導航雷達視頻網(wǎng)絡傳輸預處理方法

潘劍波

摘? ?要：導航雷達視頻窄帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成非常復雜，因此為了降低系統(tǒng)構(gòu)成的復雜程度、同時還要保持視頻圖像傳輸?shù)膶崟r性與準確性，從而提出了導航雷達視頻網(wǎng)絡傳輸預處理方式，并在其中就應對的方式進行一定的優(yōu)化。根據(jù)對某型導航雷達對視頻的處理方式進行一定的驗證，驗證結(jié)果表示在保證數(shù)據(jù)傳輸實時的情況下把視頻傳輸?shù)哪K由原本的模塊壓縮成一個，降低資源耗費的同時還降低了導航雷達的視頻網(wǎng)絡傳輸?shù)膹碗s程度，具有非?，F(xiàn)實的意義。

關(guān)鍵詞：導航雷達? 網(wǎng)絡傳輸? 視頻預處理方式

中圖分類號：TN957.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0103-02

隨著科技的發(fā)展與時代的進步，導航雷達視頻傳輸已經(jīng)逐漸朝著網(wǎng)絡化智能化的方向發(fā)展，在視頻、圖片、信息的傳輸上，導航雷達有非常巨大的優(yōu)勢。但是仔細研究國內(nèi)外目前對導航雷達視頻網(wǎng)絡傳輸方案主要有兩種，即千兆網(wǎng)的雷達數(shù)據(jù)高速采集和傳輸方式，另外一種是比較新興的窄帶傳輸方式，這種方式正處于不斷的發(fā)展中，而且在未來的發(fā)展也有非常良好的方向。

1? 導航雷達視頻網(wǎng)絡傳輸發(fā)展現(xiàn)狀

千兆網(wǎng)的導航雷達數(shù)據(jù)高速采集與傳輸方案中，由于需要單獨鋪設千兆網(wǎng)，工程造價難度很高，因此在發(fā)展的過程中已經(jīng)逐漸被窄帶傳輸代替，窄帶傳輸在發(fā)展中雖然實現(xiàn)了導航雷達視頻的百兆網(wǎng)絡傳輸與海量視頻數(shù)據(jù)的傳輸，但是視頻需要進行壓縮，而壓縮系統(tǒng)比較復雜，這就導致窄帶傳輸發(fā)展受到了一定程度上的限制。所以為了降低窄帶中存在的視頻壓縮困難的情況，提高窄帶的利用率。因此就在視頻窄帶傳輸之前對傳輸?shù)囊曨l進行預處，結(jié)果該項試驗證明確實有很現(xiàn)實的意義[1]。

預處理方案：

導航雷達視頻圖像的轉(zhuǎn)換要降低噪音，然后提取目標。因此方位向重頻周期數(shù)、單個重頻周期數(shù)，兩者之間的距離向采樣點數(shù)與工作量程必須 保持敵營。視頻進行傳輸時候，峰值達到200mbps，要保證視頻傳輸?shù)膶崟r性，要么使用千兆網(wǎng)直接傳輸，要么使用視頻壓縮百兆網(wǎng)傳輸。由于千兆網(wǎng)需要單獨鋪設，耗費大量的資金與人力，所以否定千兆網(wǎng)的利用，主要使用百兆網(wǎng)的傳輸。百兆網(wǎng)壓縮視頻傳輸?shù)姆绞诫m然不耗費大量的成本，但是有兩個缺陷，其一是視頻壓縮有很大的難度。比如用FPGA設計的壓縮模塊，對128×128大小單圖Tier壓縮，把單圖分成多個Tier壓縮，以視頻傳輸?shù)?00mbps為例，那么要四個壓縮模塊一起進行才可以滿足視頻傳輸發(fā)實時性。其二是對于終端的控制處理要求很高。由于兩者之間存在的缺陷，所以在視頻傳輸上采取預處理方式，預處理的方式主要是降低利率視頻傳輸?shù)膹碗s程度，僅僅使用一小波壓縮模塊完成峰值的壓縮任務，對顯控終端數(shù)據(jù)處理的要求也被同等情況降低。

預處理算法分析：預處理算法是按照一定的算法原則對原本導航雷達數(shù)字視頻圖像等進行處理之后將數(shù)字視頻輸出到網(wǎng)絡，根據(jù)奈奎斯特采樣定理中的頻帶寬度有限的模擬圖像，可以被滿足采樣定理。通過對原始的導航雷達模擬圖像計算之后，得出其中的方位向角度值、距離向距離值、采樣定理數(shù)字圖像、離散方位向角度值、離散距離向距離值、方位向重頻周期數(shù)、距離向樣點數(shù)、采樣周期數(shù)、距離采樣周期。隨著對導航雷達掃描之后的原始模擬圖像的方位向、距離向重新采樣，從而得出新的數(shù)字圖像。新的數(shù)字圖像中，各種元素加權(quán)是確定的，因此不再需要恢復原本的模擬圖像[2]。

算法分析：導航雷達中的數(shù)字視頻圖像中，方位向重頻周期數(shù)、距離向采樣點、都與工作量程對應，其中方位向與距離向的縮放倍數(shù)常常根據(jù)需要進行靈活的變化，實際上都是小數(shù)，由于要求實時性，因此在圖像預處理的時候要對其計算公式進行一定的優(yōu)化。導航雷達圖像方位有一定的角度值，系統(tǒng)需要的方位向重頻周期數(shù)，只需要根據(jù)角度分辨率與絕對角度值選擇就能夠完成。由于縮放倍數(shù)是小數(shù)，在公式上構(gòu)造了逆映射，所以在圖像最終的處理上，簡化成了只有重頻周期內(nèi)距離向采樣點數(shù)的逆映射計算。這種預處理計算方式可以經(jīng)過FPGA來進行。

2? 項目驗證

以國內(nèi)某導航雷達為例，其中轉(zhuǎn)速為40r/min，其余參與如表1。

導航雷達的圖像方位向重頻數(shù)周期、距離采樣點、分辨率分別為72200、3180、14bit，視頻發(fā)送單元主頻率赫茲為100MHz，使用百兆網(wǎng)交換機，顯示終端與標準網(wǎng)線。為了方便其中的對比，優(yōu)化使用國內(nèi)的一款導航雷達處于測試模式，錄取了一幅真實圖景，分別使用傳統(tǒng)的直接窄帶傳輸和預處理之后的窄帶傳輸[3]。對于采用預處理算法進行的每個方位向重頻周期輸出的896個標準距離采樣點數(shù)完成每一個方位的計算，大概需要的時間是5430，時間以時鐘周期來計算。其中內(nèi)部資源消耗如表2所示。

預處理中完成一次算法需要周期小于重頻中遠期，整個系統(tǒng)延時一個周期，而對視頻傳輸本身的影響很小哦，采用預處理之后，原本傳輸視頻需要的壓縮模塊有四個減少到了一個，系統(tǒng)的邏輯資源消耗，如表所示 降低了一半以上，對于早期視頻傳輸中存在的復雜程度而言，降低了復雜程度，達到了理想中的預期。由于兩者之間的圖像相似度非常高，根據(jù)精準的計算相似度高達97.88%，一半情況下，超過90%，肉眼已經(jīng)難以分別其中存在的差距。圖像中原本的信息與數(shù)據(jù)得到了很好的保留。

3? 結(jié)語

在導航雷達視頻網(wǎng)絡傳輸預處理的整個過程中，對預處理的方法進行了詳細的研究，對于其中提出的預算法，讓窄帶傳輸?shù)膲嚎s模塊由原本的四個降低到了一個，而且邏輯資源的消耗量大大減少，降低到50%，視頻在傳輸之后，相似度逼近98%，所以預處理的方式在導航雷達未來的發(fā)展中具備很現(xiàn)實的意義。經(jīng)過詳細的理論驗證之后，利用預處理算法進行的導航雷達視頻窄帶傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)囊曨l，可以利用數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)，傳輸之后的圖像在顯控終端與多端顯控的視頻顯示上并沒有失真，這意味著實驗滿足了工程的使用效果。但是導航雷達的發(fā)展還需要不斷進步，對于其中存在的傳輸速度，復雜的算法上還需要改進，在確保數(shù)據(jù)傳輸實時的情況下，采用預處理雖然取得理論較好的成績，但是其中還存在一些具有張力的發(fā)展方向，在工程上還應該進行相應改進。

參考文獻

[1] 陳超. 基于FPGA控制的網(wǎng)絡雷達視頻并行傳輸[A].中國造船工程學會電子技術(shù)學術(shù)委員會2017年裝備技術(shù)發(fā)展論壇論文集[C].2017.

[2] 鄭李興，曾張帆，劉文超，等.基于GLONASS的雙基合成孔徑雷達的預處理算法研究[J].計算機測量與控制， 2018，238（7）：221-224.

[3] 吉喆，王國宏，孫殿星，等.基于空時特性的雷達網(wǎng)距離多假目標鑒別[J].電光與控制，2017，24（9）：17-22.