建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，旨在提供一種能夠有效彌合圖像裂縫抑制雷達剩余雜波的方法。本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)：根據(jù)雷達探測距離、空域覆蓋范圍、距離分辨率、角度分辨率設定位圖分辨單元；依據(jù)接收雷達信號處理送來的目標點跡信息(簡稱雷達點跡)建立雷達掃描背景位圖；然后根據(jù)位圖分辨單元的劃分不同來選取結(jié)構(gòu)元素，利用結(jié)構(gòu)元素對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換運算，進行先膨脹后腐蝕的閉合運算，得到剩余雜波圖像輪廓，構(gòu)成了一幅新的雷達掃描背景位圖，再根據(jù)雷達天線的掃描圈數(shù)對位圖不斷的迭代更新，形成穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊判斷后，輸出具有雜波標志的雷達目標點跡。
【專利說明】
建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種以數(shù)學形態(tài)學濾波為基礎，建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的 方法。
【背景技術】
[0002] 通常，在雷達的工作過程中，雷達收到的回波信號并不僅僅是單純的目標回波，它 還包括:海雜波、地雜波、氣象雜波、大氣噪聲、接收機噪聲、自然噪聲等，通常雷達采集到的 航海雷達回波信號除了大量的海雜波信號以外，還存在著大量的噪聲，會受到較強的氣象 雜波干擾，正常得到的無目標的海浪圖像不是海雜波圖像，是含有噪聲的海雜波圖像。此 外，不可避免會受到來自外界的干擾和各種電子干擾的影響。因此，如何從回波中提取出有 用的目標信號，有效抑制雜波(包括地雜波和海雜波)是一項關鍵技術。在有目標的雷達視 頻海浪回波信號中，包括了目標回波信號、海雜波信號和噪聲信號，而無目標的雷達視頻回 波信號只有海雜波信號和噪聲信號。當雷達波束照射海面時，海浪也能反射電波，使顯示器 熒光屏上出現(xiàn)雜亂脈沖或不均勻閃爍斑點，時隱時現(xiàn)，且位置不固定，這種看起來類似噪聲 的后向散射回波被稱為海雜波。簡單來說，海雜波就是來自于被雷達發(fā)射信號照射的一片 海面的后向散射回波。航海雷達檢測海面上的或者接近海面上空的目標物體時，需要克服 海面本身的海雜波，但由于海雜波具有變化多端和對目標物體的回波強度干擾大的缺點， 故在很多情況下，限制了航海雷達的探測能力，以說對于海雜波的抑制成為航海雷達必須 解決的一個重要問題。如何精確將淹沒于強海雜波背景中的目標信息提取出來是海雜波抑 制技術的關鍵。 剩余雜波圖技術是雷達信號處理中常用的一種檢測技術。剩余雜波圖在雷達中的應用 基本分兩種:等扇區(qū)雜波圖和等面積雜波圖。在雷達中，綜合考慮兩種雜波圖的優(yōu)劣，采用 近區(qū)等面積、遠區(qū)等扇區(qū)的劃分方法。這種方法實際驗證效果較佳。非均勻非平穩(wěn)的雜波抑 制歷來是雷達的一個難點?，F(xiàn)代雷達常用的雜波抑制技術主要有在天線、發(fā)射機和接收機 采用的低副瓣天線、頻率捷變等技術，在信號處理采用的脈沖壓縮、動目標顯示/動目標檢 測MTI/MTD、恒虛警CFAR、動態(tài)雜波圖檢測、旁瓣相消、旁瓣匿隱等技術，在雷達數(shù)據(jù)處理采 用的過域判斷、回波寬度判斷、幅度判斷、多普勒速度判斷等技術。綜合來看，上述這些技術 對于雜波的抑制是有效果的，但在現(xiàn)行基于門限的雷達目標檢測體制下，為了盡可能的確 保目標被檢測并輸出，仍然無法避免會有雜波剩余，包括各種干擾點跡，在此統(tǒng)稱為雜波剩 余，也會一并輸出。而雜波剩余也將直接影響雷達數(shù)據(jù)處理的點跡關聯(lián)、濾波與建航處理， 導致雷達工作性能下降。具體表征為生成多批虛假目標航跡，干擾真實目標的正常建航，降 低航跡精度，同時終端界面上積聚大量無效點，影響畫面質(zhì)量。由此可見，為了進一步改善 雷達的雜波抑制能力，仍需從各個環(huán)節(jié)著手深入挖掘潛能。
[0003] 目前抑制海雜波的方法大多都是從信號處理角度提出的，但由于海雜波信號具有 很強的相關性，例如海尖峰效應，這種相關性導致了從信號處理角度無法完全抑制海雜波。 海雜波信號具有很強的相關性，特別是體現(xiàn)在海尖峰效應當中，這種相關性造成了常規(guī)的 基于海雜波功率譜的頻域濾波方法對海雜波的抑制效果不理想。在國內(nèi)外抑制海雜波的方 法中，傳統(tǒng)的方法有動目標檢測(STD)抑制方法和時頻分析方法。時頻分析方法主要是應用 時頻分析濾波技術和小波分析濾波技術濾除海雜波信號。新出現(xiàn)的方法有通過線性預測濾 波器或基于奇異值分解的Hankd降秩方法1，此方法通過估測海雜波信號，進而實現(xiàn)海雜波 對消，還有利用正交加權(quán)的自適應空域濾波(SAP)抑制海雜波的方法和空時自適應處理抑 制海雜波的方法均取得了一定的效果。但總體來說，這些方法只能降低目標識別過程對海 雜波的敏感度，根治不了海雜波信號相關性(如海尖峰效應)造成的影響，無法有效對強海 雜波背景下的小目標物體進行檢測，也就是說，從信號處理角度提出的抑制海雜波的技術 是無法完全消除海雜波對目標檢測過程造成的負面影響。為了避免從信號處理角度提出的 抑制海雜波方法中出現(xiàn)的問題和提高海雜波背景上目標檢測技術的效率，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn) 了一些從圖像處理角度提出的抑制海雜波的方法，但仍處于試驗研究階段。從圖像處理的 角度來抑制海雜波的方法是利用圖像復原技術對由航海雷達得到的海浪圖像進行圖像復 原，去除海浪圖像中的噪聲，得到海雜波圖像，之后利用圖像分割技術判斷海雜波圖像中是 否含有目標，如果有目標存在，將其分離出來。圖像復原部分提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡和數(shù)學形 態(tài)學的圖像復原技術，繼承了神經(jīng)網(wǎng)絡的擬合性質(zhì)和收斂性質(zhì)，應用一種形態(tài)學變形蟲結(jié) 構(gòu)元素克服傳統(tǒng)濾波方法的缺點。通常這類方法被分為海浪圖像去噪(海浪圖像去除噪聲 之后，就變成了海雜波圖像)和海雜波圖像目標檢測兩個方面進行研究，還沒有統(tǒng)一的設計 方法。現(xiàn)有的海浪圖像去噪方法大多都是用空域濾波的方法，這些方法能夠有效地平滑海 浪圖像中的噪聲，但同時也造成了圖像邊緣信息的損失。現(xiàn)有的對海雜波圖像目標檢測的 方法大多是針對海雜波圖像的統(tǒng)計特征或海雜波圖像整體的結(jié)構(gòu)特征，而沒關注圖像局部 區(qū)域的細節(jié)特征，所以對海雜波圖像中的大型目標或相對背景較為明亮的目標的識別效果 較好，而對于小目標或與背景相比不是很明顯的目標來說，識別效果還不是很好。綜上所 述，從信號處理角度抑制海雜波的方法面臨著海雜波信號的強相關性問題，無法達到非常 滿意的效果，而近年發(fā)展起來從圖像處理角度抑制海雜波的方法避免了這個問題，并為海 雜波抑制的研究和發(fā)展注入了新的活力，但還存在需要改進的空間、缺少完整的理論和統(tǒng) 一的設計方法。
[0004] 由于雷達俯仰面波束的時序掃描而產(chǎn)生低波位的強地物回波處理剩余，作為地物 雜波在高波位時跨周期出現(xiàn)，影響雷達系統(tǒng)正常的檢測與顯示。在三坐標情報雷達體系中， 由于其工作體制與傳統(tǒng)的兩坐標情報雷達有明顯地不同，無法采用完全相同的處理方式抑 制雜波，以取得相同的預期效果，同時由于三坐標情報雷達覆蓋空域掃描范圍的要求，對雷 達時間分配的限制，導致其不能采用兩坐標雷達相似的滑窗處理體制，無法得到相同的雜 波抑制比。又由于體制上的限制，無法采用確認波束來驗證目標特征，提高目標檢測概率。 因此三坐標情報雷達面臨的雜波環(huán)境遠比兩坐標更為惡劣。波段雷達對消后通常有較多的 氣象雜波剩余，畫面不干凈，計算機在目標自動跟蹤時會產(chǎn)生錯誤的航跡。
[0005] 除前述幾種措施外，數(shù)據(jù)域剩余雜波圖也是一種常用的措施。雜波圖技術就是將 雷達周圍的二維平面分成許多方位距離單元，把方位距離單元的接收信號存入一個存儲器 中，每個存儲單元對應一個方位距離單元，并且隨著天線的掃描，每個單元存儲的信號進行 遞推更新。傳統(tǒng)上，建立雷達剩余雜波圖的方法是針對檢測單元以往多次掃描的回波進行 迭代來獲得強度的估計，它利用的是雷達雜波環(huán)境時域的相對平穩(wěn)性對檢測單元進行幅度 門限檢測，但是針對雷達的非高斯、非平穩(wěn)的雜波環(huán)境而言，它的雜波抑制能力會降低甚至 惡化，傳統(tǒng)的圖像去噪方式(如線性低通濾波等），在去除噪聲污染的同時會造成圖像邊緣 的模糊，不能很好地保持輪廓信息。因此，需要尋求新的方法來對雜波干擾點進行有效的抑 制。
[0006] 隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，大容量存儲器的廣泛使用，雷達天線掃描間積 累已變得易于實現(xiàn)，這為數(shù)據(jù)處理采用掃描間積累方法，建立剩余雜波圖來抑制雜波剩余 創(chuàng)造了條件。
[0007] 數(shù)學形態(tài)學的圖像處理是應用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去量度和提取圖像中的 對應形狀，以達到對圖像分析和識別的目的。數(shù)學形態(tài)學由一組以膨脹、腐蝕為基礎形態(tài)學 代數(shù)算子組成的。腐蝕可以通過將輸入圖像平移_b(b屬于結(jié)構(gòu)元素），并計算所有平移的交 集而得到。膨脹是腐蝕的對偶運算，可以通過對補集的腐蝕來定義。膨脹可通過相對結(jié)構(gòu)元 素的所有點平移輸入圖像，然后計算其并集得到。在處理圖像時可以根據(jù)需要，由這兩種運 算組成各種復雜的運算，如先腐蝕再膨脹組成開運算，先膨脹再腐蝕組成閉運算;也可以由 開運算、閉運算以及原圖組成各種復雜的運算，通過組合這些算子可以實現(xiàn)對圖像形狀、結(jié) 構(gòu)的分析和處理。數(shù)學形態(tài)學對信號的處理具有直觀上的簡單性和數(shù)學上的嚴謹性，在描 述信號形態(tài)特征上具有獨特的優(yōu)勢。數(shù)學形態(tài)學是研究數(shù)字影像形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與快速并行 處理方法的理論，是通過對目標影像的形態(tài)變換實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析和特征提取的目的。目前國 內(nèi)許多有效的圖像處理系統(tǒng)有的是基于數(shù)學形態(tài)學方法原理設計的，有的是把數(shù)學形態(tài)學 算法納入其基本軟件，并以其運算速度作為系統(tǒng)性能的重要標志之一。數(shù)學形態(tài)學以圖像 的形態(tài)特征為研究對象，它的主要內(nèi)容是設計一整套概念、變換和算法，用來描述圖像的基 本特征和基本結(jié)構(gòu)，也就是描述圖像中元素與元素、部分與部分間的關系。數(shù)學形態(tài)學做為 一種用于數(shù)字圖像處理和識別的新理論和新方法，它的理論雖然很復雜，被稱為驚人數(shù)學， 但它的基本思想?yún)s是簡單而完美的。數(shù)學形態(tài)學算子的性能主要以幾何方式進行刻畫，傳 統(tǒng)的理論卻以解析方式的形式描述算子的性能，而幾何描述特點似乎更適合視覺信息的處 理和分析。數(shù)學形態(tài)學摒棄了傳統(tǒng)的數(shù)學建模的觀點，它作為一種有效的圖像處理的非線 性方法和理論應用于圖像處理和模式識別領域，它建立在集論基礎之上，基本思想是用一 定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量和提取圖像中對應形狀以達到對圖像分析和識別的目的，是分析 幾何形狀和結(jié)構(gòu)的一種數(shù)學方法，現(xiàn)已成為計算機數(shù)字圖像處理的一個重要研究領域，可 以用來解決噪聲抑制、特征提取、邊緣檢測、圖像分割、形狀識別、紋理分析、圖像恢復與重 建、圖像壓縮等圖像處理問題。
[0008] 數(shù)學形態(tài)學是針對集合的處理過程，其形態(tài)算子的實質(zhì)是表達物體或形狀的集合 與結(jié)構(gòu)元素間的相互作用，結(jié)構(gòu)元素的形狀就決定了這種運算所提取信號的形狀信息，圖 像處理是在圖像中移動一個結(jié)構(gòu)元素，然后將結(jié)構(gòu)元素與下面所建立的二值圖像進行交、 并等集合處理，本發(fā)明正是利用這種圖像處理方式，建立雷達剩余雜波圖。本發(fā)明利用數(shù)學 形態(tài)學理論來建立雷達剩余雜波圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種采用形態(tài)學運算，計算 簡單，運算速度高，實時性強、能夠有效彌合圖像裂縫，抑制雜波的產(chǎn)生，建立剩余雜波圖抑 制雷達剩余雜波的方法。
[0010]本發(fā)明可以通過下述技術方案予以實現(xiàn):一種建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波 的方法，具有如下技術特征:根據(jù)雷達探測距離和空域覆蓋范圍，以及距離和角度分辨率， 設定位圖分辨單元;依據(jù)接收雷達信號處理送來的目標點跡信息，建立表征雷達目標信息 二值圖像的雷達掃描背景位圖；然后根據(jù)雷達目標特性和位圖分辨單元的劃分不同來選取 結(jié)構(gòu)元素，采用不同的結(jié)構(gòu)元素對圖像細節(jié)進行匹配，提取精細的圖像邊緣，利用結(jié)構(gòu)元素 對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換運算和數(shù)學形態(tài)學算子的對不規(guī)則直線的提取，形態(tài)運 算后以雷達點跡構(gòu)成的雷達位圖進行先膨脹后腐蝕的閉合運算，形成一幅新的雷達背景位 圖，再根據(jù)雷達天線的不同的掃描圈數(shù)對位圖不斷的迭代更新，建立穩(wěn)定的雷達剩余雜波 圖，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊判斷后，輸出具有雜波標志的雷達目標點跡。
[0011] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果： 采用形態(tài)學運算，運算速度快。本發(fā)明基于數(shù)學形態(tài)學的圖像處理理論，采用二值圖 像，可以快速獲得雷達掃描背景位圖，位圖分辨單元可以通過雷達極坐標系，或者笛卡兒坐 標系建立，定義靈活。同時利用結(jié)構(gòu)元素對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換運算，通過多結(jié) 構(gòu)元素形態(tài)濾波能在濾除噪聲的同時，很好的保護圖像信息。結(jié)構(gòu)元素刪除經(jīng)過其方向上 的噪聲圖斑時，接連幾次膨脹后，利用相同的結(jié)構(gòu)元素加上相同次數(shù)的腐蝕得到期望的效 果。經(jīng)過方向濾波處理后，可以看出只剩下少數(shù)較大的斷開現(xiàn)象孤立圖斑，再次使用形態(tài)學 運算進行后期濾波處理，使用3X3正方形結(jié)構(gòu)元素、5X5的水平和垂直方向的結(jié)構(gòu)元素和 十字形結(jié)構(gòu)元素進行多次膨脹和腐蝕運算，直到孤立的點被有效去除為止。形態(tài)運算后以 雷達點跡構(gòu)成的雷達位圖進行先膨脹后腐蝕的閉合運算，計算簡單，運算速度快。仿真試驗 都證明了算法的有效性。此算法優(yōu)于一般的算法，夠很好地去除噪聲，所處理的圖像細節(jié)損 失少，邊緣細節(jié)損失小，光滑效果好，邊緣清晰、連續(xù)，并且算法易于編程實現(xiàn)。
[0012] 計算簡單。本發(fā)明在閉處理前后圖像的處理中僅對粗定位出來的條形區(qū)域進行形 態(tài)學變換，這樣一方面可以節(jié)約大量運算時間（相對于處理整幅圖像），另一方面可以只備 份這個小的區(qū)域節(jié)約內(nèi)存，使算法簡潔。實驗結(jié)果證明，這種定位算法準確度高，運算量小， 更容易滿足雷達識別的實時性要求 實時性強。本發(fā)明針對雷達剩余雜波圖應用數(shù)學形態(tài)學方法實現(xiàn)了圖像提取。在使用 單一結(jié)構(gòu)元素去噪和填充空洞基礎上，運用多結(jié)構(gòu)元素進行方向濾波，較好的將圖像目標 提取出來，保持圖像的特定細節(jié)和幾何特征。依據(jù)接收雷達信號處理送來的目標點跡信息， 建立表征雷達目標信息二值圖像的雷達掃描背景位圖具有較強的實時性。將提取到的圖像 與原始圖像進行對比分析，提取結(jié)果與圖像實際分布相吻合。具有相當好的實時處理能力。
[0013] 能夠有效彌合圖像裂縫。本發(fā)明基于數(shù)學形態(tài)學建立的雷達剩余雜波圖，采用了 靈活的結(jié)構(gòu)元素，使得剩余雜波圖可以根據(jù)雷達特性和點跡特征不同進行合理的形態(tài)變 換。根據(jù)雷達探測的目標特征和位圖分辨單元的劃分不同來選取結(jié)構(gòu)元素，根據(jù)圖像的特 征，采用不同的結(jié)構(gòu)元素對圖像細節(jié)進行匹配，既能提取精細的圖像邊緣，又能很好的抑制 噪聲提取精細的圖像邊緣。應用形態(tài)學處理開閉運算去噪，通過形態(tài)學中先膨脹、后腐蝕的 閉合運算能夠有效彌合了圖像的裂縫。采用的開運算可以去除比結(jié)構(gòu)元素更小的明亮細 節(jié)，平滑圖像的輪廓，削弱狹窄的部分，去掉細的突出。閉運算與開運算相反，它一般融合窄 的缺口去掉小洞，填補輪廓上的縫隙。也能平滑圖像的輪廓，可以去除比結(jié)構(gòu)元素更小的暗 色細節(jié)，對于連續(xù)狹窄的區(qū)域、填充小的縫隙或者孔隙，通過將二者組合在一起可以用來平 滑圖像并去除或減弱亮區(qū)和暗區(qū)的各類噪聲，改善圖像的質(zhì)量，而總的位置和形狀不變。新 型的形態(tài)學變形結(jié)構(gòu)元素克服了傳統(tǒng)濾波方法的缺點，在保持圖像邊緣信息的前提下，有 效地平滑了圖像中的噪聲。
[0014] 抑制雜波的產(chǎn)生。本發(fā)明根據(jù)雷達天線的不同的掃描圈數(shù)對位圖不斷的迭代更 新，建立雷達剩余雜波圖，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊雜波標判斷，利用圖像分割技術判斷 雜波圖像中是否含有目標，如果有目標存在，將其分離出來，可過濾出大量的雜波點，對雜 波的抑制率大于60%，目標過濾出雜波點抑制了雜波的進一步產(chǎn)生，達到抑制雜波剩余，改 善畫面的效果。本本發(fā)明文應用IPIX航海雷達采集的無目標和有目標的兩組海浪圖像數(shù)據(jù) 進行仿真實驗，并對實驗的結(jié)果做了細致的比較和分析，仿真實驗證明本發(fā)明方法能夠有 效抑制海雜波。在某雷達的終端畫面可以看出加上該雷達剩余雜波圖的效果如圖9所示。從 仿真實驗表明，基于數(shù)學形態(tài)學的雷達剩余雜波圖建立，能有效抑制剩余雜波，優(yōu)化航跡精 度，減少虛假航跡的產(chǎn)生，在雷達數(shù)據(jù)處理可以起到很好的作用。
[0015] 本發(fā)明采用形態(tài)學運算，計算簡單，運算速度高，實時性強、適應于不同體制的雷 達，通用性強。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波方法的流程圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明雷達掃描背景位圖位圖分辨單元劃分示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元素示意圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明的位圖膨脹運算示意圖。
[0020] 圖5是本發(fā)明的位圖腐蝕運算示意圖。
[0021] 圖6是本發(fā)明的位圖閉合運算示意圖。
[0022]圖7是本發(fā)明的全量程雷達剩余雜波圖三維示意圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的某區(qū)域的剩余雜波圖三維示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明的剩余雜波圖建立前后雷達數(shù)據(jù)處理效果圖。
【具體實施方式】
[0025]參閱圖1。根據(jù)本發(fā)明，一種建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，具有如下 技術特征：根據(jù)雷達探測距離和空域覆蓋范圍，以及距離和角度分辨率，設定位圖分辨單 元;依據(jù)接收雷達信號處理送來的目標點跡信息，建立表征雷達目標信息二值圖像的雷達 掃描背景位圖；然后根據(jù)雷達的雷達目標特性技術特征和位圖分辨單元的劃分不同來選取 結(jié)構(gòu)元素，采用不同的結(jié)構(gòu)元素對圖像細節(jié)進行匹配，提取精細的圖像邊緣，利用結(jié)構(gòu)元素 對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換運算和數(shù)學形態(tài)學算子的對不規(guī)則直線的提取，形態(tài)運 算后以雷達點跡構(gòu)成的雷達位圖進行先膨脹后腐蝕的閉合運算，形成一幅新的雷達背景位 圖，再根據(jù)雷達天線的不同的掃描圈數(shù)對位圖不斷的迭代更新，建立穩(wěn)定的雷達剩余雜波 圖，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊判斷后，輸出具有雜波標志的雷達目標點跡。
[0026]在建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波方法的建立流程中，基于數(shù)學形態(tài)學的雷達 剩余雜波圖建立，主要包括如下幾個單元模塊:位圖分辨單元設定模塊、雷達掃描背景位圖 建立模塊、結(jié)構(gòu)元素形狀選取模塊、形態(tài)運算模塊和剩余雜波圖建立模塊，其中，位圖分辨 單元設定模塊模塊根據(jù)雷達探測距離和空域覆蓋范圍，以及距離和角度分辨率，確定位圖 的分辨單元，結(jié)構(gòu)元素模塊根據(jù)雷達特性和位圖檢測單元的劃分不同可選取3X3、5X5、7 X7結(jié)構(gòu)。
[0027]雷達掃描背景位圖建立模塊接收雷達信號處理送來的目標點跡信息，建立背景位 圖，該位圖是一幅表征雷達目標信息的二值圖像。當雷達信號處理檢測后的目標點跡傳輸 到雷達數(shù)據(jù)處理后，雷達數(shù)據(jù)處理模塊首先根據(jù)點跡信息，進行雜波檢測單元劃分，并建立 一幅二值圖像雷達掃描位圖。
[0028] 由于閉運算可以去除圖像內(nèi)部的小洞，融合窄的缺口，所以在精定位過程中可以 結(jié)合膨脹運算使用閉運算以便使字符區(qū)域盡量融合在一起便于下一步的投影定位。利用結(jié) 構(gòu)元素對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換。
[0029] 形態(tài)運算模塊以雷達掃描背景位圖為背景集合A，結(jié)構(gòu)元素為集合B，利用結(jié)構(gòu)元 素集合B對雷達掃描背景位圖集合A進行膨脹運算，膨脹的運算結(jié)果是將填充雷達掃描背景 圖像區(qū)域內(nèi)的細小空間，對背景圖像進行擴張，形成一張新的雷達掃描背景位圖。形態(tài)運算 模塊形態(tài)變換以初始二值圖像為背景集合A，結(jié)構(gòu)元素為集合B進行形態(tài)運算，雷達掃描背 景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素集合B做開運算記為雷達掃描背景位圖集合A腐蝕后的結(jié)果再膨 脹;雷達掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素集合B做閉運算記為雷達掃描背景位圖集合A膨脹 后再被結(jié)構(gòu)元素集合B腐蝕，形態(tài)運算后以雷達點跡構(gòu)成的雷達位圖進行先膨脹后腐蝕的 閉合運算。
[0030]剩余雜波圖建立模塊對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)閉合運算，雷達掃描背景位圖 是根據(jù)雷達信號處理送到雷達數(shù)據(jù)處理的目標點跡信息形成的一幅二值圖像，用選取的結(jié) 構(gòu)元素對該雷達掃描背景位圖進行形態(tài)閉合運算，即進行先膨脹后腐蝕運算，形成一幅新 的雷達背景掃描位圖，再根據(jù)雷達天線多次掃描，目標點跡不斷更新，雷達掃描背景位圖也 同時不斷迭代更新，進行N次更新后，最終形成一幅穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖，雷達點跡經(jīng)過 雜波標識模塊判斷后輸出。
[0031]參閱圖2、圖3。雷達掃描背景位圖的建立，從原理上講位圖分辨單元劃分越小，則 可形成精細、高分辨率的雷達掃描位圖，二值圖像存儲效率高，能有效地表達圖像特征，在 實際中有著廣泛的應用。由于雷達剩余雜波圖主要是針對區(qū)域性密集分布的雜波，在建立 剩余雜波圖時，首先將雷達測量空域在方位、距離上，把雷達測量坐標(R、9)按單元劃分，映 射成雷達掃描背景位圖格式，而位圖格式采用二值圖像表征。雜波檢測單元大?。处?θ、Δ R)的選取，需要根據(jù)雜波圖的用途而有所不同，在二值圖像中，以圖像中的每一個像素為一 個雜波檢測單元，雜波檢測單元采用元素"〇"和"Γ對雜波檢測單元進行填寫，建立如下所 示剩余雜波圖單元表1，其中"〇"表示背景像素，"Γ表示雜波像素。以雷達中心為圓心，以雷 達作用距離為半徑，按雷達波束寬度劃分角度檢測單元Α Θ，按雷達距離分辨率劃分距離檢 測單元AR，劃分成若干位圖分辨單元，每一位圖分辨單元稱為一個表征了雜波的雜波檢測 單元。
[0032]剩余雜波圖單元表1
結(jié)構(gòu)元素是數(shù)學形態(tài)學中形態(tài)變換的最基本、最重要的概念，在形態(tài)變換中起著不可 缺少的重要作用，結(jié)構(gòu)元素沒有固定的形狀、大小，它是在設計形態(tài)變換算法的同時，根據(jù) 目標圖像和所需信息的形狀特征設計出來的。對不同的目標圖像，需要設計不同的結(jié)構(gòu)元 素和處理算法，結(jié)構(gòu)元素選擇的適當與否，直接影響到剩余雜波圖的建立效果。為了既能提 取精細的圖像邊緣，又能很好的抑制噪聲，根據(jù)圖像的特征，采用不同的結(jié)構(gòu)元素對圖像細 節(jié)進行匹配，在實施例中，結(jié)構(gòu)元素按圖3所示的形狀選取，選取像素為3 X 3的結(jié)構(gòu)元素。由 于處理的雷達掃描背景位圖的圖像為二值圖像，因此，結(jié)構(gòu)元素也采用二值圖像。
[0033]參閱圖4、5、6。數(shù)學形態(tài)運算能把尺寸比結(jié)構(gòu)元素小的缺口填充上，同時閉運算由 于連通了圖像中的缺口，從而使得整個圖象變得緊湊而平滑。在數(shù)學形態(tài)學運算中，形態(tài)變 換的基本運算具有:膨脹、腐蝕、開啟和閉合，閉運算能夠彌合小裂縫，而總的位置和形狀不 變。數(shù)學形態(tài)運算是通過填充圖象的凹角來濾波圖象的，作為一種非線性濾波器，它通過變 換來局部修改信號的集合特征，結(jié)構(gòu)元素大小的不同將導致濾波效果的不同，不同結(jié)構(gòu)元 素的選擇將導致不同的分割，本發(fā)明就是利用形態(tài)學的閉合運算來最終獲取雷達剩余雜波 圖的。 本實施例中主要運用到閉合運算，即對一幅雷達掃描背景位圖先進行膨脹運算，后進 行腐蝕運算。下面就膨脹和腐蝕在雷達剩余雜波圖建立中的作用作一個說明。
[0034]在形態(tài)學的膨脹運算中，假設雷達掃描背景位圖集合A和結(jié)構(gòu)元素為集合B是中的 集合，雷達掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素集合B膨脹的定義為：
[0035] 這個公式是以得到結(jié)構(gòu)元素集合B的相對于它自身原點的映象么并且由z對映象 進行位移為基礎的。雷達掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素為集合B膨脹是所有位移z的集合， 這樣i和雷達掃描背景位圖集合A至少有一個元素是重疊的。在本發(fā)明中，使用結(jié)構(gòu)元素集 合B對雷達掃描背景位圖集合A進行腐蝕，記為3Θ爲
[0036] 在形態(tài)學的腐蝕運算中，假設雷達掃描背景位圖集合A和結(jié)構(gòu)元素為集合B是22中 的集合，雷達掃描背景位圖集合A被B腐蝕的定義為：
[0037] 這個公式說明使用結(jié)構(gòu)元素集合B對雷達掃描背景位圖集合A進行腐蝕是所有B中 包含于A中的點z的集合用z平移。
[0038] 在形態(tài)學的閉合運算中，將對一幅圖像進行先膨脹后腐蝕的閉運算記為：
[0039] 從上可知，膨脹和腐蝕可以轉(zhuǎn)化為集合的邏輯運算，可對圖像進行形狀分析和邊 緣提取，在邊緣檢測中具有較好的邊緣輪廓定位能力。
[0040] 在本發(fā)明中對穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖像進行腐蝕運算后，能對剩余雜波圖邊界起 到定位及平滑濾波的作用。
[0041] 參閱圖7-9。對雷達掃描背景位圖進行一次形態(tài)變換的閉運算后，即可形成一幅雷 達剩余雜波圖，根據(jù)雷達掃描間積累，每一次雷達天線掃描后，在前一次形成雷達背景位圖 上做一次形態(tài)變換，并對每一個檢測單元進行積累，雷達天線N次掃描后，即可形成穩(wěn)定的 雷達剩余雜波圖。
[0042]利用某雷達數(shù)據(jù)，用該雷達剩余雜波圖建立方法，處理后的立體三維雷達剩余雜 波圖效果如圖7-9所示。從圖中可以看出經(jīng)過處理圖像更清晰了。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當指出，對于本領域的普通技術人員來說， 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變形和改進，類似同類結(jié)構(gòu)的等效變換，均 落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，具有如下技術特征:根據(jù)雷達探測 距離和空域覆蓋范圍，W及距離和角度分辨率，設定位圖分辨單元;依據(jù)接收雷達信號處理 送來的目標點跡信息，建立表征雷達目標信息的雷達掃描背景位圖；然后根據(jù)雷達所探測 的目標特性和位圖分辨單元的劃分不同來選取結(jié)構(gòu)元素，采用不同的結(jié)構(gòu)元素對圖像細節(jié) 進行匹配，提取精細的圖像邊緣，利用結(jié)構(gòu)元素對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)變換運算和 數(shù)學形態(tài)學算子的對不規(guī)則直線的提取，形態(tài)運算W雷達點跡構(gòu)成的雷達位圖進行先膨脹 后腐蝕的閉合運算，形成一幅新的雷達掃描背景位圖，再根據(jù)雷達天線的掃描圈數(shù)對雷達 掃描背景位圖不斷的迭代更新，建立穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊 判斷后，輸出具有雜波標志的雷達目標點跡。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:在建 立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波方法的建立流程中，基于數(shù)學形態(tài)學的雷達剩余雜波圖建 立，包括:位圖分辨單元設定模塊、雷達掃描背景位圖建立模塊、結(jié)構(gòu)元素形狀選取模塊、形 態(tài)運算模塊和剩余雜波圖建立模塊，其中，位圖分辨單元設定模塊根據(jù)雷達探測距離和空 域覆蓋范圍，W及距離和角度分辨率，確定位圖的分辨單元，結(jié)構(gòu)元素模塊根據(jù)雷達目標特 性和位圖檢測單元的劃分不同可選取3 X 3、5 X 5、7 X 7結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:雷達 掃描背景位圖建立模塊接收雷達信號處理檢測后送來的目標點跡信息，根據(jù)接收到的目標 點跡的距離、方位信息計算出它應落入的位圖檢測單元，同時將該位圖檢測單元置"Γ，該 位圖是一幅表征雷達目標信息的二值圖像，稱為雷達掃描背景位圖。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:形態(tài) 運算模塊W雷達掃描背景位圖為集合A，結(jié)構(gòu)元素為集合B，利用結(jié)構(gòu)元素集合B對雷達掃描 背景位圖集合A進行膨脹運算，膨脹的運算結(jié)果是將填充雷達掃描背景圖像區(qū)域內(nèi)的細小 空間，對背景圖像進行擴張，形成一張新的雷達掃描背景位圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:形態(tài) 運算模塊形態(tài)變換W初始的雷達掃描背景位圖為背景集合A，結(jié)構(gòu)元素為集合B進行形態(tài)運 算，雷達掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素集合B做開運算，記為雷達掃描背景位圖集合A腐蝕 后的結(jié)果再膨脹;雷達掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素集合B做閉運算，記為雷達掃描背景 位圖集合A膨脹后再被結(jié)構(gòu)元素集合B腐蝕，形態(tài)運算后W雷達點跡構(gòu)成的雷達掃描背景位 圖進行先膨脹后腐蝕的閉合運算。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:剩余 雜波圖建立模塊對雷達掃描背景位圖進行形態(tài)閉合運算，雷達掃描背景位圖是根據(jù)雷達目 標點跡信息形成的一幅二值圖像，用選取的結(jié)構(gòu)元素對該雷達掃描背景位圖進行先膨脹后 腐蝕運算的形態(tài)閉合運算，形成一幅新的雷達背景掃描位圖，再根據(jù)雷達天線多次掃描，目 標點跡不斷更新，雷達掃描背景位圖也同時不斷迭代更新，進行N次更新后，最終形成一幅 穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖，形成穩(wěn)定的雷達剩余雜波圖后，雷達點跡經(jīng)過雜波標識模塊判斷 后輸出。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:在建 立剩余雜波圖時，首先將雷達測量空域在方位、距離上，把雷達測量坐標(距離R、方位角度 9)按單元劃分，映射成雷達掃描背景位圖格式，而位圖格式采用二值圖像表征。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:在二 值圖像中，W圖像中的每一個像素為一個雜波檢測單元，雜波檢測單元采用元素"0"和"Γ 對雜波檢測單元進行填寫，建立剩余雜波圖單元表1，其中"0"表示背景像素，"Γ表示雜波 像素。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于:雷達 掃描背景位圖集合A被結(jié)構(gòu)元素為集合B膨脹是所有位移Z的集合，運樣結(jié)構(gòu)元素集合B的相 對于它自身原點的映象若和雷達掃描背景位圖集合A至少有一個元素是重疊的，記為 設雷達掃描背景位圖集合A和結(jié)構(gòu)元素為集合B是Z2中的集合，雷達掃描背景位圖集 合A被結(jié)構(gòu)元素集合B膨脹的定義為：乂聯(lián)巧=訂觀η缸0[。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立剩余雜波圖抑制雷達剩余雜波的方法，其特征在于：結(jié) 構(gòu)元素集合Β對雷達掃描背景位圖集合A進行腐蝕是所有Β中包含于A中的點Ζ的集合用Ζ平 移，記為J?化設雷達掃描背景位圖集合A和結(jié)構(gòu)元素為集合B是Z2中的集合，雷達掃描背景 位圖集合4被結(jié)構(gòu)元素集合8腐蝕的定義為:C ^}^在形態(tài)學的閉運算中，結(jié)構(gòu) 元素集合B對雷達掃描背景位圖集合A進行先膨脹后，用B對結(jié)果進行腐蝕的運算，記為A · B。設雷達掃描背景位圖集合A和結(jié)構(gòu)元素為集合B是Z2中的集合，結(jié)構(gòu)元素集合B對雷達掃 描背景位圖集合A的閉運算定義為：^ ·忍貨公)Θ公。
【文檔編號】G01S7/36GK106093890SQ201610741057
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發(fā)明人】戴曉霞, 錢凱, 盧海進, 劉曉星
【申請人】零八電子集團有限公司, 零八一電子集團有限公司