建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法技术

本发明专利技术公开的一种建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，旨在提供一种能够有效弥合图像裂缝抑制雷达剩余杂波的方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：根据雷达探测距离、空域覆盖范围、距离分辨率、角度分辨率设定位图分辨单元；依据接收雷达信号处理送来的目标点迹信息(简称雷达点迹)建立雷达扫描背景位图；然后根据位图分辨单元的划分不同来选取结构元素，利用结构元素对雷达扫描背景位图进行形态变换运算，进行先膨胀后腐蚀的闭合运算，得到剩余杂波图像轮廓，构成了一幅新的雷达扫描背景位图，再根据雷达天线的扫描圈数对位图不断的迭代更新，形成稳定的雷达剩余杂波图，雷达点迹经过杂波标识模块判断后，输出具有杂波标志的雷达目标点迹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以数学形态学滤波为基础，建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法。
技术介绍
通常，在雷达的工作过程中，雷达收到的回波信号并不仅仅是单纯的目标回波，它还包括：海杂波、地杂波、气象杂波、大气噪声、接收机噪声、自然噪声等，通常雷达采集到的航海雷达回波信号除了大量的海杂波信号以外，还存在着大量的噪声，会受到较强的气象杂波干扰，正常得到的无目标的海浪图像不是海杂波图像，是含有噪声的海杂波图像。此外，不可避免会受到来自外界的干扰和各种电子干扰的影响。因此，如何从回波中提取出有用的目标信号，有效抑制杂波(包括地杂波和海杂波)是一项关键技术。在有目标的雷达视频海浪回波信号中，包括了目标回波信号、海杂波信号和噪声信号，而无目标的雷达视频回波信号只有海杂波信号和噪声信号。当雷达波束照射海面时，海浪也能反射电波，使显示器荧光屏上出现杂乱脉冲或不均匀闪烁斑点，时隐时现，且位置不固定，这种看起来类似噪声的后向散射回波被称为海杂波。简单来说，海杂波就是来自于被雷达发射信号照射的一片海面的后向散射回波。航海雷达检测海面上的或者接近海面上空的目标物体时，需要克服海面本身的海杂波，但由于海杂波具有变化多端和对目标物体的回波强度干扰大的缺点，故在很多情况下，限制了航海雷达的探测能力，以说对于海杂波的抑制成为航海雷达必须解决的一个重要问题。如何精确将淹没于强海杂波背景中的目标信息提取出来是海杂波抑制技术的关键。剩余杂波图技术是雷达信号处理中常用的一种检测技术。剩余杂波图在雷达中的应用基本分两种:等扇区杂波图和等面积杂波图。在雷达中，综合考虑两种杂波图的优劣，采用近区等面积、远区等扇区的划分方法。这种方法实际验证效果较佳。非均匀非平稳的杂波抑制历来是雷达的一个难点。现代雷达常用的杂波抑制技术主要有在天线、发射机和接收机采用的低副瓣天线、频率捷变等技术，在信号处理采用的脉冲压缩、动目标显示/动目标检测MTI/MTD、恒虚警CFAR、动态杂波图检测、旁瓣相消、旁瓣匿隐等技术，在雷达数据处理采用的过域判断、回波宽度判断、幅度判断、多普勒速度判断等技术。综合来看，上述这些技术对于杂波的抑制是有效果的，但在现行基于门限的雷达目标检测体制下，为了尽可能的确保目标被检测并输出，仍然无法避免会有杂波剩余，包括各种干扰点迹，在此统称为杂波剩余，也会一并输出。而杂波剩余也将直接影响雷达数据处理的点迹关联、滤波与建航处理，导致雷达工作性能下降。具体表征为生成多批虚假目标航迹，干扰真实目标的正常建航，降低航迹精度，同时终端界面上积聚大量无效点，影响画面质量。由此可见，为了进一步改善雷达的杂波抑制能力，仍需从各个环节着手深入挖掘潜能。目前抑制海杂波的方法大多都是从信号处理角度提出的，但由于海杂波信号具有很强的相关性，例如海尖峰效应，这种相关性导致了从信号处理角度无法完全抑制海杂波。海杂波信号具有很强的相关性，特别是体现在海尖峰效应当中，这种相关性造成了常规的基于海杂波功率谱的频域滤波方法对海杂波的抑制效果不理想。在国内外抑制海杂波的方法中，传统的方法有动目标检测(STD)抑制方法和时频分析方法。时频分析方法主要是应用时频分析滤波技术和小波分析滤波技术滤除海杂波信号。新出现的方法有通过线性预测滤波器或基于奇异值分解的Hankd降秩方法1，此方法通过估测海杂波信号，进而实现海杂波对消，还有利用正交加权的自适应空域滤波(SAP)抑制海杂波的方法和空时自适应处理抑制海杂波的方法均取得了一定的效果。但总体来说，这些方法只能降低目标识别过程对海杂波的敏感度，根治不了海杂波信号相关性(如海尖峰效应)造成的影响，无法有效对强海杂波背景下的小目标物体进行检测，也就是说，从信号处理角度提出的抑制海杂波的技术是无法完全消除海杂波对目标检测过程造成的负面影响。为了避免从信号处理角度提出的抑制海杂波方法中出现的问题和提高海杂波背景上目标检测技术的效率，国内外已经出现了一些从图像处理角度提出的抑制海杂波的方法，但仍处于试验研究阶段。从图像处理的角度来抑制海杂波的方法是利用图像复原技术对由航海雷达得到的海浪图像进行图像复原，去除海浪图像中的噪声，得到海杂波图像，之后利用图像分割技术判断海杂波图像中是否含有目标，如果有目标存在，将其分离出来。图像复原部分提出了基于神经网络和数学形态学的图像复原技术，继承了神经网络的拟合性质和收敛性质，应用一种形态学变形虫结构元素克服传统滤波方法的缺点。通常这类方法被分为海浪图像去噪(海浪图像去除噪声之后，就变成了海杂波图像)和海杂波图像目标检测两个方面进行研究，还没有统一的设计方法。现有的海浪图像去噪方法大多都是用空域滤波的方法，这些方法能够有效地平滑海浪图像中的噪声，但同时也造成了图像边缘信息的损失。现有的对海杂波图像目标检测的方法大多是针对海杂波图像的统计特征或海杂波图像整体的结构特征，而没关注图像局部区域的细节特征，所以对海杂波图像中的大型目标或相对背景较为明亮的目标的识别效果较好，而对于小目标或与背景相比不是很明显的目标来说，识别效果还不是很好。综上所述，从信号处理角度抑制海杂波的方法面临着海杂波信号的强相关性问题，无法达到非常满意的效果，而近年发展起来从图像处理角度抑制海杂波的方法避免了这个问题，并为海杂波抑制的研究和发展注入了新的活力，但还存在需要改进的空间、缺少完整的理论和统一的设计方法。由于雷达俯仰面波束的时序扫描而产生低波位的强地物回波处理剩余,作为地物杂波在高波位时跨周期出现,影响雷达系统正常的检测与显示。在三坐标情报雷达体系中，由于其工作体制与传统的两坐标情报雷达有明显地不同，无法采用完全相同的处理方式抑制杂波，以取得相同的预期效果，同时由于三坐标情报雷达覆盖空域扫描范围的要求，对雷达时间分配的限制，导致其不能采用两坐标雷达相似的滑窗处理体制，无法得到相同的杂波抑制比。又由于体制上的限制，无法采用确认波束来验证目标特征，提高目标检测概率。因此三坐标情报雷达面临的杂波环境远比两坐标更为恶劣。波段雷达对消后通常有较多的气象杂波剩余,画面不干净,计算机在目标自动跟踪时会产生错误的航迹。除前述几种措施外，数据域剩余杂波图也是一种常用的措施。杂波图技术就是将雷达周围的二维平面分成许多方位距离单元，把方位距离单元的接收信号存入一个存储器中，每个存储单元对应一个方位距离单元，并且随着天线的扫描，每个单元存储的信号进行递推更新。传统上，建立雷达剩余杂波图的方法是针对检测单元以往多次扫描的回波进行迭代来获得强度的估计，它利用的是雷达杂波环境时域的相对平稳性对检测单元进行幅度门限检测，但是针对雷达的非高斯、非平稳的杂波环境而言，它的杂波抑制能力会降低甚至恶化，传统的图像去噪方式(如线性低通滤波等),在去除噪声污染的同时会造成图像边缘的模糊,不能很好地保持轮廓信息。因此，需要寻求新的方法来对杂波干扰点进行有效的抑制。随着大规模集成电路的迅速发展，大容量存储器的广泛使用，雷达天线扫描间积累已变得易于实现，这为数据处理采用扫描间积累方法，建立剩余杂波图来抑制杂波剩余创造了条件。数学形态学的图像处理是应用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状,以达到对图像分析和识别的目的。数学形态学由一组以膨胀、腐蚀为基础形态学代数算子组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，具有如下技术特征：根据雷达探测距离和空域覆盖范围，以及距离和角度分辨率，设定位图分辨单元；依据接收雷达信号处理送来的目标点迹信息，建立表征雷达目标信息的雷达扫描背景位图；然后根据雷达所探测的目标特性和位图分辨单元的划分不同来选取结构元素，采用不同的结构元素对图像细节进行匹配，提取精细的图像边缘，利用结构元素对雷达扫描背景位图进行形态变换运算和数学形态学算子的对不规则直线的提取，形态运算以雷达点迹构成的雷达位图进行先膨胀后腐蚀的闭合运算，形成一幅新的雷达扫描背景位图，再根据雷达天线的扫描圈数对雷达扫描背景位图不断的迭代更新，建立稳定的雷达剩余杂波图，雷达点迹经过杂波标识模块判断后，输出具有杂波标志的雷达目标点迹。

【技术特征摘要】
1.一种建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，具有如下技术特征：根据雷达探测距离和空域覆盖范围，以及距离和角度分辨率，设定位图分辨单元；依据接收雷达信号处理送来的目标点迹信息，建立表征雷达目标信息的雷达扫描背景位图；然后根据雷达所探测的目标特性和位图分辨单元的划分不同来选取结构元素，采用不同的结构元素对图像细节进行匹配，提取精细的图像边缘，利用结构元素对雷达扫描背景位图进行形态变换运算和数学形态学算子的对不规则直线的提取，形态运算以雷达点迹构成的雷达位图进行先膨胀后腐蚀的闭合运算，形成一幅新的雷达扫描背景位图，再根据雷达天线的扫描圈数对雷达扫描背景位图不断的迭代更新，建立稳定的雷达剩余杂波图，雷达点迹经过杂波标识模块判断后，输出具有杂波标志的雷达目标点迹。2.根据权利要求1所述的建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，其特征在于：在建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波方法的建立流程中，基于数学形态学的雷达剩余杂波图建立，包括：位图分辨单元设定模块、雷达扫描背景位图建立模块、结构元素形状选取模块、形态运算模块和剩余杂波图建立模块，其中，位图分辨单元设定模块根据雷达探测距离和空域覆盖范围，以及距离和角度分辨率，确定位图的分辨单元，结构元素模块根据雷达目标特性和位图检测单元的划分不同可选取3×3、5×5、7×7结构。3.根据权利要求2所述的建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，其特征在于：雷达扫描背景位图建立模块接收雷达信号处理检测后送来的目标点迹信息，根据接收到的目标点迹的距离、方位信息计算出它应落入的位图检测单元，同时将该位图检测单元置“1”，该位图是一幅表征雷达目标信息的二值图像，称为雷达扫描背景位图。4.根据权利要求2所述的建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，其特征在于：形态运算模块以雷达扫描背景位图为集合A，结构元素为集合B，利用结构元素集合B对雷达扫描背景位图集合A进行膨胀运算，膨胀的运算结果是将填充雷达扫描背景图像区域内的细小空间，对背景图像进行扩张，形成一张新的雷达扫描背景位图。5.根据权利要求2所述的建立剩余杂波图抑制雷达剩余杂波的方法，其特征在于：形态运算模块形态变换以初始的雷达扫描背景位图为背景集合A，结构元素为集合B进行形态运算，雷达扫描背景位图集合A被结构元素集合B做开运算，记为雷达扫描背景位图集合A腐蚀后的结果再膨胀；雷达扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓霞，钱凯，卢海进，刘晓星，
申请(专利权)人：零八一电子集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51