高频地波雷达船舶目标检测算法研究

摘要

海洋安全监控已成为国民经济可持续发展的一项重要任务，高频地波雷达（High Frequency Surface Wave Radar，HFSWR）使用高频电磁波沿海洋表面绕射传播的特性实施广泛区域内的全天候监测，实现海洋船舶目标的超视距探测。使用HFSWR可实现对我国海洋专属经济区的有效监控，维护国家海洋权益。论文研究HFSWR回波数据生成的距离-多普勒（R-D）图，探索在R-D图中检测船舶目标的算法，完成的主要内容如下：
　　1.给出HFSWR和舰船自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）数据的来源、组成以及信息处理的流程，对比分析两种数据的不同点。
　　2.研究HFSWR回波信号中海杂波、地杂波和电离层杂波的形成原因及特性，针对不同的杂波设计采用对应的方法抑制干扰，稳定检测背景信号，减少杂波干扰对目标检测的影响。
　　3.采用了自适应曲线拟合、CA-CFAR、双参数CFAR算法，完成了R-D图差分共四种船舶目标检测算法。自适应曲线拟合和CA-CFAR算法通过设定检测阈值探测目标信号，超过阈值的信号是检测到的目标。双参数CFAR算法根据目标在R-D图中占据单元格的大小设定滑动窗口，滑动窗口可以判断窗口内的信号是否为船舶目标。R-D图差分法是将相邻时间的R-D图看成两帧图像，对相邻时间的两帧图像取差可检测到待定目标，再依据目标速度的时间相关性，对待定目标做最终确认，进而获得真实的船舶目标。
　　4.用AIS数据对上述四种算法获得的结果进行验证。将HFSWR数据与AIS数据进行时空统一处理，采用AIS数据信息对文中四种算法的目标检测结果进行匹配和对比。
　　经实验验证，本文完成的算法是有效的，而且已投入实际应用。

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高频地波雷达船舶目标检测算法研究

摘 要

ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

1.4 论文结构安排

第二章 数据源及预处理

2.1 HFSWR数据源

2.1.1 HFSWR简介

2.1.2 HFSWR数据处理及分析

2.1.3 HFSWR数据特点分析

2.2 AIS数据源

2.2.1 AIS简介

2.2.2 AIS数据处理及分析

2.3 本章小结

第三章 HFSWR杂波干扰的抑制

3.1 异常值剔除法

3.1.1 异常值剔除法原理

3.1.2 杂波抑制流程

3.1.3 实测数据检验结果

3.2 海杂波的抑制

3.2.1 海杂波概述

3.2.2 海杂波数据说明

3.2.3 海杂波抑制方法及实验结果

3.3 电离层杂波的抑制

3.3.1 电离层概述

3.3.2 电离层识别

3.3.3 电离层抑制方法及实验结果

3.4 地杂波的抑制

3.4.1 地杂波概述

3.4.2 地杂波抑制方法

3.4.3 实测数据检验结果

3.5 本章小结

第四章 船舶目标检测算法的实现

4.1 基于自适应曲线拟合算法的目标检测

4.1.1 距离向曲线拟合

4.1.2 多普勒向曲线拟合

4.1.3 实测数据验证结果

4.2 基于CA-CFAR算法的目标检测

4.2.1 CFAR算法原理

4.2.2 CA-CFAR算法流程

4.2.3 实测数据验证结果

4.3 基于双参数CFAR算法的目标检测

4.3.1 双参数CFAR算法原理

4.3.2 双参数CFAR算法流程

4.3.3 实测数据验证结果

4.4 基于图像差分法的目标检测

4.4.1 基本原理

4.4.2 改进思路

4.4.3 实验结果及分析

4.5 本章小结

第五章 结果验证与误差分析

5.1 AIS验证

5.1.1 时间转换

5.1.2 坐标转换

5.1.3 AIS验证效果

5.2 验证结果对比与分析

5.2.1 检测结果对比

5.2.2 误差分析

5.3 本章小结

第六章 结论与讨论

6.1 结论

6.2 讨论

参考文献

致 谢

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