王桐明++周春華++王化偉

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

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；回波；重心偏移

在實(shí)際的雷達(dá)操作中，雨雪干擾，海浪抑制和增益的調(diào)節(jié)，都會影響雷達(dá)目標(biāo)的大小。目標(biāo)大小的變化，對于目標(biāo)重心的偏移有何影響？

為了快速地計(jì)算出雷達(dá)目標(biāo)的重心，有時(shí)會采用雷達(dá)目標(biāo)邊緣跟蹤點(diǎn)計(jì)算出重心代替利用雷達(dá)目標(biāo)所有點(diǎn)計(jì)算出的重心[1]，這種用邊緣跟蹤點(diǎn)計(jì)算重心的方法能代替目標(biāo)的重心嗎？

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

1 目標(biāo)計(jì)算

在海上，對于普通的商船、客船以及漁船，其在雷達(dá)上的船舶目標(biāo)類似于一個橢圓形[2]。為了探究船舶目標(biāo)重心計(jì)算的特性，用以標(biāo)準(zhǔn)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(dá)上的目標(biāo)，來模擬研究目標(biāo)重心的變化。標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)縮小2個像素生成的圖；左邊的圖計(jì)算的是目標(biāo)的重心，右邊的圖是其同行的左邊的圖進(jìn)行邊緣跟蹤生成的圖，計(jì)算出邊緣跟蹤點(diǎn)的重心位置。左邊和右邊的圖計(jì)算出的結(jié)果標(biāo)在對應(yīng)的圖上邊。

圖1—3的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸結(jié)，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)，來表示其與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的相似程度。

2 結(jié)語

雖然是以帶缺口形狀的橢圓形代替雷達(dá)圖像上的船舶圖像，其大小的變化反映了雷達(dá)的雨雪干擾，海浪抑制和增益的調(diào)節(jié)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(jié)果歸結(jié)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(dǎo)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(jì)算的重心比用回波邊緣計(jì)算的重心的變化幅度小，變化比較均勻。在進(jìn)行雷達(dá)跟蹤時(shí)，用回波計(jì)算的重心比用回波邊緣計(jì)算的重心來代替觀測的船舶位置精度要高，相對穩(wěn)定可靠。

（4）用回波邊緣計(jì)算重心時(shí)，當(dāng)回波比較大時(shí)，會出現(xiàn)不規(guī)則、不可預(yù)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(xiàn)。直接用回波計(jì)算的重心，當(dāng)回波變小時(shí)，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(dāng)帶缺口橢圓形對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的相似程度很高時(shí)，隨著其大小的收縮，其很快也就變成了橢圓形；相反，當(dāng)橢圓形的缺口大時(shí)，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(biāo)邊緣邊算出的重心幾乎同目標(biāo)本身的重心具有相同的特性。對于這種雷達(dá)上的回波，當(dāng)回波比較小的時(shí)候，可以用回波邊界計(jì)算的重心來代替回波的重心。

對于能否用回波邊界計(jì)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(biāo)進(jìn)行考慮。以此模擬為基礎(chǔ)，下一步對實(shí)際的雷達(dá)上的船舶目標(biāo)的特性作進(jìn)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(xiàn)]

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

[2]丁鷺，陳建春.雷達(dá)原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.endprint