[發明專利]提高天波雷達海面船舶目標跟蹤定位精度的方法

無效

• 申請號: 201410673749.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104391281A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 高火濤;高可至
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 趙麗影

技術領域

本發明屬于高頻天波雷達船舶目標定位領域，涉及一種提高天波雷達海面船舶目標跟蹤定位精度的方法。

背景技術

高頻天波雷達利用電離層對高頻電磁波的折射特性，可實現對海面艦船目標和海面狀態參數遠距離大范圍超視距探測，探測距離甚至可達到數千公里，具有與其它海洋探測設備相比更大的效費比。

然而，高頻天波雷達由于受到工作頻段、雷達體制、電離層特性、海雜波和復雜電磁環境的影響，該雷達系統目標跟蹤定位精度低，不能完全滿足用戶要求。為了提高天波雷達船舶目標跟蹤定位精度，一般可通過增加電離層探測設備數量，提高電離層模型參數反演精度和空間分辨率，進而提高目標跟蹤定位精度。然而，這不僅會大大增加雷達系統構建復雜度，而且會大大增加系統管理、維護和運行成本，不便于推廣應用。根據已知機場位置和飛機飛行航跡可以獲得海面船舶目標定位校正信息，然而，由于陸地機場數量有限，大部分在內陸飛行，對于遠離機場的海面船舶目標，不能進行有效的空間誤差校正。

本發明提供了一種提高天波雷達海面船舶目標跟蹤定位精度的方法。船舶自動識別系統(Automatic?Idenfication?System,AIS)由艦船和飛機目標敵我識別器發展而來，是一種集通信技術、網絡技術、計算機技術和顯示技術一身的數字助航避險系統，通過全球定位系統配合，將船名、呼號、噸位、時間、位置、航速、航向等船舶靜/動態信息向附近海域船舶和岸基臺站廣播，使岸基臺站及附近船舶能及時掌握附近海域所有船舶的航行態勢，為船舶航行提供安全避險保障。AIS系統分為岸基AIS系統和星載系統，岸基AIS布設在海岸或島嶼上，一般服務范圍只有數十公里，其空間分辨率、時間分辨率和定位跟蹤精度高。星載AIS放置在衛星上，其服務范圍面向全球。本發明主要利用了AIS信息其中的時間、位置和航速信息。

發明內容

針對現有天波雷達定位跟蹤精度低面臨的問題，本發明提供了一種提高天波雷達海面船舶目標跟蹤定位精度的方法，該方法利用現有大量的AIS提供的船舶航行信息，無需增加新的設備，為高頻天波雷達海面船舶目標跟蹤定位提供一種新的、低成本、高精度誤差修正新方法，而且還可對非合作船舶目標進行空間位置誤差校正，提高了跟蹤定位精度。

本發明的技術方案是：

一種提高天波雷達海面船舶目標跟蹤定位精度的方法，通過利用AIS提供的合作船舶目標定位跟蹤信息，與天波雷達探測到的海面目標定位跟蹤信息進行關聯和融合，獲得不同區域船舶目標的定位誤差信息，并對天波雷達探測到的船舶目標定位跟蹤信息進行修正。

具體步驟包括如下：

步驟1、對天波雷達回波數據進行電離層污染校正，對校正數據利用恒虛警法檢測海面船舶目標，并基于當前電離層參數對目標進行定位和跟蹤；

步驟2、將AIS跟蹤定位的船舶空間、時間和運動信息進行空間、時間和速度變換到天波雷達坐標系統中；

步驟3、將AIS船舶跟蹤定位信息與天波雷達探測的數據進行空間、時間和運動關聯與融合；

步驟4、以AIS船舶跟蹤定位信息為參考，對雷達照射區進行網格劃分，提取不同網格區域天波雷達目標空間定位誤差；

步驟5、根據獲取的不同區域的空間誤差，對天波雷達目標定位信息進行修正。

所述步驟1的具體實現過程為：

根據恒虛警法檢測海面船舶目標，并對疑似海面船舶目標進行定位和航跡形成時，剔除受電離層污染比較嚴重而沒有校正效果、目標信噪比低于10dB、離海岸線小于20km的數據。

所述步驟2的具體實現過程為：

將AIS的船舶空時信息基于球體模型的坐標變換和徑向投影變換，實現坐標統一，采用分段線性插值和外推法對AIS航跡進行時間插值，實現與天波雷達的時間對準，進而實現兩者空時信息統一到天波雷達坐標系中，并剔除其中靜止船舶、離海岸線小于20km和目標運動方向頻繁出現突然變化且距離誤差超過40km的數據。

所述步驟3的具體實現過程為：

將AIS船舶跟蹤定位信息與天波雷達探測的數據進行空間、時間和運動關聯與融合，判斷雷達檢測目標是否與AIS船舶指示的目標相關，可以AIS提供的目標為標準，以目標相對于雷達的速度、距離和方位是否落在設定的波門為依據；在做數據關聯和融合時，主要將徑向速度作為第一特征，將徑向距離和方位角作為第二和第三特征；速度波門、距離波門以及方向波門的選取以天波雷達的探測精度為依據；關聯方法是基于均值最近鄰法和模糊雙門限航跡關聯法。

所述步驟4的具體實現過程為：