合成孔径技术在高频地波雷达船只目标检测中的应用

High Frequency Surface Wave Radar (HFSWR) is one of main sensors for ship surveillance in large maritime areas. It can detect and track ships in the surveillance area. HFSWR has the advantages of continuous surveillance, long range and direct velocity estimation，and has the disadvantage of low space resolution and poor detection for static ship target and ship team. Synthetic aperture technology forms a big aperture through relative motion between radar and target, and the target is detected by high resolution imaging. Synthetic aperture technology is applied in two ways: synthetic aperture and inverse synthetic aperture. Synthetic aperture is applied on the occasion of radar station move and target static. While inverse synthetic aperture is applied on the occasion of radar station static and target move..In order to solve the problems of ship detection in HFSWR system, the synthetic aperture technology is applied to HFSWR system to improve the accuracy of ship detection. On the one hand, the synthetic aperture technology is used in ship-borne HFSWR, and the static ship targets are detected by the synthetic aperture imaging algorithm. On the other hand, the inverse synthetic aperture technology is applied to costal HFSWR systems, and the number of ship target formation is estimated by the two-dimensional inverse synthetic aperture imaging algorithm. The research results of this project will further improve the performance of HFSWR system, and also broaden the scope of HFSWR application.

高频地波雷达系统是目前海上船只目标大范围连续监测的主要工具之一，具有探测距离远、连续观测、径向速度直接测量等优点，缺点是目标的位置探测精度低，静止目标和船只编队目标探测效果不佳。合成孔径技术通过雷达站和目标之间的相对运动来合成大的雷达孔径，通过高分辨率成像实现目标探测。合成孔径技术的应用方式包括合成孔径和逆合成孔径。合成孔径应用于雷达站动而目标静止的场合，逆合成孔径应用于雷达不动而目标动的场合。.针对地波雷达系统船只目标探测存在的问题，本项目将合成孔径技术应用于地波雷达系统，来提高地波雷达系统船只目标探测的精度。一方面将合成孔径技术应用于船载地波雷达，利用合成孔径点目标成像技术实现静止船只目标的探测，另一方面将逆合成孔径技术应用于岸基地波雷达系统，利用逆合成孔径二维成像技术解决船只编队目标架次分辨的问题。项目的研究成果，将会进一步提高地波雷达系统的性能，拓宽地波雷达的应用范围。

高频地波雷达是目前海上远距离超视距船只目标探测的主要传感器，具有探测距离远、速度探测精度高等优点，但是由于天线的大小和间距的限制，高频地波雷达的方位向分辨率较低，导致定位精度较低。合成孔径算法已经广泛应用在微波雷达、声呐、激光雷达等传感器上，通过雷达和目标间的相对运动，等效合成大孔径天线，从而提高方位向分辨率。为了提高地波雷达的探测精度，本项目尝试将合成孔径技术应用于地波雷达系统，来提高地波雷达系统船只目标探测的方位向精度。一方面将合成孔径技术应用于船载地波雷达，根据船载平台在海中的运动，将小孔径天线合成为大孔径天线，建立了船载阵列的收发模型，推导了船载平台在单阵元以及多阵元合成孔径下目标的回波信号，利用数字波束形成算法分析了船速、平台运动距离对目标方位分辨的影响。另一方面将逆合成孔径技术应用于岸基地波雷达系统，利用逆合成孔径二维成像技术解决编队船只目标架次分辨的问题。在ISAR处理框架下，通过运动补偿将编队船只运动视为旋转转台。基于转台结构，可以精确地推导横向距离域与多普勒频率之间的关系。通过傅立叶变换从回波数据中得到横向距离像，并通过横向定标估计舰船间的横向距离。仿真结果验证了该方法的有效性。在适当的积分时间下，可以在横向识别编队中移动的舰船。项目研究成果已结合岸基和船载地波雷达开展了部分现场试验。项目组共发表论文4篇，其中SCI检索2篇，EI检索2篇。项目组培养博士研究生1名，硕士研究生9名，已毕业硕士研究生2名。项目的研究工作为提高地波雷达的方位分辨率提供了一种新的思路，下一步还需要加强该方向的基础研究，完善相关技术细节，为地波雷达合成孔径的业务化应用打下理论基础。