专利名称：船用导航雷达的信号处理方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及船用雷达技术，特别地涉及一种船用导航雷达的信号处理方法和系 统。
背景技术：
雷达是用来发现目标并对目标定位的电磁系统。船载导航雷达作为航海船舶必备 的导航设备之一，从模拟雷达到数字雷达已经发展了几十年，并普遍安装在各类型船舶上。 数字信号处理技术和嵌入式技术发展到今天，给雷达技术的发展带来了新的契机。相对于 模拟雷达，数字化雷达具有性能好、功能全、操作方便等优势。利用数字信号处理技术实现 雷达信号处理算法更简易、更灵活、更高效。基于高速的数字信号处理器，可以非常高效的 对雷达回波信号进行采样和处理，对杂波进行抑制，对目标信息进行提取。并且，利用数字 信号处理技术实现的效果明显优于模拟实现方式。目前雷达很多杂波抑制是通过模拟电路来实现的，比如雨雪抑制、海浪抑制是分 别用硬件构建抑制电路。例如雨雪特别是暴雨能在雷达荧光屏上形成较强的干扰杂波，杂 波呈现棉絮状回波亮斑，无明显边缘，在其覆盖区目标回波很难被观测到。抗雨雪干扰电路 能有效抑制雨雪干扰，但对目标回波也同样抑制，该电路实际是在视频回波放大电路中接 入一个快时间常数的微分电路，也称FTC电路，由于雨雪反射的干扰回波脉冲很窄，经微分 后仅剩极窄的尖脉冲，因此不能被显示出来，而目标回波较宽，经微分后仍有一定宽度，可 以被显示，但会减弱，若是小物标回波则同样会被抑制掉。抑制的程度由显示器面板上“雨 雪干扰抑制”钮来确定，以只去掉雨雪干扰而不丢失物标回波为好。现有硬件电路搭建的杂波干扰抑制电路，属于模拟电路。模拟电路受时间、环境温 度、湿度、振动等外界条件的影响较大。同时，这些模拟电路绝大多数是由分立元器件构成 的，电路较复杂，可靠性较低。

发明内容
本发明的主要目的是提出一种船用导航雷达的信号处理方法和系统，以解决现有 技术中雷达杂波干扰抑制可靠性较低的问题。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种船用导航雷达的信号处理 方法。本发明的船用导航雷达的信号处理方法包括将雷达采集的模拟信号转换为数字 信号；对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。进一步地，将雷达采集的模拟信号转换为数字信号包括通过模数转换(ADC)把雷 达采集的模拟信号转换为数字信号。进一步地，所述杂波抑制包括对雷达回波脉冲进行脉冲累积，以及对脉冲累积的 结果进行雨雪抑制、海浪抑制或噪声抑制。进一步地，所述雨雪抑制的步骤中采用恒虚警率算法，雨雪抑制参数为恒虚警率
3门限因子。进一步地，所述海浪抑制的步骤中根据如下公式进行计算=StcOut [Stclndex] =StcIn [Stclndex]-Iogdata[Stclndex] XStcParameter ；其中，StcIndex 表不向量 变量，StcOut表示海浪抑制输出，StcIn表示海浪抑制输入，Iogdata表示对数向量， StcParameter表示海浪抑制参数。进一步地，所述噪声抑制的步骤中采用中值滤波算法。为实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种船用导航雷达的信号处理 系统。本发明的船用导航雷达的信号处理系统包括模数转换装置，用于将雷达采集的 模拟信号转换为数字信号；处理输出装置，用于对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。进一步地，所述模数转换装置为模数转换(ADC)。进一步地，所述处理输出装置中包括现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理 器(DSP)。进一步地，所述现场可编程门阵列(FPGA)中包含先入先出队列(FIFO)，用于实现 所述模数转换装置输出的数据到所述DSP之间的数据缓存。根据本发明的技术方案，通过将雷达采集的模拟信号转换为数字信号以及对所述 数字信号进行杂波抑制然后输出，系统可控性和抗干扰性能好，提高了雷达杂波干扰抑制 的可靠性。


此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例中的船用导航雷达的信号处理方法的示意图；图2是根据本发明实施例的船用导航雷达的信号处理系统的基本结构的示意图；图3是根据本发明实施例的船用导航雷达的信号处理系统的模块结构的示意图；图4A、图4B和图4C依次为门限因子增大的雨雪抑制效果的示意图；图5是STC增益示意图；图6A、图6B和图6C依次为STC增益调节系数α增大的海浪抑制效果的示意图； 以及图7是根据本发明实施例中的中值滤波算法的计算机仿真结果的示意图。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。图1是根据本发明实施例中的船用导航雷达的信号处理方法的示意图。如图1所 示，本发明实施例中的船用导航雷达的信号处理方法主要包括如下步骤步骤Sll 将雷达采集的模拟信号转换为数字信号。步骤S12 对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。在步骤Sll中，具体可以是通过模数转换(ADC)把雷达采集的模拟信号转换为数 字信号。在步骤S12中，具体可以是先对雷达回波脉冲进行脉冲累积，然后根据需要，对脉冲累积的结果进行雨雪抑制、海浪抑制或噪声抑制。另外也可以依次采取上述三种算法中 的多种算法，视具体情况而定，例如在下雨或下雪时采用雨雪抑制算法，在大风情况下采取 海浪抑制算法。图2是根据本发明实施例的船用导航雷达的信号处理系统的基本结构的示意图。 本实施例中的船用导航雷达的信号处理系统可以采用图2所示的结构，包括模数转换装置 21和处理输出装置22，其中模数转换装置用于将雷达采集的模拟信号转换为数字信号；处 理输出装置用于对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。模数转换装置21可以采用ADC来实现。处理输出装置22中可以包括现场可编程 门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)。其中，FPGA中可以包含先入先出队列(FIFO)，用 于实现模数转换装置21输出的数据到DSP之间的数据缓存。图3是根据本发明实施例的船用导航雷达的信号处理系统的模块结构的示意图。 在图3中，FPGA与DSP及控制总线、FIFO连接，DSP与数据地址总线连接，DA、运算放大器 (运放)和AD串连，FIFO与AD连接，DA与数据地址总线连接。其他主要连接如图3中所 示。在图3所示的系统中，通过ADC把模拟信视频号转换为数字信号，在FPGA内部开一个 FIFO用来实现ADC采样数据到DSP之间的数据缓存，通过DSP来完成雷达的信号处理算法， 包括各种杂波抑制算法，包括雨雪抑制、海浪抑制和同频干扰抑制，然后通过以太网向显示 单元发送处理后数字视频数据。其中，DSP可选用TI公司的TMS320C6416作为核心处理器，所有的杂波抑制算法都 在DSP内实现。DSP外接EEPROM和SRAM。EEPROM存放程序代码用于DSP的boot loader，SRAM 作为数据空间的扩展用于存储多次回波数据。雷达上单元发出的视频信号，经过80MHz的 高速AD采样后送入FPGA内部的FIFO缓存，然后雷达根据处理情况读取FIFO中的采样数 据。而雷达上单元发出的BZ、BP、TI等信号经过FPGA逻辑转换以后接到DSP的外部中断， DSP根据中断作相应的数据处理。FPGA作为DSP的辅助器件，协助DSP控制其外设器件。另 外，在数字信号处理模块测试板上设置了串口(RS-232)模块和网卡模块用于调试和测试。雷达杂波干扰一直以来都是雷达设计人员和使用人员最关心的问题之一。对于船 用导航雷达来说，雨雪干扰、海浪干扰、雷达同频干扰和雷达内部噪声干扰都会对目标的检 测识别带来不利影响，我们统称这些干扰信号为雷达杂波。在雷达完成一次扫描的过程中，任何目标的回波脉冲一般都不止一个。通过将所 有回波脉冲叠加的方式，就可以使雷达回波的信噪比增加，改善雷达检测性能。回波次数和
雷达扫描率与雷达脉冲重复频率相关，并可以用式(1)计算出来
权利要求
一种船用导航雷达的信号处理方法，其特征在于，包括将雷达采集的模拟信号转换为数字信号；对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将雷达采集的模拟信号转换为数字信号 包括通过模数转换(ADC)把雷达采集的模拟信号转换为数字信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述杂波抑制包括对雷达回波脉冲进行 脉冲累积，以及对脉冲累积的结果进行雨雪抑制、海浪抑制或噪声抑制。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述雨雪抑制的步骤中采用恒虚警率算 法，雨雪抑制参数为恒虚警率门限因子。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述海浪抑制的步骤中根据如下公式进 行计算StcOut [Stclndex] = StcIn[StcIndex]-Iogdata[StcIndex] XStcParameter ；其中， StcIndex表示向量变量，StcOut表示海浪抑制输出，StcIn表示海浪抑制输入， Iogdata表示对数向量，StcParameter表示海浪抑制参数。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述噪声抑制的步骤中采用中值滤波算法。
7.一种船用导航雷达的信号处理系统，其特征在于，包括 模数转换装置，用于将雷达采集的模拟信号转换为数字信号； 处理输出装置，用于对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述模数转换装置为模数转换(ADC)。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理输出装置中包括现场可编程门 阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述FPGA中包含先入先出队列(FIFO)， 用于实现所述模数转换装置输出的数据到所述DSP之间的数据缓存。全文摘要
本发明公开了一种船用导航雷达的信号处理方法和系统，以解决现有技术中雷达杂波干扰抑制可靠性较低的问题。本发明的船用导航雷达的信号处理方法包括将雷达采集的模拟信号转换为数字信号；对所述数字信号进行杂波抑制然后输出。采用本发明的技术方案，有助于提高雷达杂波干扰抑制的可靠性。
文档编号G01S7/36GK101937075SQ20101025391
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者高俊峰 申请人:北京海兰信数据科技股份有限公司