一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位及浮標(biāo)丟失告警的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位及浮標(biāo)丟失告警的方法，首先對浮標(biāo)進(jìn)行定位，依次包括這些步驟：獲取浮標(biāo)的初步定位信息、設(shè)置定位窗口、脈組積累、銳化處理、多周期反饋式積累、二維單元平均恒虛警率檢測、點(diǎn)跡凝聚、檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性和生成并確認(rèn)浮標(biāo)告警窗口。然后，在所生成的浮標(biāo)告警窗口中利用一定方法進(jìn)行浮標(biāo)監(jiān)視。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅可以提高浮標(biāo)的信雜比，也可以提高可監(jiān)視的浮標(biāo)的數(shù)量，提高浮標(biāo)告警的可信度。
【專利說明】一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位及浮標(biāo)丟失告警的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位及浮標(biāo)丟失告警的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浮標(biāo)是一種浮于水面的航標(biāo)，錨定在指定位置，用以標(biāo)示航道范圍、指示淺灘、礙航物或表示專門用途的水面助航標(biāo)志，在水面安全航行方面具有重要的作用。浮標(biāo)的一端系于水底，由于碰撞等原因可能導(dǎo)致浮標(biāo)丟失，有必要對浮標(biāo)的丟失及時(shí)提供告警信息。
[0003]另外，對于水面小目標(biāo)、慢速(2-3節(jié)以下)目標(biāo)的跟蹤，一直以來面臨著極大的困難。原因之一是由于其信雜比不高，檢測概率低；原因之二是對于水面固定的或者慢速目標(biāo)，由于波浪以及方位分辨率的原因，目標(biāo)點(diǎn)跡在方位上呈現(xiàn)搖擺的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位及浮標(biāo)丟失告警的方法，從而準(zhǔn)確定位浮標(biāo)方位，及時(shí)提供告警信息。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:`[0006]一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法，步驟包括:
[0007]第一步:獲取浮標(biāo)的初步定位信息；
[0008]第二步:設(shè)置定位窗口；
[0009]第三步:脈組積累；
[0010]第四步:銳化處理；
[0011]第五步:多周期反饋式積累；
[0012]第六步:二維單元平均恒虛警率檢測；
[0013]第七步:點(diǎn)跡凝聚；
[0014]第八步:檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性；
[0015]第九步:生成并確認(rèn)浮標(biāo)告警窗口 ；
[0016]上述的第一步中，在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標(biāo)的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮標(biāo)相對于雷達(dá)的極坐標(biāo)值來表示距離和方位的。
[0017]上述的第二步中，定位窗口是以初步定位信息為中心，具有一定距離寬度和方位寬度的扇形窗口，該定位窗口內(nèi)只能含有此浮標(biāo)這一個(gè)固定目標(biāo)，不能包含其它的固定目標(biāo)。
[0018]上述的第八步中，檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性需要對以上步驟連續(xù)處理N個(gè)天線周期，設(shè)檢測概率為P D，若N個(gè)周期中，浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡數(shù)小于NX P D，則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位；否則，分別統(tǒng)計(jì)N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡的距離標(biāo)準(zhǔn)差和方位標(biāo)準(zhǔn)差；如果距離標(biāo)準(zhǔn)差 > 距離分辨力或者方位標(biāo)準(zhǔn)差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。[0019]上述的第九步中，分別計(jì)算N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡的平均距離?、
平均方位#、平均距離展寬和平均方位展寬，并以極坐標(biāo)為中心，生成距離寬度和
方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標(biāo)告警窗口 ；將浮標(biāo)告警窗口在P顯或者電子海圖上和一次視頻疊加顯示，由操作員確認(rèn)浮標(biāo)回波是否完全處于浮標(biāo)告警窗口中心，如果是，操作員確認(rèn)此定位信息有效；否則，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。
[0020]一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法，在所生成的浮標(biāo)告警窗口中進(jìn)行以下步驟，包括:
[0021]第一步:脈組積累；
[0022]第二步:銳化處理；
[0023]第三步:權(quán)重中心對稱衰減的多周期反饋式積累；
[0024]第四步:二維單元平均恒虛警率檢測；
[0025]第五步:點(diǎn)跡凝聚；
[0026]第六步:選擇關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡；
[0027]第七步:判斷浮標(biāo)是否丟失。
[0028]上述的第三步中，權(quán)`重中心對稱衰減的多周期反饋式積累是以告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側(cè)權(quán)重逐漸對稱指數(shù)衰減的多周期反饋式積累。
[0029]上述的第六步中，選擇關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡是指從告警窗口所凝聚出的點(diǎn)跡中，根據(jù)點(diǎn)跡與告警窗口中心之間的歸一化距離小于一定門限的原則，挑選出點(diǎn)跡作為關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡，其中，點(diǎn)跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
r ? ^ iKmi
[0030]dis =--1--
% σθ
[0031]其中，Cltl和Qtl分別表示告警窗口中心的距離和角度，屯和Q1分別表示浮標(biāo)告警窗口內(nèi)點(diǎn)跡的距離和角度，σ 0分別表示浮標(biāo)告警窗口內(nèi)點(diǎn)跡的距離精度和方位精度。
[0032]上述的第七步中，判斷浮標(biāo)是否丟失需要對以上步驟連續(xù)處理K個(gè)天線周期，如果挑選出的關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡數(shù)是零，則宣布浮標(biāo)丟失，向用戶提出浮標(biāo)丟失的告警信息。
[0033]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0034](I)本發(fā)明利用浮標(biāo)是固定目標(biāo)的特性，有針對性地使用了銳化、權(quán)重中心對稱衰減的多周期反饋式積累等技術(shù)手段，提高了浮標(biāo)的信雜比。
[0035](2)本發(fā)明首先對浮標(biāo)進(jìn)行定位，對信噪比極低的浮標(biāo)定位窗口采取相關(guān)信號(hào)處理步驟，生成浮標(biāo)告警窗口。然后，在所生成的浮標(biāo)告警窗口中根據(jù)一定方法進(jìn)行浮標(biāo)監(jiān)視。與直接使用浮標(biāo)位置相比，該方法不僅可以提高浮標(biāo)的信雜比，也可以提高可監(jiān)視的浮標(biāo)的數(shù)量，提高浮標(biāo)告警的可信度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法流程框圖。
[0037]圖2為本發(fā)明的基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法流程框圖。【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1所示出的本發(fā)明的基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法的實(shí)施流程圖。
[0039]第一步:獲取浮標(biāo)的初步定位信息。在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標(biāo)的初步定位信息。初步定位信息是用浮標(biāo)相對于雷達(dá)的極坐標(biāo)值來表示距離和方位的。電子海圖中提取的是浮標(biāo)的地理坐標(biāo)，需要以雷達(dá)的地理坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將浮標(biāo)的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)值。
[0040]第二步:設(shè)置定位窗口。以初步定位信息為中心，設(shè)置具有一定距離寬度和方位寬度的浮標(biāo)定位扇形窗口，稱為定位窗口，該定位窗口內(nèi)應(yīng)當(dāng)僅僅含有此浮標(biāo)一個(gè)固定目標(biāo)，不能包含其它的固定目標(biāo)。如果是人工指定的定位信息，定位窗口的寬度應(yīng)當(dāng)考慮浮標(biāo)回波大小以及浮標(biāo)位置的隨機(jī)擺動(dòng)的特性。如果是通過電子海圖自動(dòng)獲取的定位信息，定位窗口的寬度還應(yīng)當(dāng)考慮到雷達(dá)視頻與電子海圖之間的系統(tǒng)誤差。
[0041]第三步:脈組積累。通過將定位窗口內(nèi)一定方位寬度內(nèi)的脈沖相加取均值得到的。對于非起伏目標(biāo)，可以改善單個(gè)脈沖的最小可檢測信噪比。
[0042]第四步:銳化處理。通過對定位窗口內(nèi)所有雷達(dá)分辨單元上的幅度進(jìn)行平方得到的。經(jīng)過銳化處理，可以提高定位窗口內(nèi)雷達(dá)視頻的對比度。
[0043]第五步:多周期反饋式積累。對定位窗口內(nèi)所有雷達(dá)分辨單元上的幅度與存儲(chǔ)的上一個(gè)天線周期在相同雷達(dá)分辨單元上的幅度進(jìn)行加權(quán)，并將積累后視頻作為新的雷達(dá)視頻進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0044]第六步:二維單元平均恒虛警率檢測。在多周期反饋式積累的雷達(dá)視頻收斂后，以定位窗口內(nèi)所有雷達(dá)分辨單元上的平均幅度作為雜波功率的估計(jì)值，乘以一個(gè)比例系數(shù)作為檢測門限，比檢測門限小的幅度都置為零。
[0045]第七步:點(diǎn)跡凝聚。在定位窗口內(nèi)采用強(qiáng)連通法進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚，經(jīng)過以上處理后，浮標(biāo)回波應(yīng)當(dāng)是強(qiáng)連通的，即浮標(biāo)回波`中所有雷達(dá)分辨單元上的幅度都大于零。如果凝聚出多個(gè)點(diǎn)跡，則將所有點(diǎn)跡都認(rèn)為是無效點(diǎn)跡；否則，給出有效點(diǎn)跡的位置。
[0046]第八步:檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性。檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性需要連續(xù)處理N個(gè)天線周期。設(shè)檢測概率P D,若N個(gè)周期中，浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡數(shù)小于N X P D，則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位；否則，分別統(tǒng)計(jì)N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡的距離標(biāo)準(zhǔn)差和方位標(biāo)準(zhǔn)差。如果距離標(biāo)準(zhǔn)差 > 距離分辨力或者方位標(biāo)準(zhǔn)差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。
[0047]第九步:生成并確認(rèn)浮標(biāo)告警窗口。分別計(jì)算N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)
跡的平均距離?、平均方位,、平均距離展寬和平均方位展寬，并以極坐標(biāo)為中心，生
成距離寬度和方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標(biāo)告警窗口。將浮標(biāo)告警窗口在P顯或者電子海圖上和雷達(dá)視頻疊加顯示，由操作員確認(rèn)浮標(biāo)回波是否完全處于浮標(biāo)告警窗口中心，如果是，操作員確認(rèn)此定位信息有效；否則，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。
[0048]可以看出，采用本實(shí)施例所述的方法實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)定位，主要是利用了浮標(biāo)是固定目標(biāo)的特性，有針對性地使用了銳化、多周期反饋式積累等技術(shù)手段，提高了浮標(biāo)的信雜比。[0049]如圖2所示的本發(fā)明的基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法的實(shí)施流程圖。在上述生成的浮標(biāo)告警窗口內(nèi)，進(jìn)行以下步驟:
[0050]第一步:脈組積累。通過對上述浮標(biāo)告警窗口內(nèi)一定方位寬度內(nèi)的脈沖相加取均值得到的。對于非起伏目標(biāo)，可以改善單個(gè)脈沖的最小可檢測信噪比。
[0051]第二步:銳化處理。通過對浮標(biāo)告警窗口內(nèi)所有雷達(dá)分辨單元上的幅度進(jìn)行平方得到的。經(jīng)過銳化處理，可以提高定位窗口內(nèi)雷達(dá)視頻的對比度。
[0052]第三步:權(quán)重中心對稱衰減的多周期反饋式積累。是以浮標(biāo)告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側(cè)權(quán)重逐漸對稱指數(shù)衰減的多周期反饋式積累。權(quán)重中心對稱衰減的目的是為了減少告警窗口中可能存在的船只對浮標(biāo)的影響。
[0053]第四步:二維單元平均恒虛警率檢測。以浮標(biāo)告警窗口中所有雷達(dá)分辨單元上的平均幅度作為雜波功率的估計(jì)值，乘以一個(gè)比例系數(shù)作為檢測門限，比檢測門限小的幅度
都置為零。
[0054]第五步:點(diǎn)跡凝聚。在浮標(biāo)告警窗口內(nèi)采用強(qiáng)連通法進(jìn)行點(diǎn)跡凝聚。經(jīng)過以上處理后，浮標(biāo)回波應(yīng)當(dāng)是強(qiáng)連通的，即浮標(biāo)回波中所有雷達(dá)分辨單元上的幅度都大于零。
[0055]第六步:選擇關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡。從浮標(biāo)告警窗口所凝聚出的點(diǎn)跡中根據(jù)點(diǎn)跡與浮標(biāo)告警窗口中心之間的歸一化距離小于一定門限的原則，挑選出點(diǎn)跡作為關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡。其中，點(diǎn)跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
【權(quán)利要求】
1.一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法，其特征在于，步驟包括: 第一步:獲取浮標(biāo)的初步定位信息； 第二步:設(shè)置定位窗口 ； 第三步:脈組積累； 第四步:銳化處理； 第五步:多周期反饋式積累； 第六步:二維單元平均恒虛警率檢測； 第七步:點(diǎn)跡凝聚； 第八步:檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性； 第九步:生成并確認(rèn)浮標(biāo)告警窗口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法，其特征在于，第一步中，在P顯通過人工指定或者從電子海圖獲取浮標(biāo)的初步定位信息；其中，初步定位信息是用浮標(biāo)相對于雷達(dá)的極坐標(biāo)值來表示距離和方位的；第二步中，定位窗口是以初步定位信息為中心，具有一定距離寬度和方位寬度的扇形窗口，該扇形窗口內(nèi)只能含有此浮標(biāo)這一個(gè)固定目標(biāo)，不能包含其它的固定目標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法，其特征在于，第八步中，檢驗(yàn)點(diǎn)跡的有效性需要對以上步驟連續(xù)處理N個(gè)天線周期，設(shè)檢測概率為Pd，若N個(gè)周期中，浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡 數(shù)小于NXPd,則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位；否則，分別統(tǒng)計(jì)N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡的距離標(biāo)準(zhǔn)差和方位標(biāo)準(zhǔn)差；如果距離標(biāo)準(zhǔn)差 > 距離分辨力或者方位標(biāo)準(zhǔn)差 > 方位分辨力，則此次定位失敗，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)定位的方法，其特征在于，第九步中，分別計(jì)算N個(gè)周期中浮標(biāo)定位窗口中有效點(diǎn)跡的平均距離d'平均方位I平均距離展寬和平均方位展寬，并以極坐標(biāo)為中心，生成距離寬度和方位寬度分別是平均距離展寬和平均方位展寬3倍的扇形窗口，稱為浮標(biāo)告警窗口 ；將浮標(biāo)告警窗口在P顯或者電子海圖上和一次視頻疊加顯示，由操作員確認(rèn)浮標(biāo)回波是否完全處于浮標(biāo)告警窗口中心，如果是，操作員確認(rèn)此定位信息有效；否則，重新對浮標(biāo)進(jìn)行定位。
5.一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法，其特征在于，在權(quán)利要求1中所生成的浮標(biāo)告警窗口中進(jìn)行以下步驟，包括: 第一步:脈組積累； 第二步:銳化處理； 第三步:權(quán)重中心對稱衰減的多周期反饋式積累； 第四步:二維單元平均恒虛警率檢測； 第五步:點(diǎn)跡凝聚； 第六步:選擇關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡； 第七步:判斷浮標(biāo)是否丟失。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法，其特征在于，第三步中，權(quán)重中心對稱衰減的多周期反饋式積累是以告警窗口中心所在脈組為中心，向兩側(cè)權(quán)重逐漸對稱指數(shù)衰減的多周期反饋式積累。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法，其特征在于，第六步中，選擇關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡是指從告警窗口所凝聚出的點(diǎn)跡中，根據(jù)點(diǎn)跡與告警窗口中心之間的歸一化距離小于一定門限的原則，挑選出點(diǎn)跡作為關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡，其中，點(diǎn)跡與告警窗口中心之間的歸一化距離dis定義為
8.如權(quán)利要求5所述的一種基于雷達(dá)視頻的浮標(biāo)丟失告警的方法，其特征在于，第七步中，判斷浮標(biāo)是否丟失需要對以上步驟連續(xù)處理K個(gè)天線周期，如果挑選出的關(guān)聯(lián)點(diǎn)跡數(shù)是零，則宣布浮標(biāo)丟失，向用戶提出浮標(biāo)丟失的告警信息。
【文檔編號(hào)】G01S13/06GK103760553SQ201310647167
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】張建龍, 丁春, 邱志遠(yuǎn), 姚遠(yuǎn), 匡華星, 張燦 申請人:南京鵬力系統(tǒng)工程研究所, 中華人民共和國江蘇海事局