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专利号: 2019113098890
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法,其特征在于:包括如下具体步骤:

步骤1:将雷达基数据文件中雷达体扫的仰角编号定义为α,α的取值范围为[0,max_α],max_α表示雷达体扫的最大仰角编号;α的初始值为0,即α=0;将高通滤波阈值定义为Filt_A,Filt_A的取值范围为0至100的正整数,Filt_A的初始值为[60,100]之间任一正整数;

步骤2:读取待分析的雷达基数据文件,从该文件中提取仰角编号为α的基本反射率数据R(α);

步骤3:将R(α)由极坐标形式转换为平面直角坐标形式,记为RP(α,x,y),其中,α为仰角编号,x和y分别为雷达探测点的横坐标和纵坐标,雷达探测点以下称为像素;

步骤4:将RP(α,x,y)中的基本反射率数据进行高通滤波处理,高通滤波阈值为Filt_A;

经高通滤波处理后的基本反射率数据记为RPF(α,x,y);

步骤5:对RPF(α,x,y)进行二值化处理,将被步骤4高通滤波过滤的像素值设为0,未被过滤的像素值设为1,记为RPFB(α,x,y);

步骤6:对RPFB(α,x,y)进行降噪处理,剔除孤立的杂波点,以及经高通滤波过滤后形成的孤立点;

步骤7:从RPFBD(α,x,y)中识别目标物的中轴线,具体步骤如下:

步骤7.1:依次分析RPFBD(α,x,y)中每个像素值,如果当前像素值为0,则令该像素的中轴线识别值为0,继续分析下一个像素;如果当前像素值为1,则统计与之紧相邻的8个像素中,像素值为1的像素数量C1,如果C1=3,则令该像素的中轴线识别值为0,并继续分析下一像素值;如果C1≠3,则令该像素的中轴线识别值为1,并继续分析下一像素值;当RPFBD(α,x,y)中每个像素值都分析完成后,将每一像素的中轴线识别值替换像素值,输出结果为RPFBD_k1(α,x,y);

步骤7.2:依次分析RPFBD_k1(α,x,y)中每个像素值,如果当前像素值为0,则令该像素的中轴线识别值为0,继续分析下一个像素;如果当前像素值为1,则统计与之紧相邻的8个像素中,像素值为1的像素数量C2,如果C2∈[3,4],则令该像素的中轴线识别值为0,并继续分析下一像素值;如果 则令该像素的中轴线识别值为1,并继续分析下一像素值;

当RPFBD_k1(α,x,y)中每个像素值都分析完成后,将每一像素的中轴线识别值替换像素值,输出结果记为RPFBD_k2(α,x,y);

步骤7.3:依次分析RPFBD_k2(α,x,y)中每个像素值,如果当前像素值为0,则令该像素的中轴线识别值为0,继续分析下一个像素;如果当前像素值为1,则统计与之紧相邻的8个像素中,像素值为1的像素数量C3,如果C3∈[3,4,5],则令该像素的中轴线识别值为0,并继续分析下一像素值;如果 则令该像素的中轴线识别值为1,并继续分析下一像素值;当RPFBD_k2(α,x,y)中每个像素值都分析完成后,将每一像素的中轴线识别值替换像素值,输出结果记为RPFBD_k3(α,x,y);

步骤7.4:依次分析RPFBD_k3(α,x,y)中每个像素值,如果当前像素值为0,则令该像素的中轴线识别值为0,继续分析下一个像素;如果当前像素值为1,则统计与之紧相邻的8个像素中,像素值为1的像素数量C4,如果C4∈[3,4,5,6],则令该像素的中轴线识别值为0,并继续分析下一像素值;如果 则令该像素的中轴线识别值为1,并继续分析下一像素值;当RPFBD_k3(α,x,y)中每个像素值都分析完成后,将每一像素的中轴线识别值替换像素值,输出结果记为RPFBD_k4(α,x,y);

步骤7.5:依次分析RPFBD_k4(α,x,y)中每个像素值,如果当前像素值为0,则令该像素的中轴线识别值为0,继续分析下一个像素;如果当前像素值为1,则统计与之紧相邻的8个像素中,像素值为1的像素数量C5,如果C5∈[3,4,5,6,7],则令该像素的中轴线识别值为0,并继续分析下一像素值;如果 则令该像素的中轴线识别值为1,并继续分析下一像素值;当RPFBD_k4(α,x,y)中每个像素值都分析完成后,将每一像素的中轴线识别值替换像素值,输出结果记为RPFBD_k5(α,x,y);

步骤7.6:对RPFBD_k5(α,x,y),按步骤7.1~步骤7.5中的方法进行多轮迭代处理,将上一轮的RPFBD_k5(α,x,y)作为下一轮中步骤7.1的RPFBD(α,x,y),直到不再有新的像素值被置为0,则停止迭代,输出结果记为RPFBD_kn(α,x,y);

步骤8:判断RPFBD_kn(α,x,y)中是否存在飑线;

步骤9:定义数据集Rlt以及计数器FN,其中FN的初始值为0;

如果步骤8中RPFBD_kn(α,x,y)存在飑线,则将数据组[α,Filt_A,FN]记录到数据集Rlt中,并进入步骤10;如果步骤8中不存在飑线,则先令计数器FN=FN+1,高通滤波阈值Filt_A=Filt_A–FN×Filt_B,其中,Filt_B是一个定值参数,取1至10的正整数;再判断Filt_A和定值参数Filt_N的大小,如果Filt_A≥Filt_N,则返回步骤4;反之,如果Filt_A

步骤10:令仰角编号α=α+1,高通滤波阈值Filt_A重置为初始值,返回步骤2,继续按步骤2至步骤9的方法进行处理,直到α=max_α,进入步骤10;

步骤11:分析数据集Rlt,如果数据集Rlt为空,则步骤2中待分析的雷达基数据文件未识别出飑线;如果数据集Rlt不为空,则步骤2中待分析的雷达基数据文件识别出了飑线,且数据集Rlt中所记录的数据组数越多,飑线特征越强烈;Rlt中所记录的数据组[α,Filt_A,FN]中FN的数值越小,表明该仰角面上飑线特征越强,反之,飑线特征越弱。

2.根据权利要求1所述的雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法,其特征在于:

步骤6中所述降噪处理的具体步骤法为:

步骤6.1:从RPFB(α,0,0)开始,划定一个边长为SL的正方形区域,分别统计该正方形区域内像素值为0和像素值为1的像素数量,分别记为Stat_0和Stat_1;其中,SL为正整数且SL∈[3,50];

步骤6.2:如果Stat_0>k×Stat_1,则将该正方形区域内所有像素值设为0;反之,则将该正方形区域内所有像素值设为1,其中,k为经验阈值,k∈[0.1,10];

步骤6.3:以SL为步长,向右或向下滑动所述正方形区域,重复步骤6.1和6.2的处理过程,直到RPFB(α,x,y)中所有区域都经过步骤6.1和步骤6.2的处理,处理后的结果记为RPFBD(α,x,y)。

3.根据权利要求2所述的雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法,其特征在于:

步骤8中判断是否存在飑线的具体步骤如下:

步骤8.1:采用法线式定义一条直线r(x',y',ω)=x'·cos(ω)+y'·sin(ω),其中,r表示从坐标原点到直线的最短距离,r最大值的绝对值为最接近RPFBD_kn(α,x,y)所对应的图像的对角线长度的整数;ω表示直线与X轴正方向的夹角,ω∈[0°,180°),(x',y')表示平面直角坐标系中的点;

步骤8.2:以ω_i为横向的单位步长,并以r_i为纵向的单位步长,构建一个二维矩阵MAT[p,q],其中,p表示行,p∈[-n·r-i,-(n-1)·r_i,…,-2·r_i,-r_i,0,r_i,2r_i,…,(n-1)·r_i,n·r_i],q表示列,q∈[0,ω_i,2ω_i,3ω_i,…,180-ω_i];MAT[p,q]中所有单元的初值均为0;ω_i为直线与X轴正方向的夹角划分的粒度,ω_i取可以整除180的正整数;同理,r_i为直线到原点之间最短距离被划分的粒度,n·r_i和-n·r_i分别表示MAT纵向上的最大刻度和最小刻度,r_i的取值为1、2、5或大于5的整数,同时n·r_i的取值最接近RPFBD_kn(α,x,y)所对应的图像的对角线长度且能被r_i整除;

步骤8.3:依次遍历RPFBD_kn(α,x,y)中每一个像素,如果当前像素值为0,则跳过,继续遍历下一个像素,如果当前像素值为1,则设当前像素的坐标为(i,j),即x=i,y=j,按步骤

8.1中的直线表达式,将i代入x’,j代入y’,再将MAT横向的每一个q,q∈[0,ω_i,2ω_i,3ω_i,…,180-ω-i],逐个代入步骤8.1直线表达式中的ω,由此得到一系列r(i,j,q);对于每一个r(i,j,q),从MAT纵向的每一个p中找到与之绝对值差值最小的任一项,记为p’,再将MAT[p’,q]单元的数值自增1,即MAT[p’,q]=MAT[p’,q]+1;

步骤8.4:分析MAT[p,q]中各个单元的数值大小,筛选出所有 的单元,如

果筛选出的单元数量为0,则RPFBD_kn(α,x,y)中不存在飑线;如果筛选出的单元数量大于

0,则RPFBD_kn(α,x,y)中存在飑线,筛选出的单元数量即为飑线的中轴线的数量;其中,Max(MAT)表示MAT[p,q]中所有单元数值的最大值;Trd是一个经验参数,Trd∈(0,1);Trd取值越小,识别飑线的漏报率越低,但误报率会增加;反之,Trd取值越大,识别飑线的漏报率越高,但误报率会减小。