本發(fā)明涉及導航雷達圖像處理技術領域，尤其是一種船用導航雷達設備中的圖像處理技術，屬于船用電子研發(fā)技術領域。

背景技術：

傳統(tǒng)船用導航雷達是基于水平極化的裂縫脈沖式收發(fā)機，視頻信號經(jīng)過雜波抑 制、信號增強等處理后，再由極坐標向直角坐標進行轉(zhuǎn)換，最后以強度點的方式顯示在屏幕 上。由于導航雷達信號為非相參信號，沒有相位信息，對海浪、雨雪等各類雜波抑制效果較 差。多年以來，各研究院所和廠家做了很多努力，但無法在根本上解決目標清晰度的問題。另一方面，傳統(tǒng)導航雷達僅能反映目標的大小和回波強度，而不能反映物體的實際形狀，不能客觀實際地反映雷達獲取的目標信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種通過船用導航雷達目標回波的三維建模方法，根本的改變船用導航雷達的圖像處理模式。具體的來說是一種通過調(diào)整船用導航雷達的掃描垂直角度，配合雷達信號圖像的幀累積方式，最終以三維模型的形式顯示在屏幕上的一種導航雷達圖像處理方法。

本發(fā)明的技術方案是 ：

一種船載導航雷達目標的 3D 建模方法，包括 ARM 控制器、FPGA 處理器、雷達中頻信號 放大器、水平伺服電機、垂直伺服電機、雷達天線、主機、顯示器、鍵盤和工業(yè)主板。

所述的 ARM 控制器通過無刷電機控制板與水平伺服電機、垂直伺服電機相連，通 過 I2C 總線利用同軸電纜與雷達中頻信號放大器相連，通過 RS485 串口與 FPGA 處理器相連。

所述的 FPGA 處理器通過 PC104 接口連接到工業(yè)主板上。

所述的工業(yè)主板通過 VGA 接口與顯示器相連，通過 USB 接口與控制鍵盤相連。

所述的 ARM 控制器的工作步驟如下 ：

步驟 a ：等待主機的發(fā)射命令 ；步驟 b ：根據(jù)發(fā)射指令，開啟雷達發(fā)射 ；步驟 c ：校準雷達天線的起始掃描位置，并向主機反饋同步信號 ；步驟 d ：依照主機的掃描速度指令，完成一次水平方向的掃描，并向主機發(fā)送同步信號 ；步驟 e ：調(diào)整雷達天線的垂直位置，重復水平方向掃描，并向主機發(fā)送同步信號 ；步驟 f ：重復步驟 e，直至雷達天線的終端位置，并向主機反饋同步信號。

所述的 FPGA 處理器的工作步驟如下 ：

步驟 a ：根據(jù)用戶的指令，向 ARM 控制器發(fā)送雷達發(fā)射指令 ；步驟 b ：根據(jù) ARM 控制器反饋的同步信號，初始化三維數(shù)據(jù)庫指針 ；步驟 c ：告訴采集雷達信號，并進行簡單的雜波抑制處理 ；步驟 d ：坐標轉(zhuǎn)換后，存入相應的數(shù)據(jù)庫記錄中 ；步驟 e ：獲得終端位置的同步信號后，將數(shù)據(jù)庫中的目標信息進行三維建模 ；步驟 f ：將三維模型投影在顯示內(nèi)存中，實現(xiàn)圖像顯示。

本發(fā)明的有益效果是 ：本發(fā)明通過雷達天線的二維掃描，可以大大減少雜波對雷達目標的影響。

本發(fā)明通過三維模型的顯示模式，可以更加直觀的體現(xiàn)目標的客觀形態(tài)。

本發(fā)明通過 ARM 控制器和 FPGA 處理信號之間的同步，可實現(xiàn)高效的三維坐標同步和轉(zhuǎn)換。

附圖說明

圖 1 是本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)圖 ；

圖 2 是本發(fā)明中的 ARM 控制器的工作流程圖 ； 圖 3 是本發(fā)明中的 FPGA 處理器的工作流程圖 ；

其中圖 1 ：1— ARM 控制器 ；2— FPGA 處理器 ；3—雷達中頻信號放大器 ；4—水平伺服電機 ；5—垂直伺服電機 ；6—雷達天線 ；7—主機 ；8—顯示器 ；9—控制鍵盤 ；10—工業(yè)主板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述 ：

如圖 1 所示 ：本發(fā)明是通過基于 ARM 控制器（1）與嵌入式 Linux 系統(tǒng)來控制雷達天線的轉(zhuǎn)動同步，根據(jù)雷達天線二維空間中的目標掃描，將雷達微波信號同步中頻放大后，傳輸?shù)焦I(yè)主板（10）上的 FPGA 處理器（2）中。FPGA 處理器（2）將目標信息和 ARM 控制器（1） 提供的位置信息，在三維數(shù)據(jù)庫中作匹配，并進行存儲。當完成一圈掃描后，F(xiàn)PGA 將三維數(shù)據(jù)庫中的目標信息，通過三維坐標轉(zhuǎn)換，投影在屏幕顯存中，完成雷達目標的三維顯示。圖 1 中 ARM 控制器是基于嵌入式 Linux 系統(tǒng)實現(xiàn)的雷達天線控制器，圖 1 中將雷達天線的水平伺服電機（4）和垂直伺服電機（5），通過無刷電機控制板連接到 ARM 控制器（1）上。同時將雷達中頻信號放大器（3）也通過 I2C 總線連接到 ARM 控制器（1）上。

圖 2 描述的是 ARM 控制器（1）的詳細工作流程 ：當 ARM 控制器（1）受到來自主機（7）的雷達發(fā)射指令，ARM 控制器（1）首先檢查水平伺服電機（4）、垂直伺服電機（5）和雷達中頻信號放大器（3）是否工作正常 ：如果工作不正常，ARM 控制器（1）發(fā)送錯誤報告給主機（7）；如果工作狀態(tài)正常，ARM 控制器（1）控制水平天線伺服電機（4），水平旋轉(zhuǎn)雷達天線（6），同時將方位同步信息發(fā)送至主機（7）。當完成一圈水平旋轉(zhuǎn)后，ARM 控制器（1）控制垂直伺服電機（5）進行垂直方向上的調(diào)整，同時將垂直同步信息發(fā)送至主機（7）。循環(huán)以上兩步，直到雷達天線（6）掃描抵達終端位置，完成一次掃描。

圖 3 描述的是 FPGA 處理器（2）的詳細工作流程 ：FPAG 處理器（2）通過 PC104 接口連接到工業(yè)主板（10）上，同時通過 RS485 串口連接 ARM 控制器（1）進行數(shù)據(jù)通信，通過同軸電纜連接雷達中頻放大器（3）獲取雷達視頻信號。工業(yè)主板（10）通過 VGA 接口連接顯示器（8），通過 USB 接口連接控制鍵盤（9）。FPGA 處理器（2）等待用戶通過主板（10）發(fā)送發(fā)射指令。獲取發(fā)射指令后，F(xiàn)PGA 處理器（2）進行初始化，同時將指令通過串口發(fā)送至 ARM 控 制器（1）。等待 ARM 控制器（1）反饋收發(fā)機狀態(tài) ：如果反饋出錯信息，F(xiàn)PGA 處理器（2）將錯誤信息通過主機（1）顯示 ；如果成功發(fā)射雷達，F(xiàn)PGA 處理器（2）等待 ARM 控制器（1）的同步信息。根據(jù) ARM 控制器（1）的同步信息，F(xiàn)PGA 處理器（2）對雷達圖像信號進行采集、坐標轉(zhuǎn)換，并根據(jù)位置信息存入三維數(shù)據(jù)庫。當完成完整的一次數(shù)據(jù)采集后，F(xiàn)PGA 處理器（2）將 3D 數(shù)據(jù)庫中的雷達目標數(shù)據(jù)進行三維建模，然后將建模投影在顯示內(nèi)存上，完成雷達目標的三維顯示。

至此，整個發(fā)明過程結(jié)束。