一種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法。通過極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真方法，從而對目標(biāo)航跡跟蹤、融合等方法的性能進(jìn)行分析、驗(yàn)證與評價(jià)。它的具體過程為：步驟一，對目標(biāo)建立以雷達(dá)站為極點(diǎn)的極坐標(biāo)下的勻加速模型相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模型，得到不同時(shí)刻目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；步驟二，引入地波雷達(dá)系統(tǒng)的測量誤差對步驟一得到的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行修正，仿真得到目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)；步驟三，在步驟二的目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)基礎(chǔ)上引入環(huán)境雜波，仿真得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用于海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視監(jiān)測領(lǐng)域，提出了一種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)仿真建模方法，該方法能夠模擬生成地波雷達(dá)測量的目標(biāo)數(shù)據(jù)，可用于航跡跟蹤、融合 等方法的研究及評價(jià)。

【背景技術(shù)】
[0002] 高頻地波雷達(dá)利用短波（3?30MHz)在導(dǎo)電海洋表面繞射傳播衰減小的特點(diǎn)，采 用垂直極化天線輻射電波，能超視距探測海平面視線以下出現(xiàn)的艦船、飛機(jī)、冰山和導(dǎo)彈等 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，作用距離可達(dá)300km以上。同時(shí)，高頻地波雷達(dá)利用海洋表面對高頻電磁波的一 階散射和二階散射機(jī)制，可以從雷達(dá)回波中提取風(fēng)場、浪場、流場等海況信息，實(shí)現(xiàn)對海洋 環(huán)境大范圍、高精度和全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0003] 無線電波朝海面發(fā)射時(shí)，在海水表面會(huì)存在一種電磁波傳播模式，稱為地波 (Ground Wave),是一種表面波（Surface Wave),因此高頻地波雷達(dá)也叫做高頻表面波雷 達(dá)（HF Surface Wave Radar)。在中波和短波段海水表面的地波傳播衰減很小，而且地 波在一定程度上會(huì)沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑?，到達(dá)地平線以下很遠(yuǎn)的地方，即實(shí)現(xiàn)超視 距傳播。因此利用地波超視距傳播特性進(jìn)行探測的高頻地波雷達(dá)也稱為地波超視距雷 達(dá)（Over-The-Horizon Radar),探測距離根據(jù)發(fā)射功率和頻率的不同通?？蛇_(dá)到200? 500km。另外兩種類型的超視距雷達(dá)分別是天波超視距雷達(dá)和利用大氣波導(dǎo)特征的微波雷 達(dá)，前者通過電離層對高頻無線電波的反射實(shí)現(xiàn)對數(shù)千公里外目標(biāo)的探測，后者可以對一 兩百公里外的目標(biāo)進(jìn)行探測。
[0004] 中國專利CN101206260公開了航管自動(dòng)化系統(tǒng)中雷達(dá)目標(biāo)信息的處理方法，該專 利主要是解決目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的處理精度，利用航管雷達(dá)極坐標(biāo)（距離、方位、高度）報(bào)告與 處理平面直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，減小通常轉(zhuǎn)換算法的計(jì)算誤差。
[0005] 中國專利CN102508238公開了一種基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換的雷達(dá)跟蹤方法，它基于隨 機(jī)變量相關(guān)系數(shù)和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換原理，以達(dá)到在定量度量雷達(dá)濾波系統(tǒng)模型中的量測方程 的非線性程度的基礎(chǔ)上，降低雷達(dá)濾波系統(tǒng)模型中的量測方程非線性程度，從而提高雷達(dá) 跟蹤效果。
[0006] 但上述技術(shù)均未涉及如何對地波雷達(dá)探測的海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)建立相應(yīng)的仿真模型， 以便對航跡跟蹤、融合等方法進(jìn)行分析、評價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是為解決目前對地波雷達(dá)海上移動(dòng)目標(biāo)探測缺乏仿真建模的平 臺(tái)的問題，通過極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，從而對目標(biāo)航跡跟蹤、融合等 方法的性能進(jìn)行分析、驗(yàn)證與評價(jià)提供依據(jù)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，它的具體過程為：
[0010] 步驟一，對目標(biāo)建立以雷達(dá)站為極點(diǎn)的極坐標(biāo)下的勻加速模型相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模型， 得到不同時(shí)刻目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0011] 步驟二，引入地波雷達(dá)系統(tǒng)的測量誤差對步驟一得到的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行修正， 仿真得到目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0012] 步驟三，在步驟二得到的目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)基礎(chǔ)上引入環(huán)境雜波，仿真得到運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)。
[0013] 所述步驟一中，極坐標(biāo)下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，其特征是，它的具體過程為： 步驟一，對目標(biāo)建立以雷達(dá)站為極點(diǎn)的極坐標(biāo)下的勻加速模型相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模型，得到 不同時(shí)刻目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 步驟二，引入地波雷達(dá)系統(tǒng)的測量誤差對步驟一得到的真實(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行修正，仿真 得到目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 步驟三，在步驟二的目標(biāo)觀測運(yùn)動(dòng)參數(shù)基礎(chǔ)上引入環(huán)境雜波，仿真得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)跡 數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，其特征是，所述 步驟一中，極坐標(biāo)下目標(biāo)的運(yùn)
動(dòng)模型如下： 其中，rtSt時(shí)刻目標(biāo)位置與雷達(dá)站之間的徑向距離；Γ(ι為初始時(shí)刻與雷達(dá)站的徑向距 離；t運(yùn)動(dòng)時(shí)刻，以雷達(dá)的掃描間隔作為基本單位；a為加速度；α表示初始時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng) 方向與目標(biāo)徑向速度方向之間的夾角；時(shí)刻目標(biāo)位置矢量與雷達(dá)法向的夾角；Φ為 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與雷達(dá)法向夾角，-η η ;初始方位角初始速度V(l;Vrt為t時(shí)刻目 標(biāo)的徑向速度；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與目標(biāo)徑向速度方向夾角為β zarcsinO^sinO-Ci+ej/ rt)，對應(yīng)β為銳角0° <β〈90° ;目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與目標(biāo)徑向速度方向夾角為β = π0Q)/rt)，對應(yīng) β 為鈍角 90。<β〈180。； 根據(jù)目標(biāo)在雷達(dá)法向右側(cè)或左側(cè)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)β角為銳角還是鈍角，確定對運(yùn)動(dòng)模 型進(jìn)行相應(yīng)修正的條件，
上述四種情形中，當(dāng)β為銳角時(shí)，取式β 的表達(dá)形 式，當(dāng)β為鈍角時(shí)，取式β = θ^/rt)的表達(dá)形式，對所述運(yùn)動(dòng) 模型進(jìn)行修正。
3. 如權(quán)利要求1所述的極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，其特征是，所述 步驟二中，假設(shè)地波雷達(dá)量測的觀測噪聲服從高斯分布，則觀測到的目標(biāo)參數(shù)表示為：
其中， r〇bserve Λ V〇bserve Λ ^ observe 分別表不徑向距尚、徑向速度及方位角的觀測值，rOTiginal、 ^originalΛ ^ original 分別表示三者的真實(shí)值，σν、σ e分別表示徑向距離、徑向速度以及方 位角測量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，η表示均值為零，方差為1的正態(tài)分布隨機(jī)變量，通過調(diào)整測量誤 差標(biāo)準(zhǔn)差的大小，改變對各測量參數(shù)的擾動(dòng)，得到極坐標(biāo)下地波雷達(dá)探測目標(biāo)的觀測值。
4.如權(quán)利要求1所述的極坐標(biāo)下的地波雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真建模方法，其特征是，所述 步驟三中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)的獲得方法為： 在步驟二得到的某一時(shí)刻觀測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在目標(biāo)探測范圍內(nèi)加入一定數(shù)目 的雜波點(diǎn)；其中，雜波點(diǎn)的數(shù)目服從泊松分布，泊松分布的均值由雷達(dá)的探測面積及單位面 積內(nèi)雜波數(shù)的乘積決定，單位面積內(nèi)的雜波數(shù)即雜波強(qiáng)度根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定；雜波點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)參數(shù)隨機(jī)生成。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104101869SQ201410342338
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫偉峰, 張曉瑩, 周鵬, 戴永壽 申請人:中國石油大學(xué)(華東)