一种船用导航雷达目标回波的三维建模方法与流程

本发明涉及导航雷达图像处理技术领域，尤其是一种船用导航雷达设备中的图像处理技术，属于船用电子研发技术领域。

背景技术：

传统船用导航雷达是基于水平极化的裂缝脉冲式收发机，视频信号经过杂波抑 制、信号增强等处理后，再由极坐标向直角坐标进行转换，最后以强度点的方式显示在屏幕 上。由于导航雷达信号为非相参信号，没有相位信息，对海浪、雨雪等各类杂波抑制效果较 差。多年以来，各研究院所和厂家做了很多努力，但无法在根本上解决目标清晰度的问题。另一方面，传统导航雷达仅能反映目标的大小和回波强度，而不能反映物体的实际形状，不能客观实际地反映雷达获取的目标信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通过船用导航雷达目标回波的三维建模方法，根本的改变船用导航雷达的图像处理模式。具体的来说是一种通过调整船用导航雷达的扫描垂直角度，配合雷达信号图像的帧累积方式，最终以三维模型的形式显示在屏幕上的一种导航雷达图像处理方法。

本发明的技术方案是 ：

一种船载导航雷达目标的 3D 建模方法，包括 ARM 控制器、FPGA 处理器、雷达中频信号 放大器、水平伺服电机、垂直伺服电机、雷达天线、主机、显示器、键盘和工业主板。

所述的 ARM 控制器通过无刷电机控制板与水平伺服电机、垂直伺服电机相连，通 过 I2C 总线利用同轴电缆与雷达中频信号放大器相连，通过 RS485 串口与 FPGA 处理器相连。

所述的 FPGA 处理器通过 PC104 接口连接到工业主板上。

所述的工业主板通过 VGA 接口与显示器相连，通过 USB 接口与控制键盘相连。

所述的 ARM 控制器的工作步骤如下 ：

步骤 a ：等待主机的发射命令 ；步骤 b ：根据发射指令，开启雷达发射 ；步骤 c ：校准雷达天线的起始扫描位置，并向主机反馈同步信号 ；步骤 d ：依照主机的扫描速度指令，完成一次水平方向的扫描，并向主机发送同步信号 ；步骤 e ：调整雷达天线的垂直位置，重复水平方向扫描，并向主机发送同步信号 ；步骤 f ：重复步骤 e，直至雷达天线的终端位置，并向主机反馈同步信号。

所述的 FPGA 处理器的工作步骤如下 ：

步骤 a ：根据用户的指令，向 ARM 控制器发送雷达发射指令 ；步骤 b ：根据 ARM 控制器反馈的同步信号，初始化三维数据库指针 ；步骤 c ：告诉采集雷达信号，并进行简单的杂波抑制处理 ；步骤 d ：坐标转换后，存入相应的数据库记录中 ；步骤 e ：获得终端位置的同步信号后，将数据库中的目标信息进行三维建模 ；步骤 f ：将三维模型投影在显示内存中，实现图像显示。

本发明的有益效果是 ：本发明通过雷达天线的二维扫描，可以大大减少杂波对雷达目标的影响。

本发明通过三维模型的显示模式，可以更加直观的体现目标的客观形态。

本发明通过 ARM 控制器和 FPGA 处理信号之间的同步，可实现高效的三维坐标同步和转换。

附图说明

图 1 是本发明的系统架构图 ；

图 2 是本发明中的 ARM 控制器的工作流程图 ； 图 3 是本发明中的 FPGA 处理器的工作流程图 ；

其中图 1 ：1— ARM 控制器 ；2— FPGA 处理器 ；3—雷达中频信号放大器 ；4—水平伺服电机 ；5—垂直伺服电机 ；6—雷达天线 ；7—主机 ；8—显示器 ；9—控制键盘 ；10—工业主板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述 ：

如图 1 所示 ：本发明是通过基于 ARM 控制器（1）与嵌入式 Linux 系统来控制雷达天线的转动同步，根据雷达天线二维空间中的目标扫描，将雷达微波信号同步中频放大后，传输到工业主板（10）上的 FPGA 处理器（2）中。FPGA 处理器（2）将目标信息和 ARM 控制器（1） 提供的位置信息，在三维数据库中作匹配，并进行存储。当完成一圈扫描后，FPGA 将三维数据库中的目标信息，通过三维坐标转换，投影在屏幕显存中，完成雷达目标的三维显示。图 1 中 ARM 控制器是基于嵌入式 Linux 系统实现的雷达天线控制器，图 1 中将雷达天线的水平伺服电机（4）和垂直伺服电机（5），通过无刷电机控制板连接到 ARM 控制器（1）上。同时将雷达中频信号放大器（3）也通过 I2C 总线连接到 ARM 控制器（1）上。

图 2 描述的是 ARM 控制器（1）的详细工作流程 ：当 ARM 控制器（1）受到来自主机（7）的雷达发射指令，ARM 控制器（1）首先检查水平伺服电机（4）、垂直伺服电机（5）和雷达中频信号放大器（3）是否工作正常 ：如果工作不正常，ARM 控制器（1）发送错误报告给主机（7）；如果工作状态正常，ARM 控制器（1）控制水平天线伺服电机（4），水平旋转雷达天线（6），同时将方位同步信息发送至主机（7）。当完成一圈水平旋转后，ARM 控制器（1）控制垂直伺服电机（5）进行垂直方向上的调整，同时将垂直同步信息发送至主机（7）。循环以上两步，直到雷达天线（6）扫描抵达终端位置，完成一次扫描。

图 3 描述的是 FPGA 处理器（2）的详细工作流程 ：FPAG 处理器（2）通过 PC104 接口连接到工业主板（10）上，同时通过 RS485 串口连接 ARM 控制器（1）进行数据通信，通过同轴电缆连接雷达中频放大器（3）获取雷达视频信号。工业主板（10）通过 VGA 接口连接显示器（8），通过 USB 接口连接控制键盘（9）。FPGA 处理器（2）等待用户通过主板（10）发送发射指令。获取发射指令后，FPGA 处理器（2）进行初始化，同时将指令通过串口发送至 ARM 控 制器（1）。等待 ARM 控制器（1）反馈收发机状态 ：如果反馈出错信息，FPGA 处理器（2）将错误信息通过主机（1）显示 ；如果成功发射雷达，FPGA 处理器（2）等待 ARM 控制器（1）的同步信息。根据 ARM 控制器（1）的同步信息，FPGA 处理器（2）对雷达图像信号进行采集、坐标转换，并根据位置信息存入三维数据库。当完成完整的一次数据采集后，FPGA 处理器（2）将 3D 数据库中的雷达目标数据进行三维建模，然后将建模投影在显示内存上，完成雷达目标的三维显示。

至此，整个发明过程结束。