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专利名称：一种船载导航雷达目标的3d建模方法
技术领域：
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，视屏信号经过杂波抑制、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，各研究院所和厂家多做了很多努力，但无法在根本上解决目标清晰度的问题。另一方面，传统导航雷达目标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。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过船载导航雷达3D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3D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3D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3D建模；步骤f 将3D模型投影在显示内存中，实现图像显不。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3D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处理之间的同步，可实现高效的3D坐标同步和转换。


图1是本发明的系统架构图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处理器的工作流程其中图1 :1 一ARM控制器；2 — FPGA处理器；3—雷达中频信号放大器；4一水平伺服电机；5—垂直伺服电机；6—雷达天线；7—主机；8—显示器；9一控制键盘；10—工业主板。
具体实施例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3D数据库中作匹配，并进行存储。当完成一圈扫描后，FPGA将3D数据库中的目标信息，通过3D坐标转换，投影在屏幕显存中，完成雷达目标的3D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12C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3D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3D建模，然后将建模投影在显示内存上，完成雷达目标的3D显不。 至此，整个发明过程结束。
权利要求
1.一种船载导航雷达目标的3D建模方法，包括ARM控制器(1)、FPGA处理器(2)、雷达中频信号放大器(3)、水平伺服电机(4)、垂直伺服电机(5)、雷达天线(6)、主机(7)、显示器 (8)、键盘(9)和工业主板(10)。
2.根据权利要求1所述的一种船载导航雷达目标的3D建模方法，其特征在于所述的 ARM控制器(1)通过无刷电机控制板与水平伺服电机(4 )、垂直伺服电机(5 )相连，通过12C 总线利用同轴电缆与雷达中频信号放大器(3)相连，通过RS485串口与FPGA处理器(2)相连。
3.根据权利要求1、权利要求2所述的一种船载导航雷达目标的3D建模方法，其特征在于所述的FPGA处理器(2)通过PC104接口连接到工业主板(10)上。
4.根据权利要求1、权利要求3所述的一种船载导航雷达目标的3D建模方法，其特征在于所述的工业主板(10)通过VGA接口与显示器(8)相连，通过USB接口与控制键盘(9) 相连。
5.根据权利要求1、权利要求2所述的一种船载导航雷达目标的3D建模方法，其特征在于所述的ARM控制器(1)的工作步骤如下步骤a 等待主机(7)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(6)的起始扫描位置，并向主机(7)反馈同步信号； 步骤d:依照主机(7)的扫描速度指令，完成一次水平方向的扫描，并向主机(7)发送同步信号；步骤e 调整雷达天线(6)的垂直位置，重复水平方向扫描，并向主机(7)发送同步信号；步骤f:重复步骤e，直至雷达天线(6)的终端位置，并向主机(7)反馈同步信号。
6.根据权利要求1、权利要求3所述的一种船载导航雷达目标的3D建模方法，其特征在于所述的FPGA处理器(2)的工作步骤如下步骤a 根据用户的指令，向ARM控制器(1)发送雷达发射指令； 步骤b 根据ARM控制器(1)反馈的同步信号，初始化3D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3D建模； 步骤f 将3D模型投影在显示内存中，实现图像显示。
全文摘要
一种船载导航雷达目标的3D建模方法，包括ARM控制器(1)、FPGA处理器(2)、雷达中频信号放大器(3)、水平伺服电机(4)、垂直伺服电机(5)、雷达天线(6)、主机(7)、显示器(8)、键盘(9)和工业主板(10)。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，并且通过3D模型的显示模式，可以更加直观的体现目标的客观形态。同时通过ARM控制器和FPGA处理之间的同步，可实现高效的3D坐标同步和转换。
文档编号G01S7/02GK102508208SQ20111035232
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者张旭升, 杨大宁, 黄辉 申请人:镇江光宁航海电子科技有限公司