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。     

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。     

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。     

双基地高频地波雷达模糊函数与克拉美罗界分析

本文针对双基地体制下调频中断连续波(FMICW)信号的克拉美罗界问题,利用模糊函数和克拉美罗界之间的关系,给出了目标参数无偏估计的下界。仿真了双基地情况下波形参数对模糊函数形状的影响,以及站址和目标之间的几何构型与目标分辨能力之间的关系。分析表明,双基地雷达目标参数估计克拉美罗界取决于目标到达方向、基线长度以及目标与接收站之间的距离。最后根据克拉美罗界仿真分析了雷达双基地站址选择对目标估计精度的影响。     

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。     

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。     

OSMAR-S100便携式高频地波雷达海浪和海面风探测性能分析

OSMAR-S系列便携式高频地波雷达系统采用单极子/交叉环紧凑型天线阵,通过单站雷达即可实现有效探测距离约10km内海浪和海面风的单点观测。为了更好地了解OSMAR-S100雷达系统海浪和海面风的综合探测性能,于2013年1月29日至3月7日在台湾海峡西南部海域进行了雷达与浮标观测的对比试验,得到了有效波高、有效波周期、平均风速和平均风向数据。对比结果表明,OSMAR-S100便携式高频地波雷达可有效观测距雷达10km以内有效波高0.5m以上的海浪平均状况和平均风速5m/s以上的海面风,雷达反演有效波高和有效波周期的均方根误差分别为0.60m和1.60s,反演平均风速和平均风向的均方根误差为1.83m/s和16.7°。在未经区域化标定的情况下,此结果说明了该型雷达产品已初步具备了海浪和海面风的业务化观测水平。     

水声传播中线性调频脉冲信号的检测方法研究

本文分析了线性调频脉冲信号的特点并用脉冲压缩方法来检测线性调频信号波形，特别是用脉冲压缩方法来检测会聚区信号，更能体现脉冲压缩具有降低噪声均值，获得较高信噪比增益，提高距离分辨率的优点．     

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。     

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。     

使用浮标数据验证高频地波雷达反演涌浪频率

涌浪在近海海洋环境中起到的重要影响受到了越来越多的关注。高频地波雷达提供了一种准实时观测涌浪的新手段。本文比较了法国Iroise海区2008年2—7月期间的涌浪频率的浮标观测结果和高频雷达反演结果。结果表明,雷达反演涌浪频率与浮标结果总体吻合良好,两种观测方式之间的相关系数为0.92,均方根偏差为0.004 5Hz。雷达观测结果大部分集中在2—4月中低频涌浪发生的时期,而对5—7月期间的高频涌浪的观测能力显著降低。     

基于自适应α—β滤波的HFSWR海上目标航迹跟踪

针对基于α-β滤波的高频地波雷达海上目标航迹跟踪方法跟踪精度较低、工程适用性较差的问题,提出了一种极坐标下α-β滤波自适应系数选取方法,该方法有效利用了高频地波雷达目标量测参数的特点,能够在跟踪过程中根据实际量测对滤波系数进行自适应调整。利用仿真及实测地波雷达数据以及同步AIS航迹对提出方法的航迹跟踪性能进行了实验验证,并与现有自适应系数选取方法的跟踪性能进行了对比,结果表明,本文方法能够得到平滑、持续的航迹输出,跟踪距离远,跟踪率及跟踪精度高。     

基于AIS距离-多普勒投影的地波雷达CFAR检测验证方法

恒虚警(CFAR)检测是地波雷达船只目标探测的主要方法。目前基于船舶自动识别系统(AIS)信息的CFAR检测验证方法是一种间接验证方式,容易受地波雷达系统测向误差的影响,且不具备对错检与漏检目标的分析能力。本文提出了一种基于AIS信息的评价地波雷达CFAR检测结果的直接验证方法。该方法将有效的AIS信息转换到地波雷达的距离-多普勒谱中,通过在该谱中AIS信息与CFAR检测结果的关联分析,实现CFAR检测结果的直接评价。论文首先给出了方法的原理和处理流程,然后利用实测数据给出了该方法在CFAR检测结果评价中的实际应用,验证了方法有效性,而且该方法也为低可观测目标的CFAR检测提供了参数优化调整的依据。     

一种阵列式高频地波雷达比幅测向新方法

高频地波雷达的精确测向是该领域的难题,现有测向方法存在测向不准确、运算量较大等问题。本文对阵列式高频地波雷达比幅测向的公式进行了推导,得出了比幅测向定理。区别于传统的比幅测向方法,本文方法没有用高斯函数近似方向图,而是在真实方向图基础上推导得出了测向新方法,该方法能够从数学上给出各个方位的精确解。用这两种方法对模拟来波数据和高频地波雷达实测数据进行测向分析,并将实测数据测向结果与合作船只的同步实测自动识别系统(AIS)数据比较分析,结果表明本文方法测向误差更小,验证了本文方法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

山东半岛北部海洋动力环境的高频地波雷达观测

利用两台高频地波雷达(ground wave radar,WERA)站对山东半岛北部雷达覆盖海区的浪、流场进行了观测,并且利用海洋-大气-波浪耦合沉积输运模型(coupled-ocean-atmosphere-wave-sediment transport modeling system,COAWST)对该区域的一个强风暴过程进行了数值模拟,对雷达观测数据、现场声学多普勒流速剖面仪(acoustic Doppler current profilers,ADCP)调查数据和数值模拟结果进行比对分析发现,模型模拟的水位变化与ADCP测量结果一致,WERA所观测到的有效波高和ADCP结果比较吻合,模型模拟的ADCP站位的流速相位、大小与雷达观测结果比较接近,与ADCP的结果有一定偏差。雷达观测的海区流场结果与模型反映趋势基本一致,但是在近岸方向上变化较大,其原因可能与ADCP的投放位置、模型的分辨率设置等因素有关。高频地波雷达系统是海岸带动力环境观测的一个有效工具,在实际应用中有着广泛的前景。     

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。