毫米波雷达对电力线检测的关键技术研究

摘要

为了确保直升机的飞行安全，直升机载毫米波防撞雷达系统得到了大量的研究。由于电力线本身难以检测，并且由电力线所引起的直升机事故频频发生，所以直升机防撞系统中一个很重要的方面就是对电力线的检测。本文针对毫米波雷达对电力线的检测做了下面几个方面的研究:
　　1.就已完成的无人机巡线科研项目中的毫米波雷达防撞系统，阐述了毫米波雷达一维距离成像原理和基本信号处理方法。
　　2.建立了详细的电力线模型，在毫米波波段对电力线的雷达散射截面(RCS)进行了仿真，得出了电力线的布拉格散射图，并分析了电力线的散射机理。
　　3.研究了一种机械扫描毫米波雷达方位-距离二维成像原理和方法，并用电力线的布拉格散射曲线对电力线雷达图像进行了仿真。电力线在经过坐标变换后的图像中表现为一条条直线，通过Hough变换直线检测可以检测到电力线，然而电力线图像一般是充满噪声的，检测得到的直线自然也包含了有噪声所组成的直线。
　　4.针对Hough变换后检测到的直线既包含噪声又包含电力线，提出了使用机器学习方法对检测到的候选直线分类处理的方案。本文使用了决策树，朴素贝叶斯和支持向量机三种监督式机器学习方法对候选直线进行分类处理。监督式机器学习方法需要很多的训练数据集，文中分析了利用雷达图像中电力线和噪声所处的像素点强度的差异，从雷达图像中提取了一个10维的特征向量作为区分电力线直线和噪声直线的特征属性，使用三种方法分别训练出对应的分类器，通过仿真证实了该方案的可行性。最后对三种算法检测电力线的性能进行了比较。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．3 论文安排

2 电力线电磁散射特性分析

2．1 毫米波避障雷达一维距离像系统

2．1．1 线性调频波雷达测距原理

2．1．2 毫米波避障雷达系统

2．2 电力线模型

2．2．1 实际的电力线结构

2．2．2 电力线表面的数学模型

2．3 电力线在毫米波雷达下的散射特性

2．3．1 电力线的RCS仿真

2．3．2 电力线的极化散射特性分析

2．3．3 电力线的极化检测

2．4 本章小结

3 电力线方位-距离图像获取和预处理

3．1 电力线的毫米波雷达图像

3．1．1 毫米波雷达方位-距离二维图像

3．1．2 电力线雷达回波模拟

3．1．3 雷达图像中的电力线检测

3．2 霍夫变换检测图像中的直线段

3．2．1 霍夫变换算法描述

3．2．2 预处理

3．2．3 霍夫变换检测直线段

3．3 本章小结

4 监督式学习分类器对直线段分类

4．1 几种监督式分类算法

4．1．1 决策树分类器

4．1．2 朴素贝叶斯分类器

4．1．3 支持向量机分类器

4．2 特征向量提取

4．3 三种分类算法对电力线检测的仿真结果

4．3．1 决策树分类器对候选直线分类

4．3．2 朴素贝叶斯分类器对候选直线分类

4．3．3 支持向量机对候选直线分类

4．4 三种分类器的性能比较

4．5 本章小结

5．总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献