航海雷达（精选3篇）
航海雷达 篇1
1 固态雷达工作原理
调制器发出的调制脉冲被传送进入磁控管, 并引发磁控管产生大功率超高频率的脉冲波, 这种射频脉冲波经过天线发射, 在遇到目标物体后, 有目标物体弹回的反射波会再次被天线接收, 最后接收机通过反射波的信息, 进过处理, 将信号以视屏信号的方式显现出来, 这就是传统的脉冲磁控管雷达。脉冲磁控管雷达中最主要的部分就是磁控管, 而新型的固态雷达却没有磁控管, 取而代之的是固态器件。信号的发射和传统的雷达一样, 接收后的信号不仅要进过接收器的处理还需要有脉冲压缩器的处理, 之后才能将信息呈现在显示屏上。
传统的脉冲磁控管雷达发射的是大功率的脉冲波, 而新型的固态雷达发射的确实低功率的射频脉冲, 一般情况下固态雷达发射的射频脉冲的最大功率低至200W左右, 但是却拥有较高的占空率。发射的信号经过接收机和脉冲压缩器的处理, 可以高倍数的压缩信号, 这就可以与传统雷达所发射的大功率高频率的射频信号想媲美, 而固态雷达还具有较高的占空比, 所以固态雷达在远距离的探测中更占有优势地位。
雷达探测的距离可分为近、中、远三种不同的距离, 不同的探测距离的要求是不一样的, 固态雷达发射出特定的射频脉冲来满足这些要求, 这种特定次序的脉冲中包括短脉冲, 中脉冲和长脉冲三种不同的脉冲波。同时, 为了使脉冲容易被压缩, 常常采用脉冲宽度和编码混合的方法, 这样可以保证每次发射的脉冲在长度和编码上都是与众不同的。处理和比较就收会的脉冲信号, 就可以判断目标的存在状况。而数字脉冲压缩器的作用就是压缩脉冲, 这样就可以利用中脉冲和长脉冲来有效地确定距离, 按照IMO的规定, 雷达性能标准距离可以观察到40m。新体制的固态雷达与传统的脉冲磁控管雷达有巨大的改善, 它使用了脉冲多普新勒技术, 这项技术的使用时的航海雷达得到了更好地发展。固态雷达可以检测出雷达与目标之间的相对速度, 将接受的反射波以特定的方式处理后, 能够十分有效的将回波中的杂波剔除出去, 这种滤波技术使得雷达能够在海浪和雨雪等恶劣情况下, 对移动中的小目标进行精确地探测, 这比起传统雷达的效果要好的多。通过对比, 可以更加具体的说明两种雷达在有外界干扰的情况下探测性能的高低, 新体制的固态雷达在雨雪天气可以清晰的扑捉到移动中的小目标, 有效地派出了雨雪杂波的干扰;而传统的雷达对雨雪杂波的过滤效果不尽如意, 即使后期通过其他手段抑制雨雪杂波的影响, 取得的效果也不如固态雷达的效果好。
2 典型技术介绍
2.1 多普勒效应
声源和接受物体的相对运动而发生声源的频率发生改变 (频移) 称为多普勒效应。将多普勒效应使用在雷达中, 这样可以提高雷达在有外界杂波的干扰下清晰观察到移动中的小目标能力。移动中的小目标与雷达之间沿径向有相对的速度或者是两者之间的距离变化时, 这种多普勒雷达发射出的脉冲信号经过目标的反射后, 雷达接收的收回波的频率和原来的发射的脉冲的频率有变化, 根据这种频率偏移, 我们就可以知道小目标的运动情况。雷达发射的脉冲信号和接受会的信号进过的路程是目标和雷达之间路程的两倍。多普勒雷达可以有效地减少杂波的干扰, 使得目标情况可以清晰的显示出来。
2.2 脉冲压缩技术
除了多普勒雷达外, 还有脉冲压缩雷达, 它的主要技术是脉冲压缩。脉冲压缩技术就是通过对脉冲的相位和频率进行编码的长脉冲, 将发射机发射的原有脉冲编码成远远大于相同情况下未编码的脉冲宽度。脉冲发射需要有足够的能量, 而脉冲压缩技术的最大特点就是能够在较低的峰值功率下, 有效地增大脉冲的宽度来确保脉冲顺利发射。脉冲压缩雷达还具有远距离探测能力和距离探测能力高等特点。
3 固态雷达的应用
3.1 固态雷达的运用特点
新体制固态雷达的出现, 在航海雷达的发展史上具有跨时代的意义, 多普勒技术、脉冲压缩技术等高新技术的使用, 使得固态雷达相对于传统雷达具有许多优点。固态雷达不仅在远距离探测、距离分辨、抗杂波干扰、检测移动中的目标等方向的能力大大提高, 而且因为新技术的使用, 也降低了航海雷达的使用成本, 延长了雷达的使用寿命。新的技术也是的固态雷达的工作原理发生了改变, 这使得固态雷达获得了许多优点。首先, 传统的磁控管雷达的主要工作部位磁控管, 在开启雷达后需要长达三分钟的预热时间才能正常工作, 而固态雷达却不需要时间来预热。其次, 磁控管发射出的是大功率高频率的脉冲, 这些脉冲并不稳定, 一般情况下为了获得清晰地图像, 需要对这些脉冲进行调制, 但是固态雷达解决了这一问题, 不再需要调制。再次, 传统雷达使用的大功率设施需要经常更换, 这就增加了雷达的使用成本, 而新体制的固态雷达不需要经常更换这些器件, 大大减少了成本。
3.2 固态雷达在运用中注意的问题
虽然固态雷达的性能在传统雷达的基础上有了很大的进步, 但是在使用过程中, 使用者还有一些地方需要注意, 以保证安全有效使用航海雷达。首先, 固态雷达在观测移动目标时需要目标与雷达间有径向移动, 这一确定也会使得没有径向移动的目标别误认为是杂波过滤掉。其次, 固态雷达采用的脉冲压缩技术在对杂波干扰进行过滤的时候, 也会对小目标的发射波有影响, 这样也会减弱对小目标的探测能力。所以使用者在使用固态雷达的时候, 必须注意这些细小的问题, 以免因为疏忽造成航海事故。
4 结语
航海事业的发展使得人们对于航海雷达的要求越来越高, 随着未来科学技术的不断发展, 航海雷达也会不断地改善。未来的航海雷达将在抗干扰能力、距离分辨率等方面做出巨大的突破。新体制固态雷达的出现为安全航海提供了有效地技术支持。笔者在这里对目前新体制固态雷达的现状和工作原理进行了简单的介绍, 同时提出了现代新体制固态雷达的运用中的特点及其注意的问题, 为雷达的使用者提供一份参考。
摘要：传统的航海雷达中使用最为广泛的就是脉冲磁控管雷达, 但是这种雷达技术已经无法满足现代航海的雷达技术要求。现在的航海雷达技术得到了巨大的发展同时航海状况也日益复杂, 这些使新型的雷达技术的出现成了必然的趋势。目前的航海雷达技术的研究和开放的主要方向还是以脉冲压缩技术体制、调频连续波技术体制为代表的新型雷达技术。文章通过研究和分析新型雷达技术在航海中对目标的感应能力, 来介绍新体制固态航海雷达的特点和运用。
关键词：固态雷达,多普勒效应,脉冲压缩
参考文献
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航海雷达 篇2
现阶段航海雷达对于目标船舶的分型主要靠AIS完成。由于AIS需要船舶与船舶互动才能完成信息交流,因此在无法用AIS进行沟通的情况下,航海雷达对于船舶的分型有很大困难。
本文针对上述问题提出了通过离散傅里叶变换提取雷达回波中相对高频成分、相对低频成分和多普勒频率来分辨船舶外形凹凸程度及船舶大小的方法。由于棱角分明的目标对于高频反射能力强,棱角不分明的目标对于低频反射能力强,因此,通过高频和低频所占总回波能量的百分比可大致将船舶外形凹凸程度的差别区别出来。而多普勒频率对于船舶的行驶速度进行检测。由于船舶速度与船舶类型有关,因此可以将船舶回波的多普勒频率作为判断船舶类型的依据之一。通过实验证明,分型结果正确,且具有比较好的稳定性,达到预期效果。
1 离散傅里叶变换
傅里叶变换是现阶段用来提取信号频率的主要变换方法,尤其是离散傅里叶变换,作为回波采样信号的频率提取方法在实际应用中更为普遍。通过离散傅里叶变换得到的频谱为:
式中,x(n)为一个采样点为N个点的时间序列信号,k为频率,X(k)为将x(n)做离散傅里叶变换后所得到的频谱。
2 外形凹凸程度不同的目标回波频谱对船舶分型的分析
物理学中已经证明:棱角分明的目标对于高频反射能力强,棱角不分明的目标对于低频反射能力强。因此,通过高频和低频所占总回波能量的百分比可大致将船舶外形凹凸程度的差别区别出来。本文中,航海雷达发射波频率为恒定的9.3GHz,矩形脉冲调制,发射功率1W,扫描起始频率9GHz,扫描间隔0.0586MHz,采样点N=512,当雷达波束扫描到外形棱角分明和外形相对圆滑的目标时,MATLAB仿真频谱如图1所示。
目标棱角分明的雷达回波(参见右栏)
图中每两点间隔为0.586MHz,坐标原点即扫描起始频率为9GHz,扫描最大频率即第512点频率为9.3GHz。由仿真结果百分比看出,雷达回波能量相同的情况下,棱角分明的目标的雷达回波中相对较高频能量部分所占百分比相对较大,9.03516GHZ以上的频率回波占总回波能量的57.70%。而棱角相对圆滑的目标的雷达回波,9.03516GHZ以上的频率回波占总回波能量的38.33%,相对较低频能量所占百分比相对较大。由此,可将船舶外形条件分析出来。
3 多普勒频率对船舶分型的分析
多普勒频率直接反映了船舶行驶的速度。由于速度与船舶类型有关,因此可以将船舶回波的多普勒频率作为判断船舶类型的依据之一。
多普勒频率与船舶行驶速度的关系式为:
其中fd为多普勒频率,vr为目标相对于雷达的径向速度,c为光速,f0为发射信号的频率。在雷达中,接收机输入端的多普勒频率为上式的两倍,即:
检测出多普勒频率fd以后,便可以得到船舶行驶的速度vr。
由于船舶行驶速度受其船舶大小的制约,因此,通过检测船舶行驶速度可以大致分析出船舶属于大型船舶或者是小型船舶,以及船舶的机动能力。
4 结论
本文通过相对高频和相对低频在回波整体能量中所占的百分比分析船舶外形的凹凸程度,这对于船舶外形的分型有着重要意义。同时,根据船舶回波的多普勒频率检测出船舶的运动速度及机动能力,这对于船舶的大小分型及船舶类型分型有着重要影响。最后,将这种通过频域估计出来的结果做综合分析,即可得出船舶分型结果。
摘要：文章提出了一种通过对航海雷达回波信号进行频域处理来对船舶进行分型的方法。通过离散傅里叶变换提取雷达回波中相对高频成分、相对低频成分和多普勒频率来对船舶进行外形凹凸程度的分型和船舶大小的分型。通过MATLAB仿真,证明此种方法能够达到预想效果。
关键词：航海雷达,离散傅里叶变换,多普勒频率
参考文献
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[2]秦勤.潮流推算在港口雷达海杂波处理中的应用[J].现代电子技术,2008,31(13):71-72.
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航海雷达 篇3
1 野值的识别
本文对野值的判别和修正采用卡尔曼滤波进行测量数据处理的系统。在滤波过程中就可以进行野值的判别, 判别过程中运用到“新息”[1], 卡尔曼滤波中的“新息”为:
undefined
可以利用下式进行野值的识别[2]:
undefined
式中:r为系数, r取值范围为0
之所以要利用 “新息”进行野值的识别, 是因为“新息”直接反映了测量值的情况。如果一组测量值中某些数据是野值, 那么他们所对应的“新息”就会有比较大的偏差。用“新息”而不是直接用测量值来识别野值, 是由于测量值中所含有的未经过处理的两部分噪声 (状态噪声和测量噪声) 对测量值影响很大, 识别结果可能不够可靠, 而利用“新息”能够达到更好的识别效果[3]。
2 野值的处理
所涉及的领域和设计用途不同, 采用的野值处理方法也往往不同。例如:如果跟踪目标是机动很明显的目标, 如海上航行的轻型船只, 那么就不能单纯地用上一时刻对这一时刻的预测值来代替这一时刻目标数据, 而通常以所建立的目标力学运动方程的值结合这一时刻的预测直来代替此时刻的目标数据[4,5]。
本文采用以惯性外推得到的数值取代野值的处理方法。之所以采用这一方法是由航海雷达所观测目标的运动特性决定的。航海雷达探测和跟踪的目标绝大多数是海上和港口内航行的大中型船舶[6,7,8,9]。由于这些船舶的巨大惯性, 因此它们机动慢, 在航海雷达的一个采样周期内, 它们的运动状态不会发生大的改变, 因此可以认为目标动态特性不变。野值的连续出现概率几乎为零, 但是当目标做明显机动运动时, 通过测量值所得出的“新息”可以将连续的几个正确数据都判定为野值。为避免这类情况的产生, 本文还采取假设连续出现野值同时处理的方法, 即在识别出一个野值以后, 先不把此值作为野值, 而是按照这个值做下一时刻的滤波预测, 然后再用下一时刻的测量值与这个预测值做比较看下一时刻的测量值是否仍是野值, 如果判断仍是野值, 则前一个测量值不是野值, 而是从上一时刻起目标发生明显机动, 因此, 前一时刻判定出的值无须进行修正。
但是也应该看到, 这种方法是基于单步测量的, 每一步都要进行相关判断并做出决定[10]。而且更重要的是这种方法没有考虑到滤波在开始阶段或者某个阶段出现震荡而后又收敛等多种现象, 以至可能作出错误的判断, 而这些现象在实际中是可能发生的[11]。考虑到跟踪初始阶段滤波本身不稳定, 并且时间比较短暂, 野值出现的概率不高, 本文只在滤波跟踪稳定以后才开始野值识别和处理。
3 野值处理的仿真分析
本实验中目标做匀速直线运动, 测量野值点置于第100个采样周期上, 本实验中设定这个野值是由观测噪声引起的, 此时r取1, 这样有利于避免将正常范围内的测量误差当作野值剔除, 但同时也减小了发现野值的概率。r取值越接近0, 发现野值的概率就越大, 但是会将在正常范围内的观测噪声当作野值剔除, 这样不利于滤波。本文仿真结果中, “-.-.-.-”代表测量误差;“----”代表预测误差;“——”代表估计误差。横坐标代表雷达采样点时间 (单位为s) 。纵坐标代表航迹推算的误差 (单位为m) 。
图1为受到野值干扰的航迹推算精度, 在仿真实验中将野值点设置于第100个采样周期;图2为经过本文所述方法进行野值处理过的航迹推算精度。
由图2可以看出, 未对野值进行处理的推算精度受到野值的很大干扰, 在滤波精度大幅度偏离真实值之后经过了近10个采样周期开始重新收敛, 这对于整个滤波过程是很不利的。而经过野值处理后的推算精度虽然在野值出现的时刻也受到了干扰, 但是干扰影响小, 对于船舶航行几乎无安全隐患。
野值使得航迹推算结果离真实值偏差很大, 而且再次收敛缓慢, 这对于未收敛时间段内的目标跟踪造成极大影响, 甚至可能导致丢跟踪的情况, 使后继航迹处理无法进行。从仿真结果来看, 这种野值的处理方法对于减小野值影响, 提高航迹推算精度还是有效的。
摘要：提出一种对测量值中野值的修正方法, 并通过卡尔曼滤波算法应用于航海雷达航迹外推中。通过对于卡尔曼滤波算法的Matlab仿真可以看出, 未经过此种修正的外推航迹受到野值干扰相当严重, 而经过此种方法修正以后, 航迹外推的准确性大大加强, 因此这种方法达到了减轻野值对航迹外推的影响, 对保障船舶的航行安全起到了重要作用。
关键词：野值,航海雷达,航迹外推,卡尔曼滤波算法
参考文献
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