天发船收高频雷达坐标配准与多径数据处理研究

发布时间：2020-04-02 13:25

【摘要】：天发船收高频雷达利用天波发射地波接收的方式实现对目标的探测,但是雷达探测得到的量测数据是目标在雷达坐标系中的射线距离、多普勒速度与方位角,为了得到目标在地理坐标系下的真实位置和运动信息需要将目标在雷达坐标系中的量测矢量转换为其在地理坐标系下的状态矢量,这一转换过程即为坐标配准。由于天发船收高频雷达中天波路径的存在,电离层的分层现象将导致多径效应的出现,即在同一时刻有多个量测对应一个目标,多径效应的存在严重影响了对目标的坐标配准和概率数据关联。本文的主要工作概括如下:1.研究了天发船收高频雷达体制下的目标坐标配准问题。本文分别利用射线追踪法和几何模型法对天发船收高频雷达体制下目标的坐标配准进行了研究,并推导给出了目标定位中较为关键P-D转换系数。其中对于基于几何模型的坐标配准方法,本文给出了基于平面量测模和球面量测模型的坐标配准公式,利用仿真实验验证了坐标配准公式的正确性,并利用量测误差理论和几何精度因子对平面量测模型下的坐标配准误差及定位精度进行了分析。2.研究了基于平面量测模型的天发船收高频雷达目标状态估计算法。首先通过几何关系,建立了目标跟踪模型,并对该雷达体制下的非线性滤波算法进行了研究分析,给出了该目标跟踪模型下量测转移矩阵的雅可比矩阵,并且利用这三种非线性滤波算法对仿真目标进行了跟踪滤波,最后对比分析了这三种算法的滤波性能。3.研究了多径条件下的电波传播模式识别和多径概率数据关联算法。将隐马尔可夫模型与Viterbi算法结合研究了多径条件下的坐标配准问题,即电波传播模式识别,首先通过仿真实验说明了多径产生的原因,然后将电波的传播模式建模为隐状态,目标的量测值作为观测矩阵,利用Viterbi算法进行解码计算,并给出了电波传播模式识别后的目标定位精度。利用MPDA算法研究了电离层高度已知的多径概率数据关联问题,利用MPCR算法研究了在电离层高度不确定的条件下的多径概率数据关联问题。
【图文】：

图 2-3 电磁波射线追踪轨迹P-D 转换系数如表 1 所示。表 2-2 射线追踪 P-D 变换系数（ f 10MHz）径向距离/km 1150 1200 1250 1300PD 转换系数 8.455 5.306 3.774 3.038利用射线追踪法可以根据雷达量测空间中的射线距离也叫径向距离以及目标方位角转换为目标在地理坐标系下的地理位置，但是没有办法将目标在量测空间的多普勒速度转化为目标在地理坐标系下的真实速度，这主要是因为电离层是非均匀的，从而使得电波在电离层中的传播是沿着曲线进行的，在利用射线追踪法计算目标的径向距离所对应的地面距离的过程中该方法是通过不断的求解微分方程而得到最终的结果，这就使得求出射线距离与地面距离之间解析关系式变得不可能，没有解析解便无法通过求导的方法在目标的多普勒速度与地理坐标系下的速度之间建立联系。因此在实际应用中，尤其是在雷达数据处理中，利用虚高信息根据电波在空间中传播的几何路径建立的坐标配准几何模型应用更加广泛。

同的地面距离，为了对目标实现精确定位，必须要对电波的多径传播模式进行识别。多径效应的存在同时也会对目标的跟踪产生很大的影响，在不同的传播模式下，将目标的量测矢量转换为其状态矢量的量测转换矩阵是不同的，在对目标跟踪滤波时如果不能充分考虑雷达量测量与电波不同传播模式之间的对应关系，滤波结果可能会出现发散。本章首先分析了天发船收高频雷达中多径产生的原因，并利用基于隐马尔可夫模型(HMM)的 Viterbi 算法对多径传播模式进行了识别，接着对天波路径中的杂波建立了杂波模型，最后研究了多径以及杂波条件下的概率数据关联算法。其中MPDA 算法是电离层反射虚高固定情况下的多径概率数据关联算法，MPCR 算法是在电离层反射虚高不确定情况下的多径概率数据关联算法。4.2 多径效应天发船收高频雷达的天波传输路径中电波需要经过电离层的反射到达目标，由于电离层具有分层现象，这将导致雷达电波可能经过不同高度的电离层反射到达目标，此时会产生多径现象，如图 4-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 权太范,李健巍;高频雷达抗瞬时干扰研究[J];现代雷达;1999年02期

2 刘永坦;高频雷达的研究与实践[J];中国科学院院刊;1994年01期

3 ;各种体制与用途的雷达及系统[J];电子科技文摘;2000年01期

4 施为华,王淑融,吴世才,黄为民,石振华;从高频雷达海面回波多普勒谱提取浪高参数[J];武汉大学学报(自然科学版);1998年03期

5 蔡佳佳;曾玉明;周浩;文必洋;;基于人工神经网络的高频雷达风速反演[J];海洋学报;2019年11期

6 刘二小;胡红桥;刘瑞源;吴振森;吴铭君;杨惠根;张北辰;;中山站高频雷达观测结果初步分析[J];极地研究;2012年04期

7 蒋燕妮;陈泽宗;赵晨;;基于高频雷达二阶海洋回波的风速反演算法研究与应用[J];现代雷达;2019年07期

8 周沫;察豪;林新党;;时频联合处理方法在地波高频雷达中的应用[J];雷达与对抗;2006年03期

9 裴炳南;高晓兵;张颖光;;提高高频雷达带宽的多载波技术研究[J];电波科学学报;2011年05期

10 冀振元,孟宪德,王吉滨;高频雷达中LFMCW信号的分析[J];系统工程与电子技术;1999年12期

相关会议论文 前5条

1 任广辉;魏红江;;单双基地复合高频雷达时间对齐方案研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2009年

2 程瑞修;;高频雷达测流系统在水文测验中的应用[A];水与水技术（第9辑）[C];2019年

3 胡红桥;刘瑞源;杨惠根;刘顺林;;南极中山站高频雷达探测计划[A];第十届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2003年

4 孙浩;于长军;;一种基于ADSP-TS101S的软件雷达的频率监测系统的研究和实现[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年

5 沈石坚;黄银和;朱炳元;;高频雷达电台干扰分析[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（上册）[C];2008年

相关重要报纸文章 前1条

1 李文;澳升级高频雷达引关注[N];中国国防报;2019年

相关博士学位论文 前8条

1 赖叶平;基于紧凑型高频雷达的海洋表面流场探测及海流特性分析[D];武汉大学;2018年

2 李雷;高频雷达自适应抗干扰技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

3 周升辉;多载频MIMO高频雷达关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 王炜荔;高频雷达反演涌浪及其他近海物理过程的研究[D];中国海洋大学;2015年

5 宗华;双基地高频雷达数据处理NFE技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 李宏博;高频雷达目标数据处理技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

7 刘二小;SuperDARN高频雷达回波特征研究[D];西安电子科技大学;2013年

8 沈伟;多状态多频段海洋遥感雷达系统研究与实现[D];武汉大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 严万泉;天发船收高频雷达坐标配准与多径数据处理研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 宋和晏;天发船收高频雷达目标状态估计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 扈宗鑫;高频雷达优选工作频率方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

4 孙洪峰;软件高频雷达多种体制信号的数字化产生与接收[D];哈尔滨工业大学;2006年

5 孙韬;软件高频雷达信号处理的通信控制与频监信道的实现[D];哈尔滨工业大学;2007年

6 周艳颜;软件高频雷达实时信号处理软件的设计[D];哈尔滨工业大学;2006年

7 文斌;双基地高频雷达航迹融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

8 郭录;软件高频雷达系统控制平台的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2007年

9 孙孟彤;高频地波雷达电离层杂波干扰特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

10 何园园;软件高频雷达频率监测及选频方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

，

本文编号：2612010