[发明专利]基于区域分割的高频雷达海杂波区域提取方法

说明书

本发明属于高频雷达杂波提取领域，涉及运用图像处理的方式处理雷达信号，提出一种基于距离‑多普勒(range‑Doppler,RD)图的海杂波提取方法，精确提取出海杂波区域，对海态检测和海杂波的特性分析具有重要的意义。其主要思路是：首先，将高频雷达接收的雷达回波信号排列成RD矩阵，经过脉冲压缩和多普勒处理得到RD图。其次，利用灰度变换函数，将RD图转换为灰度图。然后，利用CFAR求出噪声区域的阈值，并转化为灰度阈值，基于灰度阈值，将RD灰度图转化为二值图像。最后，利用DRLSE分割技术精确地提取出海杂波区域。

技术领域

本发明属于图像处理和雷达信号处理相结合的技术，具体涉及利用图像分割技术，基于高频雷达的距离-多普勒(range-Doppler,RD)图，对海杂波区域准确提取的方法。

背景技术

高频雷达工作于高频段(约5～30MHz)，利用电离层反射高频电磁波进行海态探测和目标检测，具有覆盖范围大、探测距离远、可反隐形飞机等优点。海杂波是由海面的后向散射回波形成的，在RD图上一般表现为边缘不整齐的带状。

对海杂波谱的研究可以帮助测量海洋学参数，如风速和风向以及其他波浪信息。海杂波的准确提取和建模对于海况监测非常重要，但是海杂波建模研究十分困难，过去几十年中，尽管关于海杂波谱的研究取得一些的进展，但是建立一个精确的海杂波模型还是十分困难。同时，海态探测也要求对海杂波的精确提取，例如，基于多普勒频谱的二阶连续谱来估计海态信息，要求海杂波数据不受其他噪声的影响。

针对海杂波的提取，传统方法通过确定多倍Bragg频率以内区域作为海杂波区域。由于海杂波复杂多变且能量较强，其频谱会产生展宽和漂移，使得海杂波区域和噪声区域边缘难以区分，从传统的信号处理角度难以准确提取海杂波区域。而海杂波在RD图中表现为边缘不整齐的带状图像，其边缘在RD图中，与噪声边缘的界限十分不明显，使得海杂波的提取的难度进一步加大。

考虑到以上问题，本发明提出将海杂波的提取问题转换为图像区域分割问题，即基于RD图，利用图像分割方法，准确提取出海杂波区域。

发明内容

本发明提出一种基于RD图的高频雷达的海杂波区域提取方法。首先，将接收到的雷达信号，通过常规处理信号方式得到RD图；其次，利用对数变换函数将RD图转化为灰度图像；然后，利用(the constant false alarm rate,CFAR)技术，将RD灰度图转化为二值图像；最后，使用DRLSE分割方法准确提取出海杂波区域。

所述的基于RD图的高频雷达的海杂波区域提取方法通过以下步骤实现：

步骤1，将雷达接收的回波信号排列成RD矩阵，经过脉冲压缩和多普勒处理，得到RD图。

步骤2，基于RD图利用对数变换的灰度转换方法，将RD图转化为灰度图像。

步骤3，利用CFAR求出噪声区域的阈值，进而得到灰度阈值，基于灰度阈值将RD灰度图转化为二值图像。

步骤4，基于二值图像，利用DRLSE分割技术进行图像分割，准确提取出海杂波区域。

本发明具有如下优点：

第一，本发明可直接用于处理雷达接收的数据生成RD图，引入图像分割方法，准确地提取出海杂波区域，相对传统方法通过确定多倍Bragg频率以内区域为海杂波区域精确性更高。

第二，考虑海杂波边缘不明显，且在灰度图像中的梯度变化幅度小，在提取海杂波区域时，本发明使用CFAR法将灰度图转化为二值图，再使用图像分割方法，提高海杂波区域提取的精确度。

附图说明

图1，基于RD图的高频雷达海杂波区域提取流程图

图2，仿真RD图像

图3，RD灰度图像