高频地波雷达目标检测与跟踪一体化探测方法研究

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高频地波雷达具有探测距离远、实时性强以及可全天候持续工作等优点,在我国200海里专属经济区内的船只目标探测方面发挥着重要的作用。传统的高频地波雷达目标探测方法为先检测后跟踪,即对雷达回波信号进行恒虚警率(Constant False-Alarm Rate, CFAR)检测,得到目标点迹,然后再进行目标航迹跟踪。但是,CFAR检测容易产生虚警或造成微弱目标漏检,基于点迹的航迹跟踪又存在着前后时刻的点迹关联困难等问题。检测前跟踪作为一种新型的目标探测方法,其对单帧回波数据不进行目标检测,而是将多帧数据积累,并利用目标径向速度和距离在帧间的关联性进行目标航迹跟踪,在得到目标航迹的同时完成目标的检测,从而实现了目标的检测与跟踪一体化探测。本文重点研究了基于动态规划的高频地波雷达目标检测前跟踪算法,并进行了验证,主要研究工作包括:1.提出了一种改进的基于动态规划的高频地波雷达目标检测前跟踪探测方法。本文针对常规的基于动态规划的检测前跟踪方法存在的计算量大、门限设置困难和航迹汇合等问题,提出了一种改进的方法。该方法通过引入CFAR预处理,减少了计算量,同时也避免了门限判决问题;采用正反向联合搜索方式优化基本的检测前跟踪算法流程,并利用正反向航迹关联处理方法解决了航迹汇合问题。基于实测高频地波雷达数据的验证结果表明,该方法能够有效解决常规方法存在的上述问题。同时,其航迹跟踪的连续性也明显优于传统的先检测后跟踪的方法。2.研究了基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)数据的高频地波雷达航迹跟踪效果验证方法。针对传统的线性插值在同一船只相邻两条AIS信息时间间隔过长时误差较大的问题,本文提出了一种适用于地波雷达航迹跟踪效果验证的改进的AIS航迹插值方法。该方法综合考虑了目标的航速、航向等动态信息,通过对插值时间段内的船只位置进行预测,形成运动船只在该时间段内的插值航迹。实测AIS数据验证结果表明,相比线性插值,该方法的航迹插值结果更接近船只在插值时间段内的实际航行轨迹。3.利用合作船只目标探测实验对改进的地波雷达目标检测前跟踪方法的航迹跟踪性能进行了验证。比对与分析结果表明,’本文所提出的改进的基于动态规划的检测前跟踪方法所得到的合作目标航迹与其AIS航迹比较接近,且航迹中的径向速度和距离参数的测量误差较小。
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