一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，所述气象雷达信标检测方法包括：S1：通过气象雷达天线扫描获得多个原始信标的信标参数信息；S2：根据原始信标的第一信标参数信息，对同一信标编码的多个原始信标进行聚类获得聚类信标；S3：根据原始信标的第二信标参数信息，对聚类信标中的原始信标的第一信标参数信息进行加权平均，获得聚类信标的质心。本发明专利技术的基于Kmeans聚类算法的雷达信标检测方法通过采集雷达一个扇面内所有的信标信号，对采集的所有信号在一定方位及距离范围内，根据信号功率对信标目标进行聚类，使检测出的信标结果更加准确，在不改变硬件结构、不新增经费的基础上有效的解决了该问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法
本专利技术属于机载气象雷达探测
，尤其涉及一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法。
技术介绍
信标探测功能作为机载气象雷达常用的辅助功能，主要通过机载气象雷达与地面信标机之间的询问和应答实现，通常能使载机气象雷达在数十公里以外确定地面信标机的相对位置，从而实现物资投放、载机定点飞行以及在海上和其他恶劣环境下的救援等工作。参见图1所示的信标探测示意图及图2所示的信标探测流程，机载气象雷达对信标探测的工作原理为：雷达发射射频询问脉冲信号，由地面信标机接收后，地面信标机发射应答脉冲信号，雷达接收到应答脉冲信号后进行脉冲信号处理，经放大、A/D(模拟/数字)采样、测距、译码等处理后，解算出地面信标机的方位及距离，并将其输出到电子飞行仪表系统(ElectronicFlightInstrumentSystem，EFIS)。然而现有的信标探测技术主要有以下缺点：通常实现满足机载雷达较大的信标探测距离，地面信标机需要拥有较好的应答灵敏度和较强的发射功率，而雷达发射波束的旁瓣易产生部分干扰(图参见3所示的雷达波束图，在雷达波束图中，中间部分为雷达主瓣增益，其余为旁瓣增益，而旁瓣增益中具有较强信号强度的增益则会被误认为是有用信号，如图3中P处增益)。如果到地面达信标机天线的功率密度Pr大于地面信标机的应答灵敏度，地面信标机就可以判别询问信号有效，并发送应答脉冲信标信号，流程参见图4所示。由于旁瓣增益较低，因此仅在较近的探测距离上，气象雷达探测时在一定的探测方位角度上能检测到多个信标目标(其中包含虚假目标)，使得信标检测结果不准确，信标准确度不满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有地面信标机拥有较好的应答灵敏度和较强的发射功率情况下，机载气象雷达发射波术旁瓣易产生干扰，雷达在信标近距离探测时会探测到同一距离、不同方位的多个目标的问题，为此本专利技术提供了一种基于Kmeans聚类算法的雷达信标检测方法，可在一定方位及距离范围内，对探测的多个信标目标进行聚类，并根据信号参数进行平均，从而提高信标检测的正确性，使得载机辅助定位更加准确。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述气象雷达信标检测方法包括：S1：通过气象雷达天线扫描获得多个原始信标的信标参数信息；S2：根据原始信标的第一信标参数信息，对同一信标编码的多个原始信标进行聚类获得聚类信标；S3：根据原始信标的第二信标参数信息，对聚类信标中的原始信标的第一信标参数信息进行加权平均，获得聚类信标的质心。进一步的，所述信标参数信息包括信标距离、信标方位角及信标功率。进一步的，所述第一信标参数信息为距离及信标方位角。进一步的，所述第二信标参数信息为信标功率。进一步的，所述获得聚类信标的过程为：S21：在同一信标编码下，第一个原始信标设为第一类聚类信标，计算第二个原始信标与第一类聚类信标中的每个原始信标之间的距离L，若所述距离L中的最小值小于设定的聚类门限，则第二个原始信标与第一个原始信标聚为同一类，反之则第二个原始信标设为第二类聚类信标；S22：计算第三个原始信标与现有类别的聚类信标中每个原始信标的距离L，若所述距离L中的最小值小于聚类门限，则第三个原始信标与其最近的原始信标聚为同一类，反之则将第三原始信标聚为新的一类；S23：重复步骤S22，直至所有原始信标的聚类完成。进一步的，所述质心包括聚类信标的信标方位角XCm、信标距离YCm、功率PCm，其加权平均计算公式为：其中k＝1,2,…,Km，Km为第m个类别中的信标目标个数。进一步的，所述第一聚类门限小于第二聚类门限。本专利技术的基于Kmeans聚类算法的雷达信标检测方法通过采集雷达一个扇面内所有的信标信号，对采集的所有信号在一定方位及距离范围内，根据信号功率对信标目标进行聚类，使检测出的信标结果更加准确，在不改变硬件结构、不新增经费的基础上有效的解决了该问题。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1为机载气象雷达信标探测示意图；图2为机载气象雷达信标探测流程图；图3为气象雷达波束图；图4为气象雷达波束旁瓣照射产生应答信标示意图；图5为聚类后雷达信标示意图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。本专利技术的本专利技术中，首先接收一个扇面的信标探测信息，一个扇面中一般会具有多个原始信标，经过对原始信标的信号处理及解算后可得到原始信标的参数信息，上述参数信息包括信标距离、信标方位角及信标概率。并将上述的信标参数信息根据信标所具有的不同编码进行存储。之后根据信标参数中的预设的信标距离及信标方位角，对同一信标编码下的多个原始信标进行聚类处理得到聚类信标。最后，根据信标参数中的信标功率，对聚类后的原始信标的信标距离及信标方位角进行计算加权平均，得出每一类目标的质心位置。对于本专利技术中的原始信标聚类过程如下：(1)首先，在同一编码下，置第一个原始信标N1为第一类聚类信标M1，计算第一个原始信标N2与第一个原始信标N1的距离L，若第一个原始信标N1与第一个原始信标N2的距离L满足设置的第一聚类门限(小于设定的距离)，说明第一个原始信标N1与第一个原始信标N2距离较近，那么将第一个原始信标N1与第二原始信标置于相同的聚类信标中，若第一个原始信标N1与第一个原始信标N2的距离L不满足设置的聚类门限(超出设定的距离)，说明第一个原始信标N1与第一个原始信标N2距离较远，那么将第一个原始信标N1与第二原始信标置于不相同的聚类信标中，即将第二原始信标置为第二类聚类信标M2；(2)之后，计算第三个原始信标N3与现有类别的聚类信标中每个原始信标N1～N2的距离L，若为步骤1中仅有一个聚类信标的情况时，若距离L的最小值满足第二聚类门限，则将三个原始信标归为聚为一类，若距离L的最小值不满足情况时，则将第三个信标置为第二类聚类信标；若为步骤1中具有两个聚类信标的情况时，若距离L的最小值满足第二聚类门限，则将三个原始信标N3与其最接近(距离最小)的原始信标归为聚为一类，反之第三个原始信标为第三类聚类信标N3；(3)重复上述步骤，直至所有的原始信标聚类完成。聚类完成后，按照原始信标的功率对同一类的聚类信标进行方位角Xn及距离Yn的加权平均，即可得到聚类后的聚类信标方位角XCm、信标距离YCm和功率PCm，其中加权公式为：其中k＝1,2,…,Km，Km为第m个类别中的信标目标个数。通过上述加权平均及计算后的聚类信标参数，即为显示于EFIS中的信标信息。如图5所示的某雷达扫描结果为例，在此实例中雷达共扫描得到20个原始信标信号(即N＝20)，原始信标信号信标参数如表1所示，20个原始信标均为同一信标编码，若不对齐聚类操作，显示仪器中无法判定信标的准确位置，对于例如空投物资的情况下无法准确进行抛投，因此在本专利技术中对其进行聚类，以提高信标的精确度。在本专利技术中，将用于第二个原始信标和第一个原始信标聚类判定的初始聚类门限设定为大于判定第三原始信标及其之后的原始信标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述气象雷达信标检测方法包括：S1：通过气象雷达天线扫描获得多个原始信标的信标参数信息；S2：根据原始信标的第一信标参数信息，对同一信标编码的多个原始信标进行聚类获得聚类信标；S3：根据原始信标的第二信标参数信息，对聚类信标中的原始信标的第一信标参数信息进行加权平均，获得聚类信标的质心。

【技术特征摘要】
1.一种基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述气象雷达信标检测方法包括：S1：通过气象雷达天线扫描获得多个原始信标的信标参数信息；S2：根据原始信标的第一信标参数信息，对同一信标编码的多个原始信标进行聚类获得聚类信标；S3：根据原始信标的第二信标参数信息，对聚类信标中的原始信标的第一信标参数信息进行加权平均，获得聚类信标的质心。2.根据权利要求1基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述信标参数信息包括信标距离、信标方位角及信标功率。3.根据权利要求2基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述第一信标参数信息为距离及信标方位角。4.根据权利要求2基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述第二信标参数信息为信标功率。5.根据权利要求3或4所述的基于Kmeans聚类算法的气象雷达信标检测方法，其特征在于，所述获得聚类信标的过程为：S21：...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，魏琦，林涛峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32