一种自适应目标检测方法及装置与流程

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种自适应目标检测方法及装置。

背景技术：

随着雷达技术的发展，船用导航雷达作为现代航海船舶关键设备得到了迅速的发展。在海杂波背景下的目标检测是直接影响船用导航雷达性能的关键技术。二战以后，国内外许多学者研究海杂波特性，对其建模和仿真，常用的分布模型有瑞利(Rayleigh)分布、韦布尔(Weibull)分布、对数正态(Lognormal)分布、K分布模型。

在实现本发明过程中，发明人发现现有的海上目标检测方法至少存在以下问题：海杂波受环境影响比较大，由于受到风力、风向、重力、洋流、气候等因素的影响，海面情况比较复杂且变化多样，无法由一种模型来准确说明海杂波的特性。因此，需要寻找有效的方法来描述海杂波特性，进而为海上目标检测提供有效的途径。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了一种自适应目标检测方法及装置，通过根据实际回波统计得到回波数据的阈值，并随着实际海面情况，自适应的调整该阈值，实现海杂波特性的准确描述，进而准确地实现海上目标检测。

本发明的一个方面，提供了一种自适应目标检测方法，包括：

对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值；

获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值；

将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

可选地，在所述对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分之前，所述方法还包括：

对每一帧雷达回波数据进行平滑滤波处理。

可选地，所述获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值，包括：

获取每一区域中各个采样点在各个数据帧对应的雷达回波数据的幅度值的平均值，将所述平均值作为各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

可选地，所述方法还包括：

根据各个区域的雷达回波数据的当前阈值和前一帧阈值以及对应的阈值加权因子对每一区域的雷达回波数据的当前阈值进行调整。

可选地，在所述将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号之后，所述方法还包括：

将当前阈值处理后的雷达回波数据与之前两帧阈值处理后的雷达回波数据对应的采样点进行相关处理，当三帧数据帧对应采样点的雷达回波数据的幅度值中至少有两帧幅度值大于预设值时保留该采样点的雷达回波数据；

将当前阈值处理后的同一扫描线采样点的雷达回波数据进行中值滤波处理。

本发明的另一个方面，提供了一种自适应目标检测装置，包括：

第一获取单元，用于对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值；

第二获取单元，用于获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值；

检测单元，用于将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

可选地，所述装置还包括：

预处理单元，用于在所述对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分之前，对每一帧雷达回波数据进行平滑滤波处理。

可选地，所述第一获取单元，具体用于获取每一区域中各个采样点在各个数据帧对应的雷达回波数据的幅度值的平均值，将所述平均值作为各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

可选地，所述装置还包括：

阈值调整单元，用于根据各个区域的雷达回波数据的当前阈值和前一帧阈值以及对应的阈值加权因子对每一区域的雷达回波数据的当前阈值进行调整。

可选地，所述检测单元，还用于在将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号之后，将当前阈值处理后的雷达回波数据与之前两帧阈值处理后的雷达回波数据对应的采样点进行相关处理，当三帧数据帧对应采样点的雷达回波数据的幅度值中至少有两帧幅度值大于预设值时保留该采样点的雷达回波数据；将当前阈值处理后的同一扫描线采样点的雷达回波数据进行中值滤波处理。

本发明实施例提供的自适应目标检测方法及装置，通过根据实际雷达回波数据统计得到回波数据的当前阈值，并基于得到的当前阈值确定当前雷达回波数据的背景噪声，以从当前雷达回波数据中检测出目标信号，本发明不用预先根据海况设置杂波等级，也不用事先预测服从哪种分布，通过根据实际雷达回波数据统计，并随着实际海面情况，自适应的调整当前阈值，实现海杂波特性的准确描述，进而准确地实现海上目标检测。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的一种自适应目标检测方法的流程图；

图2为本发明另一实施例的一种自适应目标检测方法的流程图；

图3为本发明实施例中回波数据平滑处理的示意图；

图4为本发明实施例中原始回波数据与拟合的阈值的对比示意图；

图5(a)为本发明实施例中原始回波数据的回波图像；

图5(b)为本发明实施例中处理后的回波数据的回波图像；

图6为本发明实施例的一种自适应目标检测装置的结构示意图；

图7为本发明另一实施例的一种自适应目标检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为了解决现有技术中在海上目标检测时由某一种数学模型对海杂波特性，进行建模和仿真，导致的目标检测不准确或漏检问题，本发明实施例提出一种自适应目标检测方法及装置。

图1示意性示出了本发明一个实施例的自适应目标检测方法的流程图。参照图1，本发明实施例的自适应目标检测方法具体包括以下步骤：

S11、对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

S12、获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值。

S13、将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

本发明实施例提供的自适应目标检测方法，通过根据实际雷达回波数据统计得到回波数据的当前阈值，并基于得到的当前阈值确定当前雷达回波数据的背景噪声，以从当前雷达回波数据中检测出目标信号，本发明不用预先根据海况设置杂波等级，也不用事先预测服从哪种分布，通过根据实际雷达回波数据统计，并随着实际海面情况，自适应的调整当前阈值，实现海杂波特性的准确描述，进而准确地实现海上目标检测。

图2示意性示出了本发明另一实施例的自适应目标检测方法的流程图。参照图2，本发明实施例的自适应目标检测方法具体包括以下步骤：

S10、对每一帧雷达回波数据进行平滑滤波处理。

本发明实施例中，通过对每一帧雷达回波数据进行平滑处理，可以抑制接收机内电路的热噪声。具体的，设S_ij为第i条扫描线第j采样点的幅度值，则该采样点平滑后的幅度值见式(1)所示：

即当前回波点周围N₁个回波幅度值的平均值。

S11、对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

本步骤中，所述获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值，具体包括：获取每一区域中各个采样点在各个数据帧对应的雷达回波数据的幅度值的平均值，将所述平均值作为各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

本实施例中，通过对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行分区，并计算每个区域幅度均值，将每个区域幅度均值作为该区域的雷达回波数据的幅度值。具体的分区方法是：方位上N_S等分，距离上每N_R个采样点为一个单元，设海杂波最远作用距离为L，则一共有N＝N_S×(L/N_R)个单元。对每个单元的回波数据幅度求平均，即其中，S_ij为第i条扫描线第j距离点的幅度值。

S12、获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值。

本实施例中，通过录取连续多个数据帧对应的雷达回波数据E_k(k＝1,2,...,M)。对每一帧雷达回波数据采用步骤S11求平均再把各数据帧对应区域的平均值求平均得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值

S13、将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

本实施例中，采用最小二乘滤波法对方位方向的各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，得到阈值Thr_i,j，如式(2)-式(4)所示：

Thr_i,j＝β₀+β₁D_i,j (2)

式中，l——滤波步长。

然后，通过上述方法计算得到阈值Thr_i,j，对回波数据进行阈值判断，保留大于阈值的雷达回波数据，去除小于阈值的雷达回波数据，以实现从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

本实施例中，所述方法还包括：根据各个区域的雷达回波数据的当前阈值和前一帧阈值以及对应的阈值加权因子对每一区域的雷达回波数据的当前阈值进行调整。

具体的，阈值更新方法，如式(5)所示

Thr(n)＝Thr(n)×(1-α)+Thr(n-1)×α (5)

式中，n——当前帧阈值，n-1——前一帧阈值，α——阈值加权因子，α∈(0,1)。

进一步地，在所述将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号之后，所述方法还包括：

将当前阈值处理后的雷达回波数据与之前两帧阈值处理后的雷达回波数据对应的采样点进行相关处理，当三帧数据帧对应采样点的雷达回波数据的幅度值中至少有两帧幅度值大于预设值时保留该采样点的雷达回波数据；

将当前阈值处理后的同一扫描线采样点的雷达回波数据进行中值滤波处理。

下面通过一个具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

首先，对回波数据进行平滑处理。

因为回波点与其同方位相邻回波点和相同距离相邻方位的回波点最相关，因此取这些点做平均，如图3所示。第i条扫描线第j采样点的平滑后的幅度值为设在同方位上邻近左右各取l₁个点，同距离邻近方位各取l₂，则其具体的计算方法是式(1)的变形，见式(6)所示：

且平均计算不考虑待平滑的点。本发明实施例中l₁＝3，l₂＝2。

然后，对雷达回波数据进行分区。

方位上分128等份，距离上每30m为一份，即每个区域方位上占2.81°，距离上占30m。设海杂波最远作用距离为8NM，因为每个距离采样点是3.75m，因此L＝8×1852≈14816，则一共有N＝128×(L/30)＝63232个区域；

按照公式(2)计算每个区域的幅度平均值A_ij；

对下一帧回波视频数据进行处理，得到该帧的幅度平均值。连续5帧如此处理，再把这些幅度平均值累加后求平均得到D_ij。如图4所示，通过真实的导航雷达回波视频数据计算得到的，Origin曲线是第6帧回波中第一条扫描线数据，D曲线是通过上述方法计算得到的第一方位区域的平均曲线，再把曲线上每一个点扩展为8(＝30/3.75)个点。对比两条曲线可以看出，通过平均后的数据保留回波的整体变化趋势，去除了部分高频分量。通过此条曲线可以提取出图中的明显的目标。但是，平均后的D曲线还是存在小范围的震荡，一些回波幅度弱的小目标可能被抑制掉，出现漏检现象，为此进行下一步处理；

通过公式(2)～公式(4)，对D_ij进行局部拟合。本发明实施例中l设为20，图4中Thr曲线是最小二乘算法拟合后的阈值，对比Origin曲线和D曲线，可以看出拟合后的阈值体现了回波的背景噪声，可以把目标检测出来。

采用计算得到的阈值与回波数据进行对比。

如果时，则保留该回波点的数据，否则，当时，该点的幅度值置0，处理后得到数据Y_ij。帧间存在相关性，因此当前帧的阈值不但与当前计算的阈值有关也与之前计算的阈值有关，如式(5)所示，其中阈值加权因子α由经验得到，本发明实施例中，α可选择0.3。从图4中可以看到，Thr曲线上面的回波有属于目标的信号，也有属于杂波的。为了抑制这些杂波，通过后期处理进行抑制。

在具体实施例中，后期数据处理分两步：

a)帧间相关。当前帧阈值处理后回波数据与之前两帧阈值处理后的数据对应点求相关，当三帧对应位置点回波数据幅度值中至少有两帧幅度值大于0，即如式(7)所示：

Y_ij(n)>0&Y_ij(n-1)>0||Y_ij(n)>0&Y_ij(n-2)>0||Y_ij(n-1)>0&Y_ij(n-2)>0 (7)

则该点幅度值保留，否则，该点幅度值置0：

b)扫描线相关。上述处理后数据每个点的幅度值通过对相同方位左边l个点和右边l个点进行排序，取中间值作为该点的幅度值如式(8)所示：

中值滤波处理后，可以去除孤立的回波数据，且不会造成目标边缘扩展的现象。

为了验证效果，把上述过程用MATLAB实现，用本司船用导航雷达原始数据进行处理，图5(a)-图5(b)是处理前后的对比效果图。图5(a)是原始回波视频图像，图5(b)是处理后的回波图像。对比两幅图像看出，通过本发明能够将所有目标都正确的检测出来，而且抑制了大部分杂波。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

图6示意性示出了本发明一个实施例的自适应目标检测装置的结构示意图。参照图6，本发明实施例的视频直播的开播提醒装置具体包括第一获取单元601、第二获取单元602以及检测单元603，其中，所述的第一获取单元601，用于对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值；所述的第二获取单元602，用于获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值；所述的检测单元603，用于将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

在本发明的一个可选实施例中，如图7所示，所述装置还包括预处理单元600，所述的预处理单元600，用于在所述对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分之前，对每一帧雷达回波数据进行平滑滤波处理。

在本发明的一个可选实施例中，所述第一获取单元601，具体用于获取每一区域中各个采样点在各个数据帧对应的雷达回波数据的幅度值的平均值，将所述平均值作为各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值。

在本发明的一个可选实施例中，所述装置还包括附图中未示出的阈值调整单元，所述的阈值调整单元，用于根据各个区域的雷达回波数据的当前阈值和前一帧阈值以及对应的阈值加权因子对每一区域的雷达回波数据的当前阈值进行调整。

在本发明的一个可选实施例中，所述检测单元603，还用于在将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号之后，将当前阈值处理后的雷达回波数据与之前两帧阈值处理后的雷达回波数据对应的采样点进行相关处理，当三帧数据帧对应采样点的雷达回波数据的幅度值中至少有两帧幅度值大于预设值时保留该采样点的雷达回波数据；并将当前阈值处理后的同一扫描线采样点的雷达回波数据进行中值滤波处理。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

此外，本发明另一实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：壳体、处理器、存储器、电路板和电源电路，其中，所述电路板安置在所述壳体围成的空间内部，所述处理器和所述存储器设置在所述电路板上；所述电源电路，用于为所述电子设备的各个电路或器件供电；所述存储器用于存储可执行程序代码；所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于执行以下步骤：对同一地理位置的每一帧雷达回波数据进行区域划分，获取各个区域在不同数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值；获取每一区域在连续多个数据帧对应的雷达回波数据中的幅度值的均值，得到各个区域的雷达回波数据的当前阈值；将所述各个区域的雷达回波数据的当前阈值进行拟合，将拟合结果作为当前雷达回波数据的背景噪声，从当前雷达回波数据中检测出目标信号。

本发明实施例提供的自适应目标检测方法及装置，通过根据实际雷达回波数据统计得到回波数据的当前阈值，并基于得到的当前阈值确定当前雷达回波数据的背景噪声，以从当前雷达回波数据中检测出目标信号，本发明不用预先根据海况设置杂波等级，也不用事先预测服从哪种分布，通过根据实际雷达回波数据统计，并随着实际海面情况，自适应的调整当前阈值，实现海杂波特性的准确描述，进而准确地实现海上目标检测。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。