[发明专利]一种基于二值图像连通域面积测量的点迹滤波技术

说明书

本发明公开了一种基于二值图像连通域面积测量的点迹滤波技术，包括以下内容：对单帧多脉冲回波信号进行脉压、动目标显示(MTI)处理；对脉压、MTI后的单帧距离向信号进行CFAR检测；对取模值后的单帧信号进行滑窗CFAR检测；对多帧CFAR检测的二值图像进行连通域标记及面积测量；对满足条件的连通域进行重心位置计算；将检出目标的重心位置转化为雷达坐标系下的距离‑方位信息；得到雷达坐标系下的点迹输出。本发明方法能有效滤除虚假目标点迹，虚假点迹抑制率约为96.5％(，能够满足航管一次雷达精细化点迹滤波的目的。

技术领域

本发明涉及一种降低目标虚警的滤波技术，属于雷达信号处理技术领域。

背景技术

机场监视雷达(ASR：Airport Surveillance Radar)属于航空管制一次雷达，通常设置在航管控制中心或相应的航路节点上，作用距离在200公里内，主要为塔台管制员提供机场附近飞机目标的进出港信息。

随着生活水平的日益提高，人们使用飞机出行的频率也在逐步上升。为了提高航班进出港的效率，需要机场监视雷达提供更为精细的飞机目标位置点迹信息。然而，传统的点迹滤波技术难以实现机场监视雷达对复杂多变的空间环境中飞机目标点迹的精细化处理。

为此，有学者提出了航管雷达的精细化点迹处理方法，例如，《雷达科学与技术》近期公开发表了一篇名为“航管一次雷达精细化点迹处理设计与实现”的文章，其主要方法是对雷达回波信号进行脉压、动目标检测(MTD)滤波、恒虚警率检测，然后对检测出的可疑点迹进行点迹凝聚和四级点迹滤波，最后将满足条件的点迹送给终端。该方法的亮点在于点迹滤波部分采用了分级有针对性地清除不同类型的虚假点迹，获得一定的点迹滤除效果，但是从最终的处理结果来看，剩余的点迹质量还有待进一步提高，同时这种多级滤波的策略增加了真实目标点迹被判为虚假点迹的可能性。

发明内容

针对以上问题，本发明从图像处理的角度提供了一种全新的点迹滤波方法。该方法是基于多帧CFAR检测的二值图像中飞机目标和干扰信号的图像特征具有明显差异来设计的，其中飞机目标的连通域表现为比较规整的点阵状，而干扰信号的连通域表现为无规则的孤立散点，因此可以通过判断多帧CFAR检测的二值图像中连通域的点阵面积大小来实现飞机目标和干扰信号的分离的目的。为此，本发明创新地提出了基于多帧CFAR检测二值图像的连通域面积测量的点迹滤波技术，解决了输出点迹质量不佳和多级判决容易造成真实目标点迹丢失的问题，达到了航管一次雷达精细化点迹滤波的目的。

为了解决以上问题，本发明采用了如下技术方案：一种基于二值图像连通域面积测量的点迹滤波技术，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对单帧多脉冲回波信号进行脉压、动目标显示(MTI)处理；

步骤2：对脉压、MTI后的单帧距离向信号进行CFAR检测；

步骤3：对取模值后的单帧信号进行滑窗CFAR检测；

步骤4：对多帧CFAR检测的二值图像进行连通域标记及面积测量；

步骤5：对满足条件的连通域进行重心位置计算；

步骤6：将检出目标的重心位置转化为雷达坐标系下的距离-方位信息；

步骤7：得到雷达坐标系下的点迹输出。

所述步骤1具体包括，对单帧多脉冲回波信号进行脉压、动目标显示(MTI)处理：

设脉压后的第i帧多脉冲信号Xⁱ为

其中，表示第i帧多脉冲信号Xⁱ中第m个脉冲中第n个距离单元的数值；I表示雷达天线波束中心扫描一圈所产生的总帧数；M表示每帧的脉冲数；N表示每帧的距离单元数；上标T表示转置算子。