[发明专利]一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航雷达图像处理技术领域，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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是 ：

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。

本发明的有益效果是 ：本发明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。

本发明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。

本发明通过 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 是本发明的系统架构图 ；

图 2 是本发明中的 ARM 控制器的工作流程图 ； 图 3 是本发明中的 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

下面结合附图对本发明作进一步描述 ：

如图 1 所示 ：本发明是通过基于 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。