近海风电场环境下的海事雷达探测性能受限机理及数据修复方法研究

In the coming rapid development of offshore wind power industry, it's bad contribution to navigation gradually attracts people's attention. This study focus the physical environment of offshore wind farms, combined consider the effect of the block of wind turbines, the operation unit generate electromagnetic interference, as well as meteorology, hydrology, sea state, sea clutter, etc. Build a strength prediction theories and methods from the point to flat. To reveal maritime radar suppression of the rules and mechanisms of offshore wind farms. Study marine radar target tracking and data recovery method based on high-order Markov. Achieve the effective monitoring of ship goals. Build the optimization model of turbine offshore wind farm sites and layout of tower. Develop radar detection performance simulation system based on offshore wind farms Geographic Information System. Form describing system of radar probe qualities.This study will settle the basic theoretical problem of offshore wind farm impact on marine radar detection performance , improve coastal water transport safety and security .it is of great significance for the implementation of China's shipping and marine power technology development strategy.

在海上风电产业即将步入快速发展阶段之际，其对航海安全所带来的不利影响也逐渐引起人们的重视。本研究针对海上风电场的实际环境，综合考虑风电机组所产生的遮挡效应、机组营运期间产生的电磁干扰，以及气象、水文、海况、海浪杂波等多种因素的共同影响，系统研究海事雷达探测性能的综合评价指标与雷达信号衰减特性，形成由点到面的雷达波场强预测理论与方法，据此揭示海事雷达受近海风电场抑制的规律和机理；同时研究基于高阶Markov的海事雷达目标跟踪和数据修复方法，实现对船舶目标的有效监测；最后建立近海风电场选址及风电机组布设的优化模型，并开发基于近海风电场地理信息系统的雷达探测性能综合评价系统，形成完备的雷达探测质量描述体系。本研究将解决近海风电场对海事雷达探测性能影响的基础理论问题，提高沿海地区的水上交通安全保障，对我国航运技术的发展和海洋强国战略的实施具有重要意义。

在海上风电产业即将步入快速发展阶段之际，其对航海安全所带来的不利影响也逐渐引起了人们的重视。针对这一问题，本项目陆续开展了四个方面的研究工作。首先，针对海上风电场水域的环境特征以及风电机组所产生的遮挡效应，本项目系统地研究了海事雷达信号衰减特性与雷达探测性能综合评价指标，通过现场实测实验分别在风电场水域和对照水域采集了约5000个点的雷达波场强数据，构建了雷达波对风电场的绕射损耗模型，形成了由点到面的雷达波场强预测理论与方法，揭示了海事雷达受近海风电场抑制的规律和机理。其次，本项目现场采集了大量的雷达图像数据，从中识别并提取了10000张船舶样本和10000张虚假船舶样本，构建了海事雷达图像训练及测试数据库，采用卷积神经网络等机器学习手段实现了基于高阶Markov的目标跟踪和数据修复方法，确保了海事雷达对受干扰水域船舶目标的有效检测。之后，本项目综合上述研究成果，建立了海上风电场选址及风电机组布设的优化模型，开发了基于海上风电场地理信息系统的雷达探测性能综合评价系统，形成完备的雷达探测质量描述体系。最后，本项目基于所开发的海上风电场地理信息系统，采用改进的变步长A*算法和人工势场理论，实现了对风电场周边航行船舶的路径规划，能够为过往船舶在复杂的海上风电场水域航行时提供最优的安全路径。本项目的研究成果解决了近海风电场对海事雷达探测性能影响的问题，提高了沿海地区的船舶航行安全保障能力，对我国水上交通行业的发展具有重要意义。