CN113820712A - 一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统，该方法包括：获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。该系统包括：提取模块和定位模块。本发明利用船舰目标的强散点特征来进行定位，成本低且实现过程简单。本发明作为一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统，可广泛应用于目标定位领域。

Description

一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统

技术领域

本发明涉及目标定位领域，尤其涉及一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统。

背景技术

目前常见的超声波定位技术是利用反射式检测方式的一种定位技术。超声波定位技术结合了发射超声波至参考节点对应回波的时段差运算和参考节点中间的间隔，采用三角定位手段运算出需要检测目标的部位。超声波定位技术可以在非可视间距下传递，定位精度较高并且偏差小，但是超声波定位技术也存在着定位可行范围受限，设施费用较大等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于强散射点的舰船目标定位方法及系统，利用船舰目标的强散点特征来进行定位，成本低且实现过程简单。

本发明所采用的第一技术方案是：一种基于强散射点的舰船目标定位方法，包括以下步骤：

获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；

根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

进一步，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤之前，还包括：

设定空间坐标系。

进一步，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤，其具体包括：

基于不同高度的雷达获取对应的船舰SAR图像；

对船舰SAR图像的每一个像素点进行非线性变换，得到变换后的像素点；

对变换后的像素点进行幅度值判定，得到幅度值判定结果；

根据幅度值判定结果扫描方位向和距离向上均为局部最大值的峰值点，提取得到对应SAR图像内的强散射点。

进一步，所述非线性变换的公式表示如下：

上式中，a(x，y)表示船舰SAR图像的每一个像素点，c(x，y)表示变换后的像素点。

进一步，所述根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置这一步骤，其具体包括：

根据对应SAR图像内强散射点得到各个雷达到强散射点的距离；

基于两个雷达的坐标及其到强散射点的距离，联立两条距离方程；

结合多普勒方程，解算强散射点的空间位置，得到舰船目标位置。

进一步，所述距离方程的公式表示如下：

上式中，(u1,v1,w1)表示雷达一的三维坐标，(x,y,z)表示目标的三维坐标，R1表示雷达一到强散射点的距离。

进一步，所述多普勒方程的公式表示如下：

上式中，f_DC表示多普勒频移，V_S表示雷达一的运动速度矢量，V_T表示目标的运动速度矢量，P_S是雷达一的三维坐标(u1,v1,w1)，P_T表示目标的三维坐标(x,y,z)。

本发明所采用的第二技术方案是：一种基于强散射点的舰船目标定位系统，包括：

提取模块，用于获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；

定位模块，用于根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

进一步，还包括：

设定模块，用于设定空间坐标系。

本发明方法及系统的有益效果是：本发明利用船舰目标的SAR图像进行强散射点的提取，根据雷达获取的不同图像建立方程，联立方程进行求解，根据距离方程和多普勒方程求解出强散射点的三维坐标位置，从而实现定位功能。

附图说明

图1是本发明一种基于强散射点的舰船目标定位方法的步骤流程图；

图2是本发明一种基于强散射点的舰船目标定位系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

本发明利用船舰目标的强散点特征来进行定位。船舰目标的强散射点是SAR图像的一个主要特征点，在SAR图像中表现为比较亮的区域。合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar)是一种主动式的微波传感器，具有全天时、全天候的工作能力。具体到一个特定的船舰目标来说，当雷达的工作频率，雷达极化方式和雷达观测角度不变的时候，散射的强弱主要取决于舰船的结构和材料。

参照图1，本发明提供了一种基于强散射点的舰船目标定位方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；

S2、根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

进一步作为本方法优选实施例，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤之前，还包括：

S0、设定空间坐标系。

具体地，XYZ坐标的选取可以选择满足右手螺旋准则也可以选择满足左手螺旋准则，选择其中一种即可。

设定坐标起点(0,0,0)建立XYZ平面，X轴：水平面内以雷达运动方向为X轴正方向；Y轴：水平面内以舰船一侧方向为Y轴正方向；Z轴：垂直于水平面，以雷达底部向上方向为正方形，与X轴，Y轴满足左手螺旋准则。

进一步作为本方法的优选实施例，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤，其具体包括：

基于不同高度的雷达获取对应的船舰SAR图像；

对船舰SAR图像的每一个像素点进行非线性变换，得到变换后的像素点；

对变换后的像素点进行幅度值判定，得到幅度值判定结果；

根据幅度值判定结果扫描方位向和距离向上均为局部最大值的峰值点，提取得到对应SAR图像内的强散射点。

进一步作为本方法的优选实施例，假设图像的每一个像素点为a(x，y),首先对a(x,y)进行非线性变换处理，目的是为了缩小原始图像的动态范围，防止因部分强散射点的灰度值太高，造成方位向和距离向计算的影响.所述非线性变换的公式表示如下：

上式中，a(x，y)表示船舰SAR图像的每一个像素点，c(x,y)表示变换后的像素点。

为了更加方便地找出目标强散射点，将每一个像素值范围限定在0～255之间，进行如下操作：第一，首先在方位向上和距离向上扫描找出散射强度最大的点和散射强度最小的点，定义m是方位向上和距离向上通过扫描找出散射强度最大的点，定义n是方位向上和距离向上通过扫描找出散射强度最小的点，即：

m＝max c(x,y)

n＝min c(x,y)

其次，需要将像素值范围限定在0-255之间，进行如下的变换:

进一步作为本方法优选实施例，所述根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置这一步骤，其具体包括：

根据对应SAR图像内强散射点得到各个雷达到强散射点的距离；

基于两个雷达的坐标及其到强散射点的距离，联立两条距离方程；

结合多普勒方程，解算强散射点的空间位置，得到舰船目标位置。

进一步作为本方法优选实施例，设定目标的三维坐标为(x,y,z)，所述距离方程的公式表示如下：

上式中，(u1,v1,w1)表示雷达一的三维坐标，(x,y,z)表示目标的三维坐标，R1表示雷达一到强散射点的距离。

具体地，利用两次不同高度雷达对强散点进行成像，每一个高度对应着一个距离方程：

上式中，(u2,v2,w2)表示雷达二的三维坐标，R2表示雷达二到强散射点的距离。

进一步作为本方法优选实施例，所述多普勒方程的公式表示如下：

上式中，f_DC表示多普勒频移，V_S表示雷达一的运动速度矢量，V_T表示目标的运动速度矢量，P_S是雷达一的三维坐标(u1,v1,w1)，P_T表示目标的三维坐标(x,y,z)。

联立以上三个方程，即可求解出三个未知量x,y,z,即求解出强散射点的位置(x,y,z)

如图2所示，一种于强散射点的舰船目标定位系统，包括：

提取模块，用于获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；

定位模块，用于根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

进一步作为本系统优选实施例，还包括：

设定模块，用于设定空间坐标系。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

2.根据权利要求1所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤之前，还包括：

设定空间坐标系。

3.根据权利要求2所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点这一步骤，其具体包括：

基于不同高度的雷达获取对应的船舰SAR图像；

对船舰SAR图像的每一个像素点进行非线性变换，得到变换后的像素点；

对变换后的像素点进行幅度值判定，得到幅度值判定结果；

根据幅度值判定结果扫描方位向和距离向上均为局部最大值的峰值点，提取得到对应SAR图像内的强散射点。

4.根据权利要求3所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述非线性变换的公式表示如下：

上式中，a(x,y)表示船舰SAR图像的每一个像素点，c(x,y)表示变换后的像素点。

5.根据权利要求4所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置这一步骤，其具体包括：

根据对应SAR图像内强散射点得到各个雷达到强散射点的距离；

基于两个雷达的坐标及其到强散射点的距离，联立两条距离方程；

结合多普勒方程，解算强散射点的空间位置，得到舰船目标位置。

6.根据权利要求5所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述距离方程的公式表示如下：

上式中，(u1,v1,w1)表示雷达一的三维坐标，(x,y,z)表示目标的三维坐标，R1表示雷达一到强散射点的距离。

7.根据权利要求6所述一种基于强散射点的舰船目标定位方法，其特征在于，所述多普勒方程的公式表示如下：

上式中，f_DC表示多普勒频移，V_S表示雷达一的运动速度矢量，V_T表示目标的运动速度矢量，P_S是雷达一的三维坐标(u1,v1,w1)，P_T表示目标的三维坐标(x,y,z)。

8.一种基于强散射点的舰船目标定位系统，其特征在于，包括：

提取模块，用于获取舰船SAR图像并基于像素点阈值进行判定，提取对应SAR图像内的强散射点；

定位模块，用于根据对应SAR图像内的强散射点对强散射点进行空间定位，得到舰船目标位置。

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