高频地波雷达海上目标航迹跟踪新思路

高频地波雷达是对海上运动目标进行监视监测的一种重要手段,为了提高地波雷达对海上特定目标独立跟踪探测时的性能,本文对高频地波雷达海上目标跟踪技术的研究现状进行了综述,分析总结了目前航迹跟踪方法存在的主要问题。结合海上目标跟踪的实际应用需求,借助目前流行的深度学习方法充分挖掘其他同步探测手段获取的目标信息,提出了基于知识辅助的特定目标跟踪方法,改善后续地波雷达对特定目标独立跟踪时的航迹质量,初步的航迹跟踪结果验证了提出方法的有效性。提出的地波雷达特定目标跟踪方法对目标跟踪方法的理论研究及地波雷达目标跟踪系统的业务化应用均具有重要意义及参考价值。     

地波雷达目标检测跟踪联合处理粒子滤波方法

针对固定粒子数PF-TBD算法计算量大、复杂环境下地波雷达海上船只目标检测与跟踪性能不佳的问题,本文将粒子滤波方法应用于地波雷达船只目标检测与跟踪中,提出了基于自适应粒子滤波的地波雷达目标检测与跟踪联合处理方法。该方法结合地波雷达回波谱中目标展宽特性,充分利用了地波雷达回波谱中面目标的粒子权重信息来设置粒子自适应采样策略,提高了目标检测和跟踪联合处理的效果。通过地波雷达实测数据的目标跟踪结果及与同步AIS信息的比对分析,结果表明:提出的检测跟踪联合处理方法在对低信噪比、快速机动等复杂环境下的多目标跟踪时,可提高目标整体跟踪性能。     

高频地波雷达海上目标航迹校正方法

高频地波雷达对海上目标跟踪探测时,由于距离和方位角分辨率低且受到随机噪声的干扰,导致对目标位置探测不准确,形成的航迹会偏离目标的真实位置,影响跟踪的准确性。针对这个问题,结合海上特定目标跟踪的实际,本文从航迹的角度出发,基于对距离和方位角误差时间序列的统计建模,提出了一种基于同步船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)信息的高频地波雷达海上目标航迹校正方法。在高频地波雷达与AIS同步跟踪期间,采用统计回归的方法建立目标距离和方位角误差的校正模型;在高频地波雷达独立跟踪时,利用得到的模型分别对距离和方位角进行校正。利用实测高频地波雷达目标探测数据进行了航迹校正实验,校正后距离和方位角的均方根误差分别减少了约90%和75%,航迹跟踪效果得到了显著改善。     

紧凑型高频地波雷达目标探测研究进展

高频地波雷达是海上船只目标大范围连续探测的主要手段,与大型阵列雷达相比,紧凑型地波雷达具有占用场地小、功耗低、架设和维护方便等优点。本文首先概述了高频地波雷达目标探测技术的国内外研究状况,然后通过阐述紧凑型地波雷达目标探测技术的研究进展,分析紧凑型地波雷达目标探测中难点和急需解决的问题,给出紧凑型地波雷达目标探测的新方案。该方案利用检测跟踪一体化方法解决单方位紧凑型地波雷达弱信号检测困难的问题,利用多方位目标航迹融合确定精确目标航迹,能够降低目标航迹丢失概率,提高目标探测精度。最后总结了紧凑型地波雷达目标探测的发展趋势和研究重点。     

基于弧段检测的高频地波雷达特定目标航迹跟踪方法研究

本文对现有的高频地波雷达目标跟踪方法进行了概述,提出了一种地波雷达目标长时连续跟踪的方法,基本思想是:充分挖掘航迹弧段特征,基于特征对船只运动建模,并结合杂波背景进行融合决策。进一步,为了达到长时间连续跟踪的需求,借鉴深度学习的思想,利用新获取的弧段数据对算法估计结果不断递归校正,使得随着获取数据的增加跟踪越准确。该方法适用于杂波环境且在航道附近存在众多干扰船只的情况下对机动目标航迹的实时稳定跟踪,为高频地波雷达在复杂干扰环境下特定目标持续跟踪提供理论基础和方法指导,为充分发挥地波雷达在海上监视监测中的作用提供技术支撑。     

基于FJPDA关联算法的地波超视距雷达目标跟踪

针对地波超视距雷达(SWOTHR)目标跟踪中JPDA算法关联复杂度高、计算量大的问题,将模糊联合概率数据关联(FJPDA)算法应用于地波超视距雷达目标跟踪中。在FJPDA跟踪方法中采用了目标点迹与航迹的模糊隶属度,解决目标点迹与航迹的关联概率问题,避免了传统JPDA算法中对有效矩阵的拆分导致的计算量组合爆炸的现象,可以降低目标跟踪算法的复杂度,提高运行效率。通过实测地波雷达数据的目标跟踪实验分析及与同步AIS信息的比对分析,结果表明:基于FJPDA算法的跟踪方法可以有效跟踪SWOTHR中的目标航迹,跟踪效果与JPDA算法相当,且运行时间明显减少,适合工程应用。     

基于交互式多模型的双站高频地波雷达机动目标跟踪算法

在实际应用中,由于高频地波雷达的测向精度较低,利用单站式雷达系统进行目标跟踪容易造成偏差。然而,在双站式雷达系统中,可以只利用位置和速度信息进行跟踪来避免了方位不精确带来的影响。同时,在双站式雷达体制下,仍然存在提高机动目标跟踪精度的需求。因此,本文提出一种基于交互式多模型(IMM)的跟踪算法,该算法通过建立不同的运动模型来反映目标不同的运动状况,并以此来估计目标的真实运动状态。仿真结果表明,对于双站高频地波雷达机动目标跟踪,IMM算法表现出比传统的单模算法更好的跟踪性能。     

基于PS-VF-TBD的地波雷达船只目标航迹起始方法

针对地波雷达低信噪比目标信号"闪烁"导致的航迹起始困难问题,本文提出了一种基于PS-VF-TBD的航迹起始方法.该方法综合利用了地波雷达回波谱中目标信号的展宽特征和运动特性,利用PS-VF-TBD方法对运动目标能量有效积累的特点,提高对疑似目标多帧信号间的关联概率,进而提高对真实目标的搜索概率和航迹起始成功率.通过地波...     

高频地波雷达船只目标距离参数估计与评价

高频地波雷达是海上目标大范围连续跟踪探测的有效手段,在其探测结果中,目标的距离是一个重要的参数,其探测精度会影响目标的整体探测性能。本文给出了地波雷达目标距离参数的估计方法和处理流程,并基于地波雷达实测数据开展了目标距离估计及距离-速度耦合补偿处理,将目标距离参数估计结果与实测船舶自动识别系统数据开展了比对,统计分析了目标距离参数在补偿处理前后的误差及其影响因素。结果表明,目标距离参数经过耦合补偿处理之后,测距误差明显减小,测距精度得到了显著提高,最后结合个例分析,给出了距离补偿大小和正负与目标航向的关系。     

基于AIS信息校准的双频地波雷达的船只融合跟踪

高频地波雷达（HFSWR）和自动船只确认系统（AIS）是船只跟踪的重要传感器。高频地波雷达可以用来跟踪探测区域的所有船只，而AIS只能用来确认合作船只的信息。由于海杂波的干扰，使用单频率地波雷达的船只跟踪会淹没在布拉格峰值的盲区里，改变探测频率是克服这一缺点的有效手段。在这种背景下，我们提出一种基于AIS校准的双频雷达融合探测算法。因为不同频率的地波雷达测量与AIS的测量值存在系统误差，所以AIS信息可以用来估计和校准地波雷达的每个频率的系统误差。首先，将合作目标的点迹测量与地波雷达的点迹测量通过JVC分配算法进行点迹关联。从合作船只的点迹关联结果中，双频雷达的系统误差可以估计和校准。其次，基于校准的双频雷达数据，使用融合JPDA-UKF算法进行船只跟踪。通过真实探测的数据的实验结果显示所提算法可以实时跟踪船只，相比单频率跟踪可以进一步提高跟踪能力和跟踪精度。     

基于距离-多普勒谱的高频地波雷达的射频干扰抑制

提出一种高频地波雷达的射频干扰抑制方法。基于地波雷达的距离-多普勒(RD)频谱数据,分析了射频干扰特性。利用射频干扰在距离向的强相关性特征,选取RD谱中仅存在射频干扰的远距离单元数据构造自协方差矩阵,使用子空间投影方法实现射频干扰抑制。最后,对实测数据进行了处理,结果表明信噪比得到明显改善,验证了该算法的有效性。     

地波雷达海流观测数据验证的软件实现及初步分析

利用Matlab语言及其图形交互界面编程技术,将OSMAR高频地波雷达观测数据与现场测流数据的比对验证方法集成在软件中。利用该软件输入OSMAR地波雷达、海流计、ADP和美国CODAR雷达的试验海流数据得到了误差统计特征值,初步分析了不同比测站点和不同比测仪器对雷达数据验证工作的影响。     

1509号台风灿鸿期间“朱家尖-嵊山”高频地波雷达数据分析

2007年在朱家尖和嵊山布设了小型阵变频高频地波雷达,对共同覆盖范围内的舟山海域进行风、浪、流的业务化探测。2015年7月11日,1509号台风灿鸿在朱家尖沿海登陆,之后继续向北偏东方向移动,台风中心经过高频地波雷达探测海域。本文将台风期间高频地波雷达的探测数据分别与定点浮标观测数据和ASCAT卫星遥感大面积风场数据进行了对比分析。结果表明,高频地波雷达在台风期间较好地反映了舟山海域流场特征和风场分布情况,高频地波雷达的探测数据精度满足指标要求,验证了高频地波雷达在复杂海况条件下具有合格的探测性能。     

岸基高频地波雷达资料后处理技术研究

综述了国内外高频地波雷达发展和研究现状,系统介绍了岸基高频地波雷达资料接收、预处理、计算机自动质量控 制、可视化人机交互审核和标准化输出等后处理工作内容与流程,详细阐述并以示例验证了岸基高频地波雷达资料非法码检 验、常规范围检验、相关性检验、气候学检验、统计学检验等质量控制方法和通过实测矢量场图、网格化矢量场图进行资料 深入审核的原理与方法,最后较为具体的提出了岸基高频地波雷达资料后处理系统的逻辑、物理和功能架构设计及技术指标 和运行环境。研究成果紧密贴合我国海洋观测网建设运行实际需求,对于我国岸基高频地波雷达资料后处理技术水平和能力 提升,具有科学和重要的技术参考价值。     

高频地波雷达海杂波的边界约束循环对消

在对海洋监视监测的过程中,高频地波雷达的船只目标检测能力与其对海杂波的抑制能力密切相关。但是,传统海杂波时域抑制方法存在目标回波参数与海杂波相近时难以区分其各自分量,对消时目标被误消除的问题。针对上述问题,本文提出了一种适用于高频地波雷达海杂波的边界约束循环对消方法。该方法综合海杂波频移理论和实际海杂波特性分析制定出边界条件,约束建模对消过程,实现海杂波分量的抑制。实测地波雷达数据和船舶自动识别系统(AIS)数据检验的结果表明,本文方法克服了传统方法的不足且信杂比改善更加稳定,能够更加有效地实现海杂波循环对消。     

高频地波雷达提取表层海流的计算方法

高频地波雷达除其军事用途外，还可广泛用于海态遥感，如测量海流、风向、风速及海浪参数。本文提出了一种由高频地波雷达回波多普勒谱提取表层海流的计算方法，并对一组实验数据进行分析和计算，给出了雷达遥测海域海充场分布图。     

高频地波雷达的发展与应用现状分析

高频地波雷达作为一种新兴的海洋探测设备,相比传统观测方式,具有大范围、全天候、低成本等优点,因而在世界各地得到了广泛使用,并在近海海洋环境监测中发挥了重要的作用。首先介绍了高频地波雷达探测海洋环境的基本原理,然后概述了阵列式和紧凑便携式两类高频地波雷达的国内外研究现状,接着介绍了高频地波雷达在海洋环境探测中的应用,最后分析了我国与世界发达国家在高频地波雷达海洋环境探测领域的差距并提出了改进建议。     

基于GIS的高频地波雷达回波信号的表达处理与显示

高频地波雷达的“距离-多普勒”(Range-Doppler, R-D)数据与“恒虚警率”(Constant False-Alarm-Rate, CFAR)检测结果数据存在非直观性的问题, 本文针对此问题, 分析了地波雷达回波数据特点以及结果形式, 研究了采用地理信息系统(Geographic Information System, GIS)技术对回波数据进行显示分析, 对R-D 与CFAR 检测结果进行表达, 实现高频数据在GIS 环境下的表达处理与显示。本文采用GIS的栅格表达“距离-多普勒”数据, 采用矢量数据结构表达CFAR 检测结果, 实现了地波雷达检测信息的直观显示; 研究了高频地波雷达数据中特定距离一维谱信号的提取, 实现了基于距离值的目标CFAR 检测查询; 针对雷达数据量大、处理时间长的问题, 采用多线程处理机制实现了高效实时显示和分析。     

OSMAR071G地波雷达对“莫兰蒂”台风风眼的观测

利用福建省海洋预报台业务化运行的OSMAR071G高频地波雷达海洋表面观测系统,对2016年9月14日-15日"莫兰蒂"台风穿越台湾海峡并登陆厦门岛的全过程进行了实时观测。根据地波雷达观测的风场数据,计算了海洋表面风场涡流特征,通过涡场结构确定了涡旋的中心,以此确定为台风海面风眼实时位置,通过连续观测,从而得到了台风海面风眼的轨迹。该风眼轨迹与国家卫星气象中心的发布的台风路径基本一致。本次观测表明了OSMAR071G高频地波雷达系统能够准确实时地对台风进行遥感探测。     

高频地波雷达海流探测中一阶谱区分离方法

准确分离雷达回波中一阶谱区是高频地波雷达海流探测的关键环节,直接影响海流探测的精度。提出一种基于信噪比的一阶谱区分离方法,利用高频雷达数据中一阶回波谱平均幅度明显高于周边平均噪声的特点,通过确定特定宽度一阶谱与周边噪声的信噪比的极值来分离一阶谱区。将该方法应用于实测地波雷达回波数据,并与差谱法结果进行比对分析,结果表明基于信噪比的一阶谱分离方法能有效避免谱峰内部分裂及硬目标回波的影响。另外,进一步分析了方法中噪声窗和信号窗比值k对一阶谱区分离结果的影响,结果发现k值对一阶谱区分离结果的影响很小,实际处理中可取值0.5。