專利名稱：船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船用雷達(dá)技術(shù)，特別地涉及一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法和系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雷達(dá)是用來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)定位的電磁系統(tǒng)。船載導(dǎo)航雷達(dá)作為航海船舶必備 的導(dǎo)航設(shè)備之一，從模擬雷達(dá)到數(shù)字雷達(dá)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，并普遍安裝在各類型船舶上。 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和嵌入式技術(shù)發(fā)展到今天，給雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。相對(duì)于 模擬雷達(dá)，數(shù)字化雷達(dá)具有性能好、功能全、操作方便等優(yōu)勢。利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn) 雷達(dá)信號(hào)處理算法更簡易、更靈活、更高效?；诟咚俚臄?shù)字信號(hào)處理器，可以非常高效的 對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行采樣和處理，對(duì)雜波進(jìn)行抑制，對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行提取。并且，利用數(shù)字 信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的效果明顯優(yōu)于模擬實(shí)現(xiàn)方式。目前雷達(dá)很多雜波抑制是通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)的，比如雨雪抑制、海浪抑制是分 別用硬件構(gòu)建抑制電路。例如雨雪特別是暴雨能在雷達(dá)熒光屏上形成較強(qiáng)的干擾雜波，雜 波呈現(xiàn)棉絮狀回波亮斑，無明顯邊緣，在其覆蓋區(qū)目標(biāo)回波很難被觀測到?？褂暄└蓴_電路 能有效抑制雨雪干擾，但對(duì)目標(biāo)回波也同樣抑制，該電路實(shí)際是在視頻回波放大電路中接 入一個(gè)快時(shí)間常數(shù)的微分電路，也稱FTC電路，由于雨雪反射的干擾回波脈沖很窄，經(jīng)微分 后僅剩極窄的尖脈沖，因此不能被顯示出來，而目標(biāo)回波較寬，經(jīng)微分后仍有一定寬度，可 以被顯示，但會(huì)減弱，若是小物標(biāo)回波則同樣會(huì)被抑制掉。抑制的程度由顯示器面板上“雨 雪干擾抑制”鈕來確定，以只去掉雨雪干擾而不丟失物標(biāo)回波為好?，F(xiàn)有硬件電路搭建的雜波干擾抑制電路，屬于模擬電路。模擬電路受時(shí)間、環(huán)境溫 度、濕度、振動(dòng)等外界條件的影響較大。同時(shí)，這些模擬電路絕大多數(shù)是由分立元器件構(gòu)成 的，電路較復(fù)雜，可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有 技術(shù)中雷達(dá)雜波干擾抑制可靠性較低的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理 方法。本發(fā)明的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法包括將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。進(jìn)一步地，將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)包括通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)把雷 達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。進(jìn)一步地，所述雜波抑制包括對(duì)雷達(dá)回波脈沖進(jìn)行脈沖累積，以及對(duì)脈沖累積的 結(jié)果進(jìn)行雨雪抑制、海浪抑制或噪聲抑制。進(jìn)一步地，所述雨雪抑制的步驟中采用恒虛警率算法，雨雪抑制參數(shù)為恒虛警率
3門限因子。進(jìn)一步地，所述海浪抑制的步驟中根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算=StcOut [Stclndex] =StcIn [Stclndex]-Iogdata[Stclndex] XStcParameter ；其中，StcIndex 表不向量 變量，StcOut表示海浪抑制輸出，StcIn表示海浪抑制輸入，Iogdata表示對(duì)數(shù)向量， StcParameter表示海浪抑制參數(shù)。進(jìn)一步地，所述噪聲抑制的步驟中采用中值濾波算法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理 系統(tǒng)。本發(fā)明的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將雷達(dá)采集的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；處理輸出裝置，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。進(jìn)一步地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置為模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)。進(jìn)一步地，所述處理輸出裝置中包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和數(shù)字信號(hào)處理 器(DSP)。進(jìn)一步地，所述現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中包含先入先出隊(duì)列(FIFO)，用于實(shí)現(xiàn) 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)據(jù)到所述DSP之間的數(shù)據(jù)緩存。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以及對(duì)所述 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出，系統(tǒng)可控性和抗干擾性能好，提高了雷達(dá)雜波干擾抑制 的可靠性。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4A、圖4B和圖4C依次為門限因子增大的雨雪抑制效果的示意圖；圖5是STC增益示意圖；圖6A、圖6B和圖6C依次為STC增益調(diào)節(jié)系數(shù)α增大的海浪抑制效果的示意圖； 以及圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的中值濾波算法的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法的示意圖。如圖1所 示，本發(fā)明實(shí)施例中的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法主要包括如下步驟步驟Sll 將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。步驟S12 對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。在步驟Sll中，具體可以是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)把雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)。在步驟S12中，具體可以是先對(duì)雷達(dá)回波脈沖進(jìn)行脈沖累積，然后根據(jù)需要，對(duì)脈沖累積的結(jié)果進(jìn)行雨雪抑制、海浪抑制或噪聲抑制。另外也可以依次采取上述三種算法中 的多種算法，視具體情況而定，例如在下雨或下雪時(shí)采用雨雪抑制算法，在大風(fēng)情況下采取 海浪抑制算法。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。 本實(shí)施例中的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)可以采用圖2所示的結(jié)構(gòu)，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置 21和處理輸出裝置22，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置用于將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；處 理輸出裝置用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置21可以采用ADC來實(shí)現(xiàn)。處理輸出裝置22中可以包括現(xiàn)場可編程 門陣列(FPGA)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。其中，F(xiàn)PGA中可以包含先入先出隊(duì)列(FIFO)，用 于實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置21輸出的數(shù)據(jù)到DSP之間的數(shù)據(jù)緩存。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)的示意圖。 在圖3中，F(xiàn)PGA與DSP及控制總線、FIFO連接，DSP與數(shù)據(jù)地址總線連接，DA、運(yùn)算放大器 (運(yùn)放)和AD串連，F(xiàn)IFO與AD連接，DA與數(shù)據(jù)地址總線連接。其他主要連接如圖3中所 示。在圖3所示的系統(tǒng)中，通過ADC把模擬信視頻號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在FPGA內(nèi)部開一個(gè) FIFO用來實(shí)現(xiàn)ADC采樣數(shù)據(jù)到DSP之間的數(shù)據(jù)緩存，通過DSP來完成雷達(dá)的信號(hào)處理算法， 包括各種雜波抑制算法，包括雨雪抑制、海浪抑制和同頻干擾抑制，然后通過以太網(wǎng)向顯示 單元發(fā)送處理后數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。其中，DSP可選用TI公司的TMS320C6416作為核心處理器，所有的雜波抑制算法都 在DSP內(nèi)實(shí)現(xiàn)。DSP外接EEPROM和SRAM。EEPROM存放程序代碼用于DSP的boot loader，SRAM 作為數(shù)據(jù)空間的擴(kuò)展用于存儲(chǔ)多次回波數(shù)據(jù)。雷達(dá)上單元發(fā)出的視頻信號(hào)，經(jīng)過80MHz的 高速AD采樣后送入FPGA內(nèi)部的FIFO緩存，然后雷達(dá)根據(jù)處理情況讀取FIFO中的采樣數(shù) 據(jù)。而雷達(dá)上單元發(fā)出的BZ、BP、TI等信號(hào)經(jīng)過FPGA邏輯轉(zhuǎn)換以后接到DSP的外部中斷， DSP根據(jù)中斷作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。FPGA作為DSP的輔助器件，協(xié)助DSP控制其外設(shè)器件。另 外，在數(shù)字信號(hào)處理模塊測試板上設(shè)置了串口(RS-232)模塊和網(wǎng)卡模塊用于調(diào)試和測試。雷達(dá)雜波干擾一直以來都是雷達(dá)設(shè)計(jì)人員和使用人員最關(guān)心的問題之一。對(duì)于船 用導(dǎo)航雷達(dá)來說，雨雪干擾、海浪干擾、雷達(dá)同頻干擾和雷達(dá)內(nèi)部噪聲干擾都會(huì)對(duì)目標(biāo)的檢 測識(shí)別帶來不利影響，我們統(tǒng)稱這些干擾信號(hào)為雷達(dá)雜波。在雷達(dá)完成一次掃描的過程中，任何目標(biāo)的回波脈沖一般都不止一個(gè)。通過將所 有回波脈沖疊加的方式，就可以使雷達(dá)回波的信噪比增加，改善雷達(dá)檢測性能。回波次數(shù)和
雷達(dá)掃描率與雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率相關(guān)，并可以用式(1)計(jì)算出來
權(quán)利要求
一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法，其特征在于，包括將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 包括通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)把雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雜波抑制包括對(duì)雷達(dá)回波脈沖進(jìn)行 脈沖累積，以及對(duì)脈沖累積的結(jié)果進(jìn)行雨雪抑制、海浪抑制或噪聲抑制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述雨雪抑制的步驟中采用恒虛警率算 法，雨雪抑制參數(shù)為恒虛警率門限因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述海浪抑制的步驟中根據(jù)如下公式進(jìn) 行計(jì)算StcOut [Stclndex] = StcIn[StcIndex]-Iogdata[StcIndex] XStcParameter ；其中， StcIndex表示向量變量，StcOut表示海浪抑制輸出，StcIn表示海浪抑制輸入， Iogdata表示對(duì)數(shù)向量，StcParameter表示海浪抑制參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述噪聲抑制的步驟中采用中值濾波算法。
7.一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 處理輸出裝置，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置為模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理輸出裝置中包括現(xiàn)場可編程門 陣列(FPGA)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA中包含先入先出隊(duì)列(FIFO)， 用于實(shí)現(xiàn)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置輸出的數(shù)據(jù)到所述DSP之間的數(shù)據(jù)緩存。全文摘要
本發(fā)明公開了一種船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中雷達(dá)雜波干擾抑制可靠性較低的問題。本發(fā)明的船用導(dǎo)航雷達(dá)的信號(hào)處理方法包括將雷達(dá)采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雜波抑制然后輸出。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，有助于提高雷達(dá)雜波干擾抑制的可靠性。
文檔編號(hào)G01S7/36GK101937075SQ20101025391
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者高俊峰 申請(qǐng)人:北京海蘭信數(shù)據(jù)科技股份有限公司