基于形态学的场面监视雷达信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于形态学的场面监视雷达信号处理方法，包括步骤：S1，获取场面监视雷达视频信号；S2，将雷达视频信号采用B模式显示得到B模式显示图；S3，通过预设算法得到杂波图；S4，对B模式显示图和杂波图进行二值图处理，得到B模式前景图；S5，根据B模式前景图获得B模式二值图像轮廓集合，将所述B模式二值图像轮廓集合通过变换转化为P模式疑似目标集合；S6，根据P模式疑似目标集合得到P模式显示下的目标集合；S7，采用预设数据关联算法对P模式显示下的目标集合进行目标跟踪，得到真实目标的航迹信息。本发明专利技术利用目标检测、目标识别与多目标跟踪的一体化方式，有效地抑制了杂波与虚假目标，降低了虚警率。降低了虚警率。降低了虚警率。

【技术实现步骤摘要】
基于形态学的场面监视雷达信号处理方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理领域，尤其是一种基于形态学的场面监视雷达信号处理方法。

技术介绍

[0002]随着我国机场规模的发展，越来越多的机场开始布局并使用场面监视雷达来辅助空管中心进行机场的调配工作。截至2021年末，我国共有20余座机场安装并使用了机场场面监视雷达，主要分布于我国东南沿海及黑龙江、吉林、云南、新疆等航空交通流量较大的省份。从长远来看，在我国民航局对于国内民航机场监视系统的规划中，机场场面监视雷达是作为机场广播式自动相关监测系统(ADS
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B)的辅助与补充手段，与广播式自动相关监视系统(ADS
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B)、基于应答机的多基站定位系统等其他监测手段相比，机场场面监视雷达具有不需要目标合作、作用距离远、数据率高以及全天时和全天候条件下工作等优点。从20世纪60年代开始，国外开始将场面监视雷达用于机场地面监控。目前国际上生产场面监视雷达(Surface Movement Radar，SMR)的主要厂家有法国的Thales公司、丹麦的Terma公司、西班牙的Indra公司、美国的Selex公司等。以上公司产品的场面监视雷达信号处理系统的售价较高。国内客户对信号处理设备具有较强定制需求，国外设备系统存在响应客户需求变更成本过高的缺点。同时由于采用了传统的雷达信号处理技术参数过多，对技保水平要求较高，不利于设备系统维护。由于国内厂商设备与国外设备存在很多不一致，导致系统的迁移性较弱，致使沟通成本高；另一方面对A
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>SMGCS与集成塔台系统设备生产商来说，将导致该设备的集成，售后维护困难。因此开展机场场面监视雷达信号处理系统自主研发工作，研究制造拥有自主产权、性能优良和工作可靠的场面监视雷达势在必行。
[0003]传统机场场面监视雷达信号处理有以下几个明显弱势：
[0004]1、传统采用一维信号提取方式进行目标检测，通常需要较高的计算速度，通常采用硬件实时实现，这部分通常在FPGA上进行，因此相对于软件无线电架构来说，灵活性较低且成本较高；
[0005]2、传统场面雷达信号处理采用一维恒虚警检测技术进行目标检测，该方法在距离方向上的目标检测能力尚可，但是在结合角度信号集成到二维的目标检测时，在二维耦合下，由于虚警门限设置的原因，容易发生目标漏警；在多目标遮掩情况下，杂波边缘性能也欠佳，且在慢目标的检测过程中，容易产生自遮掩现象，导致目标漏警；
[0006]3、当目标能量和杂波/噪声水平相当(低信杂/噪比)时，检测器可能出现的漏检、虚警等情况，需要通过跟踪在更长的时间尺度内进行处理。这个过程主要依赖于目标帧间的运动相关性、杂波/噪声帧间的不相关性等，例如通过形成航迹假设来解决数据关联的问题；
[0007]4、由于现有场面监视雷达具有较高的距离和角度分辨力，已经能够初步实现通过图像识别技术识别出目标的类型。
[0008]导致上述缺点的原因：
[0009]1、常规的场面监视雷达信号处理多使用一维信号处理技术，从软件无线电的角度难以实现算法升级，对算法的修改需要更多的硬件支持，进而带来更多的成本投入；
[0010]2、很少涉及二维的信号监测与提取，少有从数值图像处理角度去研究信号提取的技术；除了信号的幅度信息，还有二维信号的轮廓信息、分层信息、位深信息尺寸信息等用传统方式难以提取，并且这些信息被丢弃；
[0011]3、场面监视雷达探测出的二维高分辨实孔径图像，传统手段并没有充分使用获得的信息，致使在目标跟踪上数据关联过载，导致目标跟踪丢失。

技术实现思路

[0012]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种基于形态学的场面监视雷达信号处理方法，能够利用目标检测、目标识别与多目标跟踪的一体化方式，有效的抑制了杂波与虚假目标，降低了虚警率。
[0013]本专利技术公开了一种基于形态学的场面监视雷达信号处理方法，包括步骤：
[0014]S1，获取场面监视雷达视频信号；
[0015]S2，将所述雷达视频信号采用B模式显示得到B模式显示图；
[0016]S3，根据B模式显示图并通过滑窗平均得到动态杂波图和离线设置区域杂波图，根据所述动态杂波图和区域杂波图通过预设算法得到杂波图；
[0017]S4，对B模式显示图和杂波图进行二值图处理，得到B模式前景图；
[0018]S5，根据B模式前景图获得B模式二值图像轮廓集合，将所述B模式二值图像轮廓集合通过变换转化为P模式疑似目标集合；
[0019]S6，对P模式疑似目标集合进行处理，得到P模式显示下的目标集合；
[0020]S7，采用预设数据关联算法对P模式显示下目标集合进行目标跟踪，得到真实目标的航迹信息。
[0021]优选地，所述步骤S3具体包括：
[0022]将所述B模式显示图存放于累加池，判断所述累加池中的累积个数是否大于N，若否，对累加池中的B模式显示图进行高斯滤波，进行动态滑窗累积得到动态杂波图；
[0023]基于所述动态杂波图累积K帧图并进行离线设置，得到区域杂波图；
[0024]基于所述动态杂波图、所述区域杂波图取对应单元最大值，得到杂波图。
[0025]优选地，若所述累加池中的累积个数大于N，则删除队列最早元素，更新累加池。
[0026]优选地，所述步骤S6具体包括：
[0027]对于所述P模式疑似目标集合，若目标尺寸满足区间阈值、目标的区域面积满足区间阈值且目标能够通过识别，则判定该目标为疑似目标；存储所有的疑似目标，得到P模式显示下的目标集合。
[0028]优选地，若目标尺寸不满足区间阈值，判定该目标为虚假目标。
[0029]优选地，若目标的区域面积不满足区间阈值，判定该目标为虚假目标。
[0030]优选地，若目标不能够通过识别，判定该目标为虚假目标。
[0031]优选地，所述预设数据关联算法包括GNN数据关联算法。
[0032]本专利技术的有益效果为：
[0033]本专利技术从跟踪与检测基本框架入手，设计了一种场面监视雷达信号处理技术，实
现对场面监视信号的不间断处理，并且对硬件资源要求较低，可以在低性能硬件平台上实现软件无线电的功能，主要包括：
[0034]1、本专利技术能实现利用多帧观测数据进行较长时间的非相参积累，以解决弱目标的探测问题；
[0035]2、本专利技术能实现场面监视雷达信号的目标探测、杂波图累计、跟踪、识别的一体化功能，能够识别跑道上的低分辨率航空器目标，并可以通过目标分类技术，实现目标的识别，初步识别航空器；
[0036]3、本专利技术能够保留全部原始数据，并且计算量和数据存储、传输量开销较低；并且积累过程对目标先验知识的准确性要求较低。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学的场面监视雷达信号处理方法，其特征在于，包括步骤：S1，获取场面监视雷达视频信号；S2，将所述雷达视频信号采用B模式显示得到B模式显示图；S3，根据B模式显示图并通过滑窗平均得到动态杂波图和离线设置区域杂波图，根据所述动态杂波图和区域杂波图通过预设算法得到杂波图；S4，对B模式显示图和杂波图进行二值图处理，得到B模式前景图；S5，根据B模式前景图获得B模式二值图像轮廓集合，将所述B模式二值图像轮廓集合通过变换转化为P模式疑似目标集合；S6，对P模式疑似目标集合进行处理，得到P模式显示下的目标集合；S7，采用预设数据关联算法对P模式显示下目标集合进行目标跟踪，得到真实目标的航迹信息。2.根据权利要求1所述的基于形态学的场面监视雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将所述B模式显示图存放于累加池，判断所述累加池中的累积个数是否大于N，若否，对累加池中的B模式显示图进行高斯滤波，进行动态滑窗累积得到动态杂波图；基于所述动态杂波图累积K帧图并进行离线设置，得到区域杂波图；基于所述动态杂波图、所述区域杂波图取...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟，周炯，王松，侯昌波，夏朝禹，范丽娟，
申请(专利权)人：中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：