雷達上船舶目標回波大小引起的目標重心偏移模擬

王桐明++周春華++王化偉

摘 要：在雷達目標跟蹤時，為了正確地計算出雷達中顯示的目標位置，采取計算二值圖像中雷達目標圖像的重心（抑或質心）位置來作為目標的位置。文章通過一系列的計算闡述了不同船型的回波對船舶重心位置的影響。

關鍵詞：雷達；回波；重心偏移

在實際的雷達操作中，雨雪干擾，海浪抑制和增益的調節，都會影響雷達目標的大小。目標大小的變化，對于目標重心的偏移有何影響？

為了快速地計算出雷達目標的重心，有時會采用雷達目標邊緣跟蹤點計算出重心代替利用雷達目標所有點計算出的重心[1]，這種用邊緣跟蹤點計算重心的方法能代替目標的重心嗎？

對于海上的船舶跟蹤，船型的不同又會對計算的重心有何影響呢？下面通過一些計算來解決這些問題。

1 目標計算

在海上，對于普通的商船、客船以及漁船，其在雷達上的船舶目標類似于一個橢圓形[2]。為了探究船舶目標重心計算的特性，用以標準的橢圓形（見圖1）、帶大缺口橢圓形（見圖2）、帶小缺口橢圓形（見圖3）3種形狀，作為雷達上的目標，來模擬研究目標重心的變化。標準的橢圓形表示船舶的外切橢圓；橢圓的大缺口、小缺口表示船尾的變化程度。

圖1、圖2和圖3中的下一圖是上一圖向內縮小2個像素生成的圖；左邊的圖計算的是目標的重心，右邊的圖是其同行的左邊的圖進行邊緣跟蹤生成的圖，計算出邊緣跟蹤點的重心位置。左邊和右邊的圖計算出的結果標在對應的圖上邊。

圖1—3的計算結果進行歸結，結果如圖4所示。

橢圓形的相似度對比如圖5所示，其中左邊圖顯示的是圖1（標準的橢圓形）、圖2（帶大缺口橢圓形）、圖3（帶小缺口橢圓形）左邊從上到下的面積變化，橫軸的1—5是圖1—3中從上到下的編號。圖5中右邊圖是圖2及圖3的左邊從上到下的面積與圖1相對應的橢圓形面積的比率。由于圖2、圖3是從圖1演變而來，這里用面積的比率作為一個指標，來表示其與標準橢圓形的相似程度。

2 結語

雖然是以帶缺口形狀的橢圓形代替雷達圖像上的船舶圖像，其大小的變化反映了雷達的雨雪干擾，海浪抑制和增益的調節引起的船舶圖像回波的變化，以及這種變化引起的重心偏移。結果歸結如下。

（1）回波大小的變化會引起回波重心的偏移。

（2）回波從大變小，導致回波的重心從外圍收束到船舶外切橢圓的重心。圖4左右圖中的小圓形符號代表船舶外切橢圓的重心。

（3）用回波計算的重心比用回波邊緣計算的重心的變化幅度小，變化比較均勻。在進行雷達跟蹤時，用回波計算的重心比用回波邊緣計算的重心來代替觀測的船舶位置精度要高，相對穩定可靠。

（4）用回波邊緣計算重心時，當回波比較大時，會出現不規則、不可預測的變化。圖4左右圖的左下角的鉤子樣的形狀就是一種表現。直接用回波計算的重心，當回波變小時，其重心會成直線狀地收束到船舶外切橢圓的重心（見圖4左右圖）。

（5）大缺口橢圓形的船舶和小缺口橢圓形的船舶的回波，隨著回波的變小，其重心都向船舶外切橢圓的重心處收束。很明顯，小缺口橢圓形船舶的回波比大缺口橢圓形船舶的回波的重心收束速度快得多（比較圖4左右圖可知，很明顯右圖收束很快）。

（6）從圖5可以看到，當帶缺口橢圓形對于標準橢圓形的相似程度很高時，隨著其大小的收縮，其很快也就變成了橢圓形；相反，當橢圓形的缺口大時，隨著大小的收縮，其相似度反而下降。

（7）從圖4右圖可以看出，隨著大小的收縮，利用目標邊緣邊算出的重心幾乎同目標本身的重心具有相同的特性。對于這種雷達上的回波，當回波比較小的時候，可以用回波邊界計算的重心來代替回波的重心。

對于能否用回波邊界計算的重心來代替回波的重心，可以利用圖5右圖的回波與其外切橢圓的相似度作為一個參考指標進行考慮。以此模擬為基礎，下一步對實際的雷達上的船舶目標的特性作進一步的探討，包括船舶的寬窄程度（肥大程度）引起的回波形狀的變化。

[參考文獻]

[1]王洋，李玉書，張健.基于RCS信息的雷達目標大小分類方法[J].現代雷達，2009（2）：17-19.

[2]丁鷺，陳建春.雷達原理[M].北京：電子工業出版社，2009.endprint