一种基于图像化地理信息的雷达目标位置分析方法与流程

本发明属于目标位置分析技术领域，特别涉及一种基于图像化地理信息的雷达目标位置分析方法。

背景技术：

对于平面上点与简单多边形包含关系的判定是计算机图形学的一个基本算法，在计算机图形处理、模式识别、CAD及科学计算可视化中应用广泛。在雷达值班系统中，目标与所给定区域位置关系的判别同样有着广泛的应用需求，是目标告警及行为分析的基础，比如海上目标与禁航区、禁锚区的位置关系，空中目标与禁飞区的位置关系等。

对于多边形内外点判断的研究已经有许多经典算法，比如射线法、叉乘判别法和角度和判别法等，其中射线法应用最为广泛：从检测点作一条射线至无穷远，求射线与多边形的交点，若交点个数为奇数，则点在多边形内，否则点在多边形外。射线法中存在大量求交运算，且对于临界情况需要对其进行特殊处理，存在运算量大且稳定性不理想的问题。叉乘判别法是将平面按照多边形的每一个边分为左右两边，若点在所有边的同一边(叉积后的符号判断)，那么点在多边形内部，但该方法只适用于凸多边形，局限性大。角度和判别法是以被测点为原点，按照顺序计算转动到对每个多边形顶点的角度，最后对角度和进行判断，需要计算大量反三角函数，时间复杂性较大。

近年来，许多基于这些经典算法的改进算法被提出，这些算法主要从可靠性、计算量等方面进行了改进，但仍需对多边形的每条边进行处理。对于雷达目标而言，存在目标数量多、数据更新较快的特点，实际使用时多边形区域可能存在多个，且区域复杂度较高，即多边形顶点多，所以对应的需要处理的位置点判断计算量较大，存在应用时计算效率的问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高效快速的实现目标位置的比对，以及对目标位置的统计，具很好的通用性的基于图像化地理信息的雷达目标位置分析方法。

技术方案：本发明提供了一种基于图像化地理信息的目标位置分析方法，包括以下步骤：

步骤1：设置参数值；包括雷达威力范围、索引图像大小、区域种类个数和每个区域边界的参考点；

步骤2：按照步骤1设置的参数，创建索引图像和区域数据区；索引图像与区域数据区相互对应；

步骤3：分别按照区域种类，结合每个种类区域边界的参考点将不同种类的区域以图形的形式绘制在索引图像上，并根据索引图像实现对区域数据区内数据的编辑，其中，所述区域数据区是以比特集(bitset)形式存在的数据，索引图像的每个像素位置在所述区域数据区均对应存储一条比特集序列，其中每条比特集序列中每一个比特位依次代表一种区域种类在该位置的状态；

步骤4：根据目标的位置信息，结合公式计算得到目标对应的索引图像中的位置(x目标，y目标)，根据索引图像中的位置找到区域数据区中对应数据，根据找到的区域数据区中对应的数据判断得到目标是否在相关区域内，从而完成目标位置的分析。

进一步，还包括统计数据区，建立与索引图像对应的统计数据区，其中，索引图像的每个像素位置在所述统计数据区均对应存储一个统计数据；根据目标在索引图像中的对应位置，将对应的统计数据区内的数据进行累加；对统计数据区数据进行归一化处理，结合设置的渐变颜色，根据公式

V＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)；Color＝V(Colormax-Colormin)+Colormin将数据转化成图像颜色数据，并显示；其中，V为某像素对应统计数据值，Vmin为统计数据最小值，Vmax为统计数据最大值，Colormin为低谷颜色值，Colormax为高峰颜色值。这样就实现了目标位置数据的统计和图像化输出显示，可以更加直观的知道目标在每个位置出现的次数。

进一步，所述步骤3中具体包括以下步骤：

步骤31：对索引图像数据初始化，将索引图像中的像素全部置为0；

步骤32：取第i种区域的第j个边界参考点的位置信息方位为θij，距离为ρij，根据公式计算获得第i种区域的第j个边界参考点在索引图像中的位置为(xij，yij)，其中，xij表示第i种区域的第j个边界参考点在索引图像中的横坐标，yij表示第i种区域的第j个边界参考点在索引图像中的纵坐标，W为索引图像的边长，R为雷达威力范围；

步骤33：重复步骤32完成对第i种区域类型中所有区域边界参考点的定位，并根据所有区域边界参考点完成区域在索引图像的封闭图形绘制，封闭图形区域内像素全部置为1；

步骤34：遍历索引图像，对值为1的像素点(x,y)，找到对应的区域数据区D[y][x]，将区域数据区D[y][x]中存储的比特集序列中第i位比特设置为1；其中，x表示索引图像中像素点的横坐标，y表示索引图像中像素点的横坐标；

步骤35：重复步骤31～34完成对所有种类区域的信息数据转化。

进一步，所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤41：根据雷达目标位置(ρ目标,θ目标)，根据公式计算得到雷达目标对应在索引图像中的位置(x目标,y目标)，并根据索引图像中的位置(x目标,y目标)找到在区域数据区中找到对应比特集序列；

步骤42：遍历步骤41中得到的比特集序列的所有比特位，如果第i位的值值为1，则表明目标处于第i种区域范围内。

工作原理：本发明是一种基于图像化地理信息，将区域信息转化到由图像索引的数据信息，避免了常规判别法中大量的数学运算，高效快速的实现目标位置的比对，以及对目标位置的统计，同时具很好的通用性。该方法首先根据雷达目标位置特性，将威力范围的地理信息以一定的对应关系映射到图像数据，并以图像像素位置为索引创建对应的区域数据区和统计数据区；根据实际需求在图像上编辑区域信息，并在区域数据区更新区域数据；应用时将目标地理坐标信息映射到图像数据中，并获取该图像位置对应的区域数据区的数据，根据数据值判断目标与相关区域的位置关系；同时可以对统计数据区进行计数更新，归一化后形成统计图。本技术可在多种两坐标雷达显控终端中使用，如：对海对空警戒雷达、船用导航雷达、港口监视雷达等雷达显控终端。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)通过将区域信息图像化处理，将地理位置的比对转化为图像位置的比对，简化了判断流程，降低了计算复杂度；(2)在区域转化为图像信息后，后续无需涉及区域位置信息，根据目标所在图像位置索引即可判断，减少了计算量，提高了效率；(3)本发明还提供了目标位置的统计，并能够形成统计图，为后续区域分析等提供支持，实现区域监控、报警、统计等功能。

附图说明

图1为本发明工作流程图；

图2为本发明中数据区创建示意图；

图3为雷达位置转换图像位置示意图；

图4为区域数据区填充示意图；

图5为航迹统计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，本发明基于图像化地理信息的雷达目标位置分析方法，具体包括如下步骤：

步骤1：设置参数，如雷达威力范围R、索引图像大小W×W、区域种类个数N；其中，索引图像为正方形，涵盖雷达威力范围，所以，W/2>R。

步骤2：如图2所示，按照步骤1设置的参数，创建索引图像以及数据区，索引图像分别与区域数据区和统计数据区相互对应；其中，创建的具体步骤为：

步骤21：创建索引图像I，大小为W×W，图像的中心位置对应于雷达位置，根据公式2R/W计算每个像素代表的距离；

步骤22：创建区域数据区D，区域数据区在与索引图像中每个像素位置对应存储一条比特集序列数据，即根据索引图像中的像素位置(x,y)对应存储一条比特集序列，以每个像素的横、纵坐标作为区域数据的索引条件，其中每条比特集序列中的位数与种类个数对应，并依次排列；在计算机中，数据一般以字节(8位)存放，所以区域数据区中每个数据大小选取为NA＝ceil(N/8)，ceil为返回不小于指定表达式的最小整数，数据的每一位都对应于一种区域种类，整个区域数据区的大小为W×W×NA，对数据进行初始化；

步骤23：创建统计数据区DT，统计数据区在与索引图像中每个像素位置对应存储一个统计数据，以每个像素的横、纵坐标作为统计数据的索引条件，统计数据大小为NT字节，NT的大小满足实际应用场景的最大数据承载，一般选取2个字节，NT的最大值为65535即可，整个统计数据区的大小为W×W×NT，对数据进行初始化；

步骤3：分别按照区域种类，结合每个种类区域边界的参考点将不同种类的区域以图形的形式绘制在索引图像上，并根据索引图像实现对区域数据区内数据的编辑，其中，所述区域数据区是以比特集(bitset)形式存在的数据，索引图像的每个像素位置在所述区域数据区均对应存储一条比特集序列，其中每条比特集序列中每一个比特位依次代表一种区域种类在该位置的状态；具体步骤为：

步骤31：对索引图像数据初始化，将索引图像中的像素全部置为0；

步骤32：如图3所示，取第i种区域的第j个边界参考点的位置信息方位为θij，距离为ρij，根据公式计算获得第i种区域的第j个边界参考点在索引图像中的位置为(xij,yij)，其中W为索引图像的边长，R为雷达威力范围；

步骤33：复步骤32完成对第i种区域类型中所有区域边界参考点的定位，并根据所有区域边界参考点完成区域在索引图像的封闭图形绘制，封闭图形区域内像素全部置为1；

步骤34：如图4所示，遍历索引图像I，对值为1的像素点(x,y)，找到对应的区域数据区D[y][x]，将区域数据区D[y][x]中存储的比特集序列中第i位比特设置为1；其中，x表示索引图像的横坐标，y表示索引图像的横坐标；

步骤35：重复步骤31～34完成对所有种类区域的信息数据转化。

步骤4：根据目标的位置信息，结合公式计算得到目标对应的索引图像中的位置(x目标,y目标)，根据索引图像中的位置找到区域数据区中对应数据，根据找到的区域数据区中对应的数据判断得到目标是否在相关区域内，从而完成目标位置的分析，具体步骤为：

步骤41：根据雷达目标位置(ρ目标,θ目标)，根据公式计算得到雷达目标对应在索引图像中的位置(x目标,y目标)，并根据索引图像中的位置(x目标,y目标)找到在区域数据区中找到对应比特集序列；

步骤42：遍历步骤41中得到的比特集序列的所有比特位，如果第i位的值值为1，则表明目标处于第i种区域范围内；

步骤5：根据在步骤4中已计算得到雷达目标对应在索引图像中的位置(x目标,y目标)，在统计数据区中找到对应的统计数据，并对该数值进行计数累加，即数值加1；

步骤6：对统计数据区中所有数据进行归一化处理，结合设置的渐变颜色，根据公式将数据转化成图像颜色数据，并显示；其中，V为某像素对应统计数据值，Vmin为统计数据最小值，Vmax为统计数据最大值，Colormin为低谷颜色值，Colormax为高峰颜色值，高峰颜色和低谷颜色可根据实际需求设定，但不能相同，可选取对比明显的颜色值。

实施例

以普遍使用的警戒雷达为例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

假设具体内容如下：

(1)设置参数值，雷达威力范围R＝200km、索引图像I的边长W＝2000、区域种类个数N＝2。

(2)创建索引图像I，大小为2000×2000，对于每个像素代表的距离为2R/W＝2×200/2000＝0.2km；创建数据区，区域数据区D的数据大小选取为NA＝1，即采用一个字节，整个区域数据区的大小为2000×2000×1，统计数据区DT的数据大小选取为NT＝1，整个统计数据区的大小为2000×2000×1，对数据区进行初始化，全部置0。

(3)根据设置参数，位置转化公式可以具体为

利用公式计算可得，禁航区参考点图像位置为(717，1283)、(576，1424)，禁锚区参考点图像位置为(1283，1283)、(1424，1424)。

首先对索引图像进行初始化，全部置0，然后根据禁航区参考点，在索引图像中绘制封闭的区域图形，并对封闭区域内的像素填充，值为1。

遍历索引图像，对像素值为1的位置，对应的将区域数据区数据的第一个bit位设置为1。

同样的方法，完成对禁锚区的转换，不同的是禁锚区对应于区域数据区数据的第二个bit位。

(4)已知某目标的位置ρ＝100km，θ＝130°，利用位置转化公式计算得到该目标在索引图像中的位置为x＝1383，y＝1321。读取区域数据区的数据D[1321][1383]，如图4所示，得到的数据值为10(二进制)，第一个bit位为0，第二个bit位为1，对应的就可以判断出，该目标位置不在禁航区，但处在禁锚区。

(5)获取统计数据区的数据DT[1321][1383]，对该数值加1。

(6)对于单个目标数据的统计并没有意义，在本实例中在方位0°～90°，距离90～120km范围内模拟了200批目标作随机直线折返运动。最后统计时，统计数据最小值Vmin为0，统计数据最大值Vmax为50。如某位置的统计数据为22，则

V＝(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)＝(22-0)/(50-0)＝0.44

Color＝0.44×([255,255,255]-[0,0,0])+[0,0,0]＝[122,122,122]

如此计算获得所有图像像素点的颜色值，并形成图像显示输出，如图5所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。