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多普勒雷达图像处理系统的性能改进研究

吕春林  
【摘要】:随着民航事业的发展,航空安全已越来越成为摆在我们面前的首要问题。影响航空安全的因素有很多,其中包括气象因素,如强对流天气和风切变。很多飞行事故都和气象因素有关,为此,国家每年都要投入大量人力和物力对危害性天气进行监测和预报。 为确保飞行安全,民航华北空中交通管理局于1996年从美国引进了先进的多谱勒天气雷达,对危害性天气现象进行实时监测。该雷达的主要服务对象为空中交通管制人员和预报人员,能实时监测以首都机场为中心400KM范围内的重要天气现象(如对飞行安全构成严重威胁的雷雨和风切变),向用户输出的产品主要有校正的反射率图像和高空风场的速度图像。同常规天气雷达(如712雷达)相比,它的产品图像质量有了很大的提高,但由于当时计算机技术和数字图像处理技术的限制,该雷达的产品图像还存在许多问题,如:地物杂波和噪声处理不彻底;图像边缘存在毛刺和凹角。这些问题的存在,干扰了用户的正常使用,对安全生产十分不利,如何提高产品图像质量具有非常重要的意义。 在早期的雷达图像处理中,以模拟技术为主,其特点是速度快,一般为实时处理。缺点是精度较差,灵活性差,很难有判断能力和非线性处理能力。随着计算机技术的发展,国外一些雷达生产厂家首先开始采用计算机来处理和显示图像,雷达图像处理开始进入一个全新的领域。利用数字技术处理雷达图像,处理的内容比较丰富,可以进行非线性处理。缺点是处理速度要受到计算机速度的限制,一般很难实现实时处理。在雷达图像处理方面做的比较好的公司有美国的SIGMET公司,它采用SGI工作站来生成二次产品图像,图像处理软件用C语言编制,开发平台为IRIX5.0 。在国内,雷达图像的数字化从90年代才开始,目前采用的技术主要从国外引进。 本文的研究工作从实际出发,通过对雷达图像的长期观察,总结出规律,然后根据规律找到两种过滤地物杂波的新方法:图像的点运算和图像的功率谱密度函数法。同时利用中值滤波技术对图像中的颗粒噪声进行过滤,利用数学形态学中的开运算和闭运算对图像边缘进行平滑。经过这些处理,使雷达图像质量较处理前有了很大提高。另外,为了解决图像文件占用大量存储空间的问题,本论文根据雷达图像的具体特点,采用行程编码技术对图像文件进行第一次压缩。然后利用哈夫曼编码技术对压缩后的文件进行第二次压缩,大大减少了文件存储所占用的空间。 本论文的研究工作已经结束,软件产品用C++语言编制。该软件产品具有处理速度快、使用简单、界面友好的特点。同时,该软件已通过测试,图像处理效果良好,达到了论文工作的预期目的,很好的解决了工作中存在的实际问题。


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