基于高频海洋雷达网的海上移动目标检测方法研究

Over-the-horizon targets surveillance is extremely significant for national economic and national defense construction. HF oceanographic radar is a kind of HF surface wave radar system designed for the surveillance of ocean dynamics parameters, and has been widely used because of its compact antenna structure and the low cost for radar station construction and using. As a HF surface wave radar,HF oceanographic radar has the inherent potential of monitoring over-the-horizon surface targets, which hasn’t been developed effectively. The use of compact ntenna is the key factor for the success of HF oceanographic radar, but also is the basic reason for its stagnation in terms of hard target detection..This project focuses on the pattern measuring of receiving antenna system to improve the capability of targets detection and the accuracy of DOA estimation under the condition of single station HF oceanographic; taking advantage of radar network’s multi-angle observation of targets to reduce and eliminate the velocity blind problem led by the small antenna system, increase the probability of target detection; joint detection of multi-station HF oceanographic radar to improve the positioning accuracy of hard target by the means of targets match and data fusion,.make up the shortcoming of azimuth accuracy underestimation under single station HF oceanographic radar circumstances, thus realizes to effective detection and tracking of hard targets.

超视距舰船目标监测对国民经济建设与国防建设都有极其重要的意义。高频海洋雷达是专门针对海洋动力学监测而开发的一类高频地波雷达系统，其天线结构小巧紧凑，雷达建站与使用成本低，得到了广泛应用。高频海洋雷达作为一种高频地波雷达系统，与生俱来的具有超视距监测海面舰船目标的潜在能力，但没有被有效开发。使用紧凑结构的小天线是高频海洋雷达成功的关键因素，却也是导致其在硬目标探测方面裹足不前的基本原因。.本项目研究紧凑结构的高频海洋雷达的接收天线系统的阵列流型估计方法，提高单站高频海洋雷达目标检测能力与目标方位估计精度；利用高频海洋雷达网对目标的多视角观测，消除与降低小天线系统导致的观测速度盲区问题，提高目标检测率；研究多站高频海洋雷达联合检测与数据融合问题，通过目标匹配、数据融合等手段，提高“硬目标”定位的精度，弥补单台紧凑式高频海洋雷达的方位精度估计不足的“短板”，从而实现“硬目标”的有效检测与跟踪。

超视距舰船目标监测对国民经济建设与国防建设都有极其重要的意义。高频海洋雷达是专门针对海洋动力学监测而开发的一类高频地波雷达系统，其天线结构小巧紧凑，雷达建站与使用成本低，得到了广泛应用。高频海洋雷达作为一种高频地波雷达系统，与生俱来的具有超视距监测海面舰船目标的潜在能力，但没有被有效开发。使用紧凑结构的小天线是高频海洋雷达成功的关键因素，却也是导致其在硬目标探测方面裹足不前的基本原因。. 本项目研究紧凑结构的高频海洋雷达的接收天线系统的阵列流型估计方法，提高单站高频海洋雷达目标检测能力与目标方位估计精度；利用高频海洋雷达网对目标的多视角观测，消除与降低小天线系统导致的观测速度盲区问题，提高目标检测率；研究多站高频海洋雷达联合检测与数据融合问题，通过目标匹配、数据融合等手段，提高“硬目标”定位的精度，弥补单台紧凑式高频海洋雷达的方位精度估计不足的“短板”，从而实现“硬目标”的有效检测与跟踪。. 本项目利用AIS (Automatic Identification System，船舶自动识别系统)提供的船只位置信息，通过与雷达探测到的船只信息进行匹配，可以获得大量“匹配目标”，把匹配目标作为“合作目标”，进行雷达接收天线的方向图估计，进一步实现天线阵列流型的精确估计。这种“实测”的天线方向图，大大提高了高频海洋雷达的目标方位估计精度。进一步，把“匹配目标”作为“正样板”，研究基于机器学习的目标检测算法。统计表明，基于机器学习的目标检测算法获得的航迹数目比基于恒虚警检测算法要高出18%，且航迹平均长度更长。受强烈的一阶海洋回波影响，高频海洋雷达在目标探测时，存在速度盲区。单站工作时，舰船目标经常会出现漏检的情况，通过双站之间的数据融合，目标检测概率得以提高20%以上，航迹连续性明显增强。