本發(fā)明涉及雷達(dá)測(cè)高裝置,尤其高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng)及其估測(cè)方法。
背景技術(shù):
航海是可通過(guò)高頻雷達(dá)檢測(cè)航船周?chē)目刂颇繕?biāo),但目前的高頻雷達(dá),只能檢測(cè)目標(biāo)距離航船的距離和位于航船的方位,但不能知道目標(biāo)的高度,目標(biāo)是航船還是飛機(jī)完全不知道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本申請(qǐng)人針對(duì)以上缺點(diǎn),進(jìn)行了研究改進(jìn),提供一種高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng)及其估測(cè)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng),安裝在航船上,包括控制單元、處理主機(jī)、航海顯示器、高頻雷達(dá)和ads-b設(shè)備,所述控制單元包括加固鍵盤(pán)、軌跡球鼠標(biāo)和電源控制面板,處理主機(jī)通過(guò)vga線連接航海顯示器、通過(guò)網(wǎng)線連接高頻雷達(dá)和ads-b設(shè)備、通過(guò)usb線連接加固鍵盤(pán)和軌跡球鼠標(biāo)、通過(guò)串口線連接電源控制面板和電源,所述電源控制面板也與電源連接,所述電源控制面板通過(guò)插線板連接航海顯示器、高頻雷達(dá)和ads-b設(shè)備。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
所述電源包括ups電源和外界電源,所述外界電源通過(guò)ups電源連接處理主機(jī)和電源控制面板。
一種高頻雷達(dá)空中目標(biāo)估測(cè)方法,包括以下步驟:
1)數(shù)據(jù)收集:通過(guò)ads-b設(shè)備收集民航飛機(jī)的id地址、經(jīng)緯度、高度、飛機(jī)編號(hào)、航向和航速數(shù)據(jù);通過(guò)高頻雷達(dá)收集目標(biāo)的距離、方位和目標(biāo)雷達(dá)散射截面積(rcs)回波強(qiáng)度值,并收集高頻雷達(dá)的工作頻率,并傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)存儲(chǔ),也可通過(guò)控制單元將數(shù)據(jù)調(diào)取至航海顯示器顯示。
2)通過(guò)處理主機(jī)進(jìn)行rotheram傳播衰減模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合擴(kuò)展卡爾曼濾波處理,估計(jì)目標(biāo)真實(shí)高度:
基地高頻雷達(dá)的目標(biāo)回波強(qiáng)度可以寫(xiě)成如下形式:
式中:n為第n個(gè)采樣時(shí)刻;pr(n)為消除雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)影響的目標(biāo)回波強(qiáng)度,單位為db。函數(shù)
從統(tǒng)計(jì)角度,rcs可以看成由其平均值和疊加于其上的隨機(jī)起伏組成。于是,可將rcs寫(xiě)成如下形式:
式中,φ(n)為rcs的平均值,可以用cv模型描述,
ar模型參數(shù)未知時(shí)算法為
a1(n),...,ap(n)是ar模型的時(shí)變參數(shù),ar模型的驅(qū)動(dòng)噪聲e(n)是均值為0,方差為
θ(n)=(a1(n),...,ap)t
假設(shè)θ(n)中的參數(shù)可用下面的隨機(jī)模型描述:
ak(n+1)=ak(n)+wk(n),k=1,...p.
令wθ(n)=(w1(n),...,wp(n))t是高斯白噪聲序列,獨(dú)立于{e(n)}且滿足
用模型可知,θ(n)的估計(jì)和跟蹤可以看成在狀態(tài)空間里的濾波問(wèn)題;
由于雷達(dá)的工作頻率fhz(n)是已知量,目標(biāo)距離r(n)可以通過(guò)高頻雷達(dá)測(cè)得,在傳播衰減函數(shù)
高度參數(shù)化的擴(kuò)展卡爾曼濾波(height-parameterizedextendedkalmanfilter,簡(jiǎn)稱hpiekf),通過(guò)遞歸計(jì)算各個(gè)不同高度初值濾波器的權(quán)值來(lái)逼近目標(biāo)真實(shí)高度。
系統(tǒng)模型傳播衰減是和目標(biāo)高度直接關(guān)聯(lián)的,想獲得對(duì)傳播衰減的估計(jì),同時(shí)也要獲得對(duì)目標(biāo)rcs的估計(jì)。
聯(lián)合擴(kuò)展卡爾曼濾波方法如下:
初始化:k=0
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出初始狀態(tài)濾波值
p0/0=diag(106,104,1,0.01)
ekf濾波:設(shè)定k=k+1
狀態(tài)預(yù)測(cè)
狀態(tài)預(yù)測(cè)協(xié)方差
線性化測(cè)量矩陣
卡爾曼增益
狀態(tài)濾波xk|k=xk|k-1+kk[zk-γ(fhz,hk,rk)-ψk|k-1]
狀態(tài)濾波協(xié)方差pk|k=pk|k-1-kkhkpk|k-1
其中,
3)數(shù)據(jù)顯示,將計(jì)算得到的目標(biāo)高度可在顯示在航海顯示器上查看。
本發(fā)明的有益效果如下:所述高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng),可利用高頻雷達(dá)和ads-b設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù),通過(guò)采集空中目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積(rcs)回波強(qiáng)度值,經(jīng)過(guò)rotheram傳播衰減模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合擴(kuò)展卡爾曼濾波處理,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)航船周?chē)繕?biāo)真實(shí)高度,即可大概了解航船周?chē)唧w是什么目標(biāo)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明提供的高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng)的模塊連接圖。
圖2為本發(fā)明提供的高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng)的測(cè)高流程圖。
圖中:1、控制單元;2、處理主機(jī);3、航海顯示器;4、高頻雷達(dá);5、ads-b設(shè)備;6、ups電源;7、插線板。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖,說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
如圖1所示,本實(shí)施例的高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng),安裝在航船上,包括控制單元1、處理主機(jī)2、航海顯示器3、高頻雷達(dá)4和ads-b設(shè)備5,控制單元1包括加固鍵盤(pán)、軌跡球鼠標(biāo)和電源控制面板,處理主機(jī)2通過(guò)vga線連接航海顯示器3、通過(guò)網(wǎng)線連接高頻雷達(dá)4和ads-b設(shè)備5、通過(guò)usb線連接加固鍵盤(pán)和軌跡球鼠標(biāo)、通過(guò)串口線連接電源控制面板和ups電源6,電源控制面板也與ups電源6連接,所述ups電源6連接外界電源,電源控制面板通過(guò)插線板7連接控制航海顯示器3、高頻雷達(dá)4和ads-b設(shè)備5。
如圖2所示,為高頻雷達(dá)空中目標(biāo)高度估測(cè)系統(tǒng)的測(cè)高流程,包括以下步驟:
1)數(shù)據(jù)收集:通過(guò)ads-b設(shè)備5收集民航飛機(jī)的id地址、經(jīng)緯度、高度、飛機(jī)編號(hào)、航向和航速數(shù)據(jù);通過(guò)高頻雷達(dá)4收集目標(biāo)的距離、方位和目標(biāo)雷達(dá)散射截面積(rcs)回波強(qiáng)度值,并收集高頻雷達(dá)4的工作頻率,并傳輸?shù)教幚碇鳈C(jī)2存儲(chǔ),也可通過(guò)控制單元1將數(shù)據(jù)調(diào)取至航海顯示器3顯示。
2)通過(guò)處理主機(jī)2進(jìn)行rotheram傳播衰減模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合擴(kuò)展卡爾曼濾波處理,估計(jì)目標(biāo)真實(shí)高度:
基地高頻雷達(dá)4的目標(biāo)回波強(qiáng)度可以寫(xiě)成如下形式:
式中:n為第n個(gè)采樣時(shí)刻;pr(n)為消除雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)影響的目標(biāo)回波強(qiáng)度,單位為db。函數(shù)
從統(tǒng)計(jì)角度,rcs可以看成由其平均值和疊加于其上的隨機(jī)起伏組成。于是,可將rcs寫(xiě)成如下形式:
式中,φ(n)為rcs的平均值,可以用cv模型描述,
ar模型參數(shù)未知時(shí)算法為
a1(n),...,ap(n)是ar模型的時(shí)變參數(shù),ar模型的驅(qū)動(dòng)噪聲e(n)是均值為0,方差為
θ(n)=(a1(n),...,ap)t
假設(shè)θ(n)中的參數(shù)可用下面的隨機(jī)模型描述:
ak(n+1)=ak(n)+wk(n),k=1,...p.
令wθ(n)=(w1(n),...,wp(n))t是高斯白噪聲序列,獨(dú)立于{e(n)}且滿足
θ(n+1)=θ(n)+wθ(n)
用模型可知,θ(n)的估計(jì)和跟蹤可以看成在狀態(tài)空間里的濾波問(wèn)題;
由于雷達(dá)的工作頻率fhz(n)是已知量,目標(biāo)距離r(n)可以通過(guò)高頻雷達(dá)測(cè)得,在傳播衰減函數(shù)
高度參數(shù)化的擴(kuò)展卡爾曼濾波(height-parameterizedextendedkalmanfilter,簡(jiǎn)稱hpiekf),通過(guò)遞歸計(jì)算各個(gè)不同高度初值濾波器的權(quán)值來(lái)逼近目標(biāo)真實(shí)高度。
系統(tǒng)模型傳播衰減是和目標(biāo)高度直接關(guān)聯(lián)的,想獲得對(duì)傳播衰減的估計(jì),同時(shí)也要獲得對(duì)目標(biāo)rcs的估計(jì)。
聯(lián)合擴(kuò)展卡爾曼濾波方法如下:
初始化:k=0
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出初始狀態(tài)濾波值
ekf濾波:設(shè)定k=k+1
狀態(tài)預(yù)測(cè)xk|k-1=φk-1xk-1|k-1
狀態(tài)預(yù)測(cè)協(xié)方差
線性化測(cè)量矩陣
卡爾曼增益
狀態(tài)濾波
狀態(tài)濾波協(xié)方差pk|k=pk|k-1-kkhkpk|k-1
其中,
3)數(shù)據(jù)顯示,將計(jì)算得到的目標(biāo)高度可在顯示在航海顯示器3上查看。
以上描述是對(duì)本發(fā)明的解釋,不是對(duì)發(fā)明的限定,本發(fā)明所限定的范圍參見(jiàn)權(quán)利要求,在不違背本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)的情況下,本發(fā)明可以作任何形式的修改。