCR_tar，并取均值，以得到选定目标的平均信杂比

将平均信杂比

作为最终计算得到的选定目标的信杂比。

由于中程区位于第一分界线l₁和第二分界线l₂之间，而此区域的海杂波和噪声能量均不可忽略，因此，在中程区根据目标回波能量、估算所得海杂波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比。在中程区，由于依然可能存在海尖峰，因此信杂噪比计算的处理流程可参考上述信杂比计算的处理流程，区别在于，信杂噪比计算需要考虑系统热噪声能量P_noise，系统热噪声能量P_noise表示为：

P_noise＝kT₀BF_n

其中，k为玻尔兹曼常数，k＝1.38×10^-23；T₀为环境参考温度，T₀＝290K；B为匹配滤波器带宽；F_n为噪声系数，表征在理论热噪声最小值之上接收机内部产生的噪声大小。

应当注意，由于量化采样的采样点计算得到的海杂波能量P_clutter为相对功率值以及目标回波能量P_tar为相对功率值，而上述步骤中计算的噪声能量为绝对能量值，因此绝对能量值无法直接通过海杂波能量P_clutter和目标回波能量P_tar相加得到。由此可见，为保证计算过程顺利进行，还需要根据雷达实验完成定标实验，即建立根据雷达回波采样点量化幅度值计算得到的海杂波回波能量的相对功率值P_clutter与海杂波回波绝对功率值P’_clutter之间的对应关系，P’_clutter＝C·P_clutter，同理得到目标回波能量的相对功率值P_tar与雷达目标回波绝对功率值P’_tar之间的对应关系，P’_tar＝C·P_tar，其中C为一常数，由定标实验方法得到。

此时，先计算选定目标的信杂噪比SCNR_tar(单位为dB)，计算公式如下：

其中，P_tar为目标回波能量，P_clutter为海杂波能量，P_noise为噪声能量。

再基于上述信杂噪比SCNR_tar的计算步骤，针对至少五个扫描周期内的单次扫描回波分别计算其信杂噪比SCNR_tar，并取均值，以得到选定目标的平均信杂噪比

将平均信杂噪比

作为最终计算得到的选定目标的信杂噪比。

对于第二分界线l₂以外的远程区，由于该区域内，噪声能量占主导，海杂波能量可以忽略，因此，在所述远程区根据所述目标回波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比。信噪比计算的处理流程可参考上述信杂比计算的处理流程，但由于不存在海尖峰影响，因为在上述标记海尖、强目标回波区域时，主要完成对强目标回波区域的标记，以用于计算雷达目标回波绝对功率值P’_tar，再根据上述信杂噪比计算的处理流程中的定标实验可知，对于确定型号且已完成定标实验的雷达，可以通过P’_tar＝C·P_tar公式得到雷达目标回波绝对功率值P’_tar。

此时，所关注目标的信噪比SNR_tar(单位为dB)计算公式如下：

其中，P_tar为目标回波能量，P_noise为噪声能量。

基于上述信噪比SNR_tar的计算步骤，针对至少五个扫描周期内的单次扫描回波分别计算其信噪比SNR_tar，并取均值，以得到选定目标的平均信噪比

并将其作为最终计算得到的选定目标的信噪比。

综上所述，本发明实施例通过对雷达的实测数据进行傅里叶变换，以生成雷达回波多普勒谱；再根据生成的雷达回波多普勒谱计算每个距离单元的平均杂噪比，并根据每个距离单元的平均杂噪比搜索、计算，以获取第一分界线和第二分界线，从而将雷达回波区域划分成近程区、中程区和远程区；再分别依据近程区、中程区和远程区内不同能量占据主导地位的情况，计算近程区内目标的信杂比、中程区内目标的信杂噪比和远程区内目标的信噪比，以避免受不同距离区域内的能量影响造成信杂比估算不准的情况，进一步提高了雷达探测结果的准确性。

下面对本发明提供的雷达实测回波数据处理系统进行描述，下文描述的雷达实测回波数据处理系统与上文描述的雷达实测回波数据的处理方法可相互对应参照。

图2示例了一种雷达实测回波数据处理系统的结构示意图，如图2所示，该系统可以包括：图谱生成模块1，根据获取的雷达的实测数据进行傅里叶变换，以生成雷达回波多普勒谱；分区模块2，根据图谱生成模块1生成的雷达回波多普勒谱估算每个距离单元的平均杂噪比，并根据每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到分界线将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；计算模块3，根据分区模块2划分的近程区、中程区和远程区，分别在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

其中，分区模块还包括计算单元和划分单元，计算单元根据雷达回波多普勒谱估算每个距离单元的平均杂噪比，并根据所述每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到第一分界线和第二分界线，再根据第一分界线和第二分界线将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区。具体计算方法可参照上述雷达实测回波数据的处理方法，此处不再赘述。

图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)41、通信接口(Communications Interface)42、存储器(memory)43和通信总线44，其中，处理器41，通信接口42，存储器43通过通信总线44完成相互间的通信。处理器41可以调用存储器43中的逻辑指令，以执行雷达实测回波数据的处理方法，该方法包括：获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

此外，上述的存储器43中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供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所提供的雷达实测回波数据的处理方法，该方法包括：获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的雷达实测回波数据的处理方法，该方法包括：获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；估算雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于每个距离单元的平均杂噪比将雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；在近程区进行信杂比计算，在中程区进行信杂噪比计算，在远程区进行信噪比计算。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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)

1.一种雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，包括：

获取雷达实测数据，并基于傅里叶变换，生成雷达回波多普勒谱；

估算所述雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，并基于所述每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将所述雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区；

在所述近程区进行信杂比计算，在所述中程区进行信杂噪比计算，在所述远程区进行信噪比计算。

2.根据权利要求1所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述基于所述每个距离单元的平均杂噪比得到分界线，以将所述雷达探测区域划分为近程区、中程区和远程区，包括：

根据所述每个距离单元的平均杂噪比进行搜索、计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线以及划分中程区和远程区的第二分界线；

根据所述第一分界线和所述第二分界线，将所述第一分界线以内区域划分为近程区，所述第一分界线和所述第二分界线之间的区域划分为中程区，所述第二分界线以外的区域划分为远程区。

3.根据权利要求2所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述根据所述每个距离单元的平均杂噪比进行计算，以得到划分近程区和中程区的第一分界线，包括：

搜索得到第一平均杂噪比和第二平均杂噪比，所述第一平均杂噪比对应的距离单元数小于所述第二平均杂噪比对应的距离单元数；

根据所述第一平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第一点，以及根据所述第二平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第二点，并根据所述第一点和所述第二点求得第一直线；

根据第一预设平均杂噪比以及所述第一直线获得每个波束内的第一预设点，并基于所述每个波束内的第一预设点获得第一分界线；

所述根据所述每个距离单元的平均杂噪比进行计算，以得到划分中程区和远程区的第二分界线，包括：

搜索得到第三平均杂噪比和第四平均杂噪比，所述第三平均杂噪比对应的距离单元数小于所述第四平均杂噪比对应的距离单元数；

根据所述第三平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第三点，以及根据所述第四平均杂噪比及其对应的距离单元数构建第四点，并根据所述第三点和所述第四点求得第二直线；

根据第二预设平均杂噪比以及所述第二直线获得每个波束内的第二预设点，并基于所述每个波束内的第二预设点获得第二分界线。

4.根据权利要求3所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述搜索得到第一平均杂噪比和第二平均杂噪比，所述第一平均杂噪比对应的距离单元数小于所述第二平均杂噪比对应的距离单元数，包括：

从不同距离单元的平均杂噪比构成的序列中，搜索大于第一阈值且最接近于所述第一阈值的平均杂噪比值，作为第一平均杂噪比，并将与所述第一平均杂噪比对应的距离单元数记作第一距离单元数；

搜索小于第二阈值且最接近于所述第二阈值的平均杂噪比值，作为第二平均杂噪比，并将与所述第二平均杂噪比对应的距离单元数记作第二距离单元数，使所述第二距离单元数大于所述第一距离单元数；

所述搜索得到第三平均杂噪比和第四平均杂噪比，所述第三平均杂噪比对应的距离单元数小于所述第二平均杂噪比对应的距离单元数，包括：

从不同距离单元的平均杂噪比构成的序列中，搜索大于第三阈值且最接近于所述第三阈值的平均杂噪比值，作为第三平均杂噪比，并将与所述第三平均杂噪比对应的距离单元数记作第三距离单元数；

搜索小于第四阈值且最接近于第四阈值的平均杂噪比值，作为第四平均杂噪比，并将与所述第四平均杂噪比对应的距离单元数记作第四距离单元数，使所述第四距离单元数大于所述第三距离单元数。

5.根据权利要求1所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述在所述近程区进行信杂比计算，在所述中程区进行信杂噪比计算，在所述远程区进行信噪比计算，包括：

分别在所述近程区、所述中程区和所述远程区选定目标，并确定相应的目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域；

根据所述目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，选定目标回波能量；

在所述近程区根据所述目标回波能量和估算所得海杂波能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂比；

在所述中程区根据所述目标回波能量、估算所得海杂波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比；

在所述远程区根据所述目标回波能量和估算所得噪声能量选择至少五个扫描周期内的单次扫描回波进行计算并取均值，以获得信杂噪比。

6.根据权利要求5所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述确定目标回波区域、海尖峰区域和强目标回波区域，包括：

基于标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据所述船只目标的船舶自动识别系统信息确定目标回波区域；

基于未标记有船舶自动识别系统信息的船只目标，根据所述近程区、所述中程区或所述远程区内的单次扫描回波的采样点簇，标记海尖峰和/或强目标回波区域。

7.根据权利要求6所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述根据所述船只目标的船舶自动识别系统信息确定目标回波区域，包括：

基于船舶自动识别系统信息获取目标的位置信息和尺寸信息；

根据所述目标的位置信息和雷达的架设位置信息，计算得到目标相对于雷达的距离和方位值，并依此查找目标回波的中心位置，以知悉目标位于的分辨单元；

基于所述船舶自动识别系统信息获取尺寸信息，并将所述尺寸信息分别除以所述目标位于的分辨单元的径向尺寸和方位向尺寸，得到船只目标在雷达径向和方位向占据的分辨单元个数；

以所述中心位置为中心，以所述船只目标在雷达径向和方位向占据的分辨单元个数为边长构建一个矩阵区域，作为目标回波区域；

所述标记海尖峰和/或强目标回波区域，包括：

获取单次扫描回波并提取其采样点簇；

判断所述采样点簇是否满足回波幅度门限条件、径向最小回波宽度条件、方位向最小回波宽度条件、径向最小回波间隔宽度条件和方位向最小回波间隔宽度条件，以确定是否将其标记为海尖峰和/或强目标回波区域。

8.根据权利要求1所述的雷达实测回波数据的处理方法，其特征在于，所述估算所述雷达回波多普勒谱每个距离单元的平均杂噪比，包括：

基于所述雷达回波多普勒谱取模值，得到每个距离单元雷达回波多普勒谱的谱幅度；

根据高斯曲线拟合方法对所述每个距离单元的谱幅度进行拟合，得到拟合后的谱幅度形状曲线，以及所述谱幅度形状曲线的均值和标准差；

基于所述标准差选取所述谱幅度形状曲线的带宽作为所述雷达回波多普勒谱的谱宽，并基于所述谱宽获得海杂波能量和噪声能量；

基于所述海杂波能量和所述噪声能量，计算多个扫描周期内每个距离单元的杂噪比并取平均值，以获得每个距离单元的平均杂噪比。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述雷达实测回波数据的处理方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述雷达实测回波数据的处理方法的步骤。

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