一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法技术

一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，包括ARM控制器（1）、FPGA处理器（2）、雷达中频信号放大器（3）、水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）、雷达天线（6）、主机（7）、显示器（8）、键盘（9）和工业主板（10）。本发明专利技术通过雷达天线的二维扫描，可以大大减少杂波对雷达目标的影响，并且通过三维建模的显示模式，可以更加直观的体现目标的真实形态。同时通过ARM控制器和 FPGA处理信号之间的同步，可实现高效的三维坐标同步和转换。

A 3D modeling method for target echo of marine navigation radar

The use of 3D modeling method of navigation radar echo of a ship, including ARM controller (1), FPGA processor (2), radar intermediate frequency signal amplifier (3), the level of the servo motor (4), a vertical servo motor (5), radar antenna (6), the host (7), (8), display the keyboard (9) and industrial motherboard (10). Through two-dimensional scanning of radar antenna, the invention can greatly reduce the influence of clutter on radar target, and can display the real form of target more directly through three-dimensional display mode. At the same time through the ARM controller and FPGA synchronization signal processing between the 3D coordinates can achieve efficient synchronization and conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法
本专利技术涉及导航雷达图像处理
，尤其是一种船用导航雷达设备中的图像处理技术，属于船用电子研发

技术介绍
传统船用导航雷达是基于水平极化的裂缝脉冲式收发机，视频信号经过杂波抑制、信号增强等处理后，再由极坐标向直角坐标进行转换，最后以强度点的方式显示在屏幕上。由于导航雷达信号为非相参信号，没有相位信息，对海浪、雨雪等各类杂波抑制效果较差。多年以来，各研究院所和厂家做了很多努力，但无法在根本上解决目标清晰度的问题。另一方面，传统导航雷达仅能反映目标的大小和回波强度，而不能反映物体的实际形状，不能客观实际地反映雷达获取的目标信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过船用导航雷达目标回波的三维建模方法，根本的改变船用导航雷达的图像处理模式。具体的来说是一种通过调整船用导航雷达的扫描垂直角度，配合雷达信号图像的帧累积方式，最终以三维模型的形式显示在屏幕上的一种导航雷达图像处理方法。本专利技术的技术方案是：一种船载导航雷达目标的3D建模方法，包括ARM控制器、FPGA处理器、雷达中频信号放大器、水平伺服电机、垂直伺服电机、雷达天线、主机、显示器、键盘和工业主板。所述的ARM控制器通过无刷电机控制板与水平伺服电机、垂直伺服电机相连，通过I2C总线利用同轴电缆与雷达中频信号放大器相连，通过RS485串口与FPGA处理器相连。所述的FPGA处理器通过PC104接口连接到工业主板上。所述的工业主板通过VGA接口与显示器相连，通过USB接口与控制键盘相连。所述的ARM控制器的工作步骤如下：步骤a：等待主机的发射命令；步骤b：根据发射指令，开启雷达发射；步骤c：校准雷达天线的起始扫描位置，并向主机反馈同步信号；步骤d：依照主机的扫描速度指令，完成一次水平方向的扫描，并向主机发送同步信号；步骤e：调整雷达天线的垂直位置，重复水平方向扫描，并向主机发送同步信号；步骤f：重复步骤e，直至雷达天线的终端位置，并向主机反馈同步信号。所述的FPGA处理器的工作步骤如下：步骤a：根据用户的指令，向ARM控制器发送雷达发射指令；步骤b：根据ARM控制器反馈的同步信号，初始化三维数据库指针；步骤c：告诉采集雷达信号，并进行简单的杂波抑制处理；步骤d：坐标转换后，存入相应的数据库记录中；步骤e：获得终端位置的同步信号后，将数据库中的目标信息进行三维建模；步骤f：将三维模型投影在显示内存中，实现图像显示。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过雷达天线的二维扫描，可以大大减少杂波对雷达目标的影响。本专利技术通过三维模型的显示模式，可以更加直观的体现目标的客观形态。本专利技术通过ARM控制器和FPGA处理信号之间的同步，可实现高效的三维坐标同步和转换。附图说明图1是本专利技术的系统架构图；图2是本专利技术中的ARM控制器的工作流程图；图3是本专利技术中的FPGA处理器的工作流程图；其中图1：1—ARM控制器；2—FPGA处理器；3—雷达中频信号放大器；4—水平伺服电机；5—垂直伺服电机；6—雷达天线；7—主机；8—显示器；9—控制键盘；10—工业主板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述：如图1所示：本专利技术是通过基于ARM控制器（1）与嵌入式Linux系统来控制雷达天线的转动同步，根据雷达天线二维空间中的目标扫描，将雷达微波信号同步中频放大后，传输到工业主板（10）上的FPGA处理器（2）中。FPGA处理器（2）将目标信息和ARM控制器（1）提供的位置信息，在三维数据库中作匹配，并进行存储。当完成一圈扫描后，FPGA将三维数据库中的目标信息，通过三维坐标转换，投影在屏幕显存中，完成雷达目标的三维显示。图1中ARM控制器是基于嵌入式Linux系统实现的雷达天线控制器，图1中将雷达天线的水平伺服电机（4）和垂直伺服电机（5），通过无刷电机控制板连接到ARM控制器（1）上。同时将雷达中频信号放大器（3）也通过I2C总线连接到ARM控制器（1）上。图2描述的是ARM控制器（1）的详细工作流程：当ARM控制器（1）受到来自主机（7）的雷达发射指令，ARM控制器（1）首先检查水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）和雷达中频信号放大器（3）是否工作正常：如果工作不正常，ARM控制器（1）发送错误报告给主机（7）；如果工作状态正常，ARM控制器（1）控制水平天线伺服电机（4），水平旋转雷达天线（6），同时将方位同步信息发送至主机（7）。当完成一圈水平旋转后，ARM控制器（1）控制垂直伺服电机（5）进行垂直方向上的调整，同时将垂直同步信息发送至主机（7）。循环以上两步，直到雷达天线（6）扫描抵达终端位置，完成一次扫描。图3描述的是FPGA处理器（2）的详细工作流程：FPAG处理器（2）通过PC104接口连接到工业主板（10）上，同时通过RS485串口连接ARM控制器（1）进行数据通信，通过同轴电缆连接雷达中频放大器（3）获取雷达视频信号。工业主板（10）通过VGA接口连接显示器（8），通过USB接口连接控制键盘（9）。FPGA处理器（2）等待用户通过主板（10）发送发射指令。获取发射指令后，FPGA处理器（2）进行初始化，同时将指令通过串口发送至ARM控制器（1）。等待ARM控制器（1）反馈收发机状态：如果反馈出错信息，FPGA处理器（2）将错误信息通过主机（1）显示；如果成功发射雷达，FPGA处理器（2）等待ARM控制器（1）的同步信息。根据ARM控制器（1）的同步信息，FPGA处理器（2）对雷达图像信号进行采集、坐标转换，并根据位置信息存入三维数据库。当完成完整的一次数据采集后，FPGA处理器（2）将3D数据库中的雷达目标数据进行三维建模，然后将建模投影在显示内存上，完成雷达目标的三维显示。至此，整个专利技术过程结束。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，包括 ARM 控制器（1）、FPGA 处理器（2）、雷达中频信号放大器（3）、水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）、雷达天线（6）、主机（7）、显示器（8）、键盘（9）和工业主板（10）。

【技术特征摘要】
1.一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，包括ARM控制器（1）、FPGA处理器（2）、雷达中频信号放大器（3）、水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）、雷达天线（6）、主机（7）、显示器（8）、键盘（9）和工业主板（10）。2.根据权利要求1所述的一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，其特征在于所述的ARM控制器（1）通过无刷电机控制板与水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）相连，通过I2C总线利用同轴电缆与雷达中频信号放大器（3）相连，通过RS485串口与FPGA处理器（2）相连。3.根据权利要求1、权利要求2所述的一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，其特征在于所述的FPGA处理器（2）通过PC104接口连接到工业主板（10）上。4.根据权利要求1、权利要求3所述的一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，其特征在于所述的工业主板（10）通过VGA接口与显示器（8）相连，通过USB接口与控制键盘（9）相连。5.根据权利要求1、权利要求2所述的一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大宁，
申请(专利权)人：南京智慧魔方电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32