紀(jì)永剛，張 杰，王祎鳴，常廣弘

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所海洋物理與遙感室，山東 青島 266061；2.國(guó)家海洋局航天科技集團(tuán)公司海洋遙測(cè)工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266061)

綜述

緊湊型高頻地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)研究進(jìn)展*

紀(jì)永剛1，2，張 杰1，2，王祎鳴1，2，常廣弘1，2

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所海洋物理與遙感室，山東 青島 266061；2.國(guó)家海洋局航天科技集團(tuán)公司海洋遙測(cè)工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266061)

高頻地波雷達(dá)是海上船只目標(biāo)大范圍連續(xù)探測(cè)的主要手段，與大型陣列雷達(dá)相比，緊湊型地波雷達(dá)具有占用場(chǎng)地小、功耗低、架設(shè)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本文首先概述了高頻地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究狀況，然后通過(guò)闡述緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，分析緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)中難點(diǎn)和急需解決的問(wèn)題，給出緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的新方案。該方案利用檢測(cè)跟蹤一體化方法解決單方位緊湊型地波雷達(dá)弱信號(hào)檢測(cè)困難的問(wèn)題，利用多方位目標(biāo)航跡融合確定精確目標(biāo)航跡，能夠降低目標(biāo)航跡丟失概率，提高目標(biāo)探測(cè)精度。最后總結(jié)了緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)和研究重點(diǎn)。

緊湊型高頻地波雷達(dá)； 目標(biāo)檢測(cè)； 目標(biāo)跟蹤； 數(shù)據(jù)融合

高頻地波雷達(dá)，又稱(chēng)為高頻地波超視距雷達(dá)，是海上目標(biāo)大范圍、連續(xù)探測(cè)的主要手段，它利用高頻電磁波(3～30 MHz)沿海面繞射傳播的特性，實(shí)現(xiàn)海上船只與低空飛機(jī)等移動(dòng)目標(biāo)和海洋動(dòng)力參數(shù)的大范圍連續(xù)監(jiān)測(cè)[1-3]。在海上權(quán)益維護(hù)、海上救援、航海運(yùn)輸和漁業(yè)管理等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。特別是在海上集成監(jiān)視系統(tǒng)中，高頻地波雷達(dá)作為主要的大范圍連續(xù)監(jiān)測(cè)手段，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

雖然全球范圍內(nèi)有幾百部地波雷達(dá)系統(tǒng)，但目前用于目標(biāo)探測(cè)的地波雷達(dá)系統(tǒng)大都是大型陣列式，其動(dòng)輒幾百米甚至上千米的天線陣需要占用大面積稀缺的海邊資源，且較大的雷達(dá)發(fā)射功率也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成電磁污染和干擾，限制了大型陣列式地波雷達(dá)的推廣及應(yīng)用。為充分發(fā)揮高頻地波雷達(dá)大范圍海上目標(biāo)連續(xù)監(jiān)視監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，滿足海洋權(quán)益維護(hù)、海上救援、航海運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)Ｉ洗淮蠓秶B續(xù)監(jiān)視監(jiān)測(cè)的迫切需求，亟需發(fā)展占地面積小、設(shè)備小型化和功耗低的地波雷達(dá)系統(tǒng)。區(qū)別于海態(tài)監(jiān)測(cè)地波雷達(dá)系統(tǒng)的分類(lèi)，本文定義具有上述特征的地波雷達(dá)系統(tǒng)為緊湊型地波雷達(dá)，包含小型陣列式和便攜式地波雷達(dá)系統(tǒng)。相對(duì)于大型陣列式地波雷達(dá)，緊湊型地波雷達(dá)具有天線占用場(chǎng)地小(天線孔徑小于百米)、雷達(dá)設(shè)備小型化、功耗低以及天線設(shè)備架設(shè)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于場(chǎng)地受限、探測(cè)距離要求不高等情況和場(chǎng)合。如將緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)架設(shè)到海島、海上石油平臺(tái)或者船只平臺(tái)上，可進(jìn)一步擴(kuò)展高頻地波雷達(dá)的架設(shè)地點(diǎn)，增加其應(yīng)用范圍。因此，發(fā)展緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)及相應(yīng)的目標(biāo)探測(cè)技術(shù)是地波雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

1 地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的研究

目前，許多國(guó)家特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在大力發(fā)展地波雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，成功研制和部署了多種型號(hào)的地波雷達(dá)系統(tǒng)，如美國(guó)的Seasonde、德國(guó)的WERA、加拿大的SWR-503、英國(guó)的OSCR和PISCES雷達(dá)以及俄羅斯的“向日葵”等[4-8]。國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南京電子技術(shù)研究所等多家單位在高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)方面開(kāi)展了大量研究[9-12]。其中，武漢大學(xué)等單位研制的OSMAR系列地波雷達(dá)主要用于海洋動(dòng)力參數(shù)的業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位主要研制用于目標(biāo)探測(cè)的高頻地波雷達(dá)，已有業(yè)務(wù)化運(yùn)行的目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用。

從1980年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)應(yīng)用開(kāi)展了大量的研究，發(fā)展了多種目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤算法[13-19]。近幾年，基于組網(wǎng)觀測(cè)的多站地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)研究成為熱點(diǎn)[20-22]，利用不同方位的陣列式地波雷達(dá)系統(tǒng)融合探測(cè)結(jié)果，提高整體的目標(biāo)探測(cè)性能。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的大量多站地波雷達(dá)目標(biāo)融合探測(cè)研究主要是針對(duì)大型陣列式地波雷達(dá)。在多站地波雷達(dá)關(guān)聯(lián)和融合方法研究方面，國(guó)內(nèi)研究集中在T/R-R體制雙基地地波雷達(dá)方面[23-26]。以上研究主要是仿真分析，還未有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法大多是檢測(cè)級(jí)的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)。近幾年，開(kāi)始出現(xiàn)進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)和融合的相關(guān)研究[21,27]，為多站地波雷達(dá)組網(wǎng)觀測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

目前，用于目標(biāo)探測(cè)的高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)大都是大型陣列式，主要靠大孔徑天線提高目標(biāo)測(cè)向精度，采用高功率提高探測(cè)距離，增強(qiáng)探測(cè)性能。雷達(dá)天線特別是接收天線陣尺寸大多在數(shù)百米，甚至達(dá)上千米。如加拿大的SWR-503地波雷達(dá)系統(tǒng)，接收天線陣大小為660 m，發(fā)射功率達(dá)30 kW；澳大利亞的SECAR雙基地雷達(dá)，天線陣達(dá)1.2 km。要布放這些大型陣列式地波雷達(dá)需占用了大面積的靠近海岸的雷達(dá)場(chǎng)地。特別是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的大形式下，在本就稀缺的海岸找到滿足布設(shè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的大陣列地波雷達(dá)場(chǎng)地是十分困難的，使得高頻地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)時(shí)難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。因此，發(fā)展占用地面積小、低功耗以及架設(shè)和維護(hù)方便的緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)及其目標(biāo)探測(cè)技術(shù)更加必要。

2 緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的研究進(jìn)展

為減少高頻地波雷達(dá)的陣列尺寸，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了緊湊型天線小型化方面的研究[28-30]。如Baker等研制了一種適合高頻段的緊湊型螺旋天線[30]，尺寸較小，能夠快速布放，且具有較好的性能。這種天線可作為常規(guī)較大尺寸的高頻天線的一種替代品，但不能改變天線的孔徑大小。MIMO體制地波雷達(dá)可在保持與大型陣列地波雷達(dá)相同的探測(cè)性能的前提下，明顯減少雷達(dá)天線孔徑。在MIMO地波雷達(dá)方面的研究[31-33]，如Helzel等介紹了研制的WERA-S的MIMO地波雷達(dá)系統(tǒng)[33]，并給出了在德國(guó)海岸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用2元發(fā)射和8元接收陣的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了接近于傳統(tǒng)地波雷達(dá)16元接收陣的探測(cè)性能。目前，緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)方面的研究主要集中在天線小型化、新體制雷達(dá)前端信號(hào)處理等方面，而在地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)方法及應(yīng)用方面的研究較少。

從2000年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究單位利用便攜式緊湊型地波雷達(dá)開(kāi)展了目標(biāo)探測(cè)研究，如美國(guó)羅格斯大學(xué)、CODAR等單位利用Seasonde地波雷達(dá)網(wǎng)開(kāi)展了船只目標(biāo)探測(cè)[34-39]。Dobson等利用布設(shè)在紐約港的Seasonde地波雷達(dá)網(wǎng)做船只目標(biāo)探測(cè)，評(píng)價(jià)了便攜式緊湊型地波雷達(dá)的船只監(jiān)測(cè)的有效性和探測(cè)性能[34]。Smith 等介紹了便攜式緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等處理流程[38]，利用雙站的探測(cè)結(jié)果給出探測(cè)船只的唯一目標(biāo)航跡。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用探測(cè)海態(tài)的高頻地波雷達(dá)開(kāi)展目標(biāo)檢測(cè)的研究[40-42]。吳雄斌等提出了一種適合于高頻海態(tài)雷達(dá)的移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法[40],并利用實(shí)測(cè)雷達(dá)數(shù)據(jù)做了驗(yàn)證。文必洋等采用便攜式緊湊型地波雷達(dá)開(kāi)展目標(biāo)檢測(cè)和組網(wǎng)觀測(cè)[41],并在渤海海域進(jìn)行了雷達(dá)組網(wǎng)試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了便攜式高頻地波雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)的可行性。

目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了基于便攜式緊湊型地波雷達(dá)雙站或多站組網(wǎng)的目標(biāo)探測(cè)，每個(gè)單站都給出具有位置的目標(biāo)航跡，方法上主要采用先檢測(cè)后跟蹤的思路，即先做2個(gè)單站的點(diǎn)跡檢測(cè)，然后是由點(diǎn)跡形成航跡。目前相關(guān)研究主要集中在單站檢測(cè)方法方面，雙站融合探測(cè)方面的相關(guān)研究較少。

此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)相關(guān)學(xué)者提出了僅利用距離-多普勒信息的無(wú)角度雙站地波雷達(dá)目標(biāo)跟蹤方法[43-45]，其思路是先利用僅有距離和速度的目標(biāo)點(diǎn)形成可能的航跡，然后再剔除虛假的鬼影航跡，驗(yàn)證了雙站單陣元目標(biāo)探測(cè)的理論可行性。但將此類(lèi)方法應(yīng)用于真實(shí)地波雷達(dá)多目標(biāo)探測(cè)時(shí)，其提出的排除虛假航跡方法未充分考慮實(shí)際雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的誤差影響；且僅使用單陣元的無(wú)角度目標(biāo)信息，在先點(diǎn)跡檢測(cè)后跟蹤航跡過(guò)程中，會(huì)使航跡形成、虛假目標(biāo)消除等處理階段的復(fù)雜度和計(jì)算量較使用有角度的情況呈指數(shù)增加，探測(cè)結(jié)果的可靠性下降。

3 緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)中的問(wèn)題和難點(diǎn)

緊湊型地波雷達(dá)由于天線孔徑減小和天線小型化等原因，導(dǎo)致雷達(dá)波束寬度增大、增益降低，引起目標(biāo)信噪比和測(cè)向性能下降、一階海雜波譜擴(kuò)展導(dǎo)致的目標(biāo)遮蓋盲區(qū)范圍增大。當(dāng)采用先檢測(cè)后跟蹤的探測(cè)方法時(shí)，對(duì)于低信噪比的弱信號(hào)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)跡檢測(cè)困難、漏檢率增大的問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)時(shí)刻檢測(cè)不到目標(biāo)的情況發(fā)生，引起航跡斷裂、丟失問(wèn)題。而且，展寬的海雜波盲區(qū)會(huì)致使目標(biāo)航跡丟失問(wèn)題更加嚴(yán)重。對(duì)于遠(yuǎn)距離目標(biāo)，即使能給出目標(biāo)航跡，也會(huì)因其較低的測(cè)向性能而難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位。因此，為發(fā)展緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航跡的精確跟蹤，亟需解決緊湊型地波雷達(dá)存在的目標(biāo)檢測(cè)困難、航跡丟失和定位精度低等問(wèn)題。

綜合緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的進(jìn)展可以看出，已開(kāi)展的雙站目標(biāo)探測(cè)，特別是采用便攜式緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)組網(wǎng)探測(cè)中，不管利用單站再融合還是直接利用雙站點(diǎn)跡信息來(lái)形成航跡，其本質(zhì)上是先檢測(cè)后跟蹤的思路，且主要利用目標(biāo)的空間信息，未充分利用目標(biāo)回波強(qiáng)度等屬性信息。先點(diǎn)跡檢測(cè)后航跡跟蹤的方法主要適用于雷達(dá)波束小、測(cè)向精度高的大型陣列式地波雷達(dá)，并不適合于目標(biāo)信號(hào)弱、遮擋盲區(qū)大、測(cè)向精度低的緊湊型地波雷達(dá)。如將其應(yīng)用于緊湊型地波雷達(dá)，由于緊湊型地波雷達(dá)的目標(biāo)信噪比降低，會(huì)引起單幀數(shù)據(jù)的CFAR檢測(cè)概率較低和漏檢率的增加；同時(shí)，緊湊型雷達(dá)目標(biāo)點(diǎn)跡測(cè)向性能降低，兩方面都會(huì)影響最終的目標(biāo)航跡跟蹤效果。且已開(kāi)展的研究中多站關(guān)聯(lián)處理主要是采用單一時(shí)刻的關(guān)聯(lián)方法，關(guān)聯(lián)效果較差，相關(guān)算法目前處于研究階段。

目前便攜式緊湊型地波雷達(dá)用于目標(biāo)探測(cè)還存在一些限制，為兼顧海態(tài)監(jiān)測(cè)和目標(biāo)探測(cè)兩種用途，雷達(dá)工作頻率設(shè)置較高，系統(tǒng)探測(cè)距離有限，對(duì)于較小尺寸船只的探測(cè)能力較低，難以形成有效航跡。圖1給出了4.7和8.9 MHz兩個(gè)不同頻段同時(shí)觀測(cè)的雷達(dá)距離-多普勒(R-D)譜?？梢钥闯觯谙嗤l(fā)射功率條件下，較高頻段的8.9 MHz的R-D譜中目標(biāo)探測(cè)數(shù)量及目標(biāo)探測(cè)距離都較4.7 MHz明顯降低?？梢钥闯觯^低頻段更適合海上移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)，而較高頻率的目標(biāo)探測(cè)難度更大。

圖1 高頻段(8.9 MHz)RD譜Fig.1 Range-Doppler spectrum of 8.9 MHz

4 緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的新思路

4.1 緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)航跡一體化探測(cè)

高頻地波雷達(dá)不同于微波雷達(dá)，雖不能對(duì)目標(biāo)精確測(cè)向和空間定位，但能夠提供精確的速度和相對(duì)精確的距離信息。在地波雷達(dá)距離-多普勒-時(shí)間(R-D-T)數(shù)據(jù)中(見(jiàn)圖3)，船只目標(biāo)表現(xiàn)為在距離維和速度維都擴(kuò)展的面目標(biāo)，除了提供目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征外，還保留了目標(biāo)回波強(qiáng)度等屬性信息。雷達(dá)一體化探測(cè)是將檢測(cè)、跟蹤甚至識(shí)別等過(guò)程作為一個(gè)緊密的整體，是提高緊湊型雷達(dá)弱信號(hào)探測(cè)性能的一種有效途徑。其思想是將地波雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)在時(shí)間維做擴(kuò)展，充分利用目標(biāo)在距離-速度空間位置和強(qiáng)度屬性都隨時(shí)間連續(xù)分布的特性，通過(guò)時(shí)間積累來(lái)凸顯弱信號(hào)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航跡的一體化探測(cè)。圖4給出了一體化航跡探測(cè)結(jié)果。一體化探測(cè)可避免傳統(tǒng)航跡跟蹤中點(diǎn)跡與航跡關(guān)聯(lián)處理以及在此過(guò)程中由于閾值選取不當(dāng)導(dǎo)致的航跡誤跟蹤問(wèn)題。因此，一體化探測(cè)為緊湊型地波雷達(dá)弱信號(hào)檢測(cè)提供了解決方案，其給出的目標(biāo)航跡為緊湊型地波雷達(dá)多方位觀測(cè)信息的關(guān)聯(lián)與融合提供了新的選擇。在較低測(cè)向精度情況下，航跡關(guān)聯(lián)充分利用了多時(shí)刻的目標(biāo)信息，減少了單時(shí)刻點(diǎn)跡錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)的概率，多方位融合更具可靠性。

國(guó)內(nèi)外已發(fā)展的各種檢測(cè)前跟蹤算法可用于地波雷達(dá)目標(biāo)一體化探測(cè)[46-50]。目前開(kāi)展的研究主要集中在大型陣列式地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)方面，一體化探測(cè)方法更多的作為先檢測(cè)后跟蹤探測(cè)方法的另一種實(shí)現(xiàn)途徑，更多的關(guān)注和解決較高信噪比的目標(biāo)探測(cè)問(wèn)題，而對(duì)低信噪比的弱信號(hào)檢測(cè)與判別研究較少，未充分發(fā)揮一體化探測(cè)方法在弱信號(hào)檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)。因此，需結(jié)合緊湊型地波雷達(dá)中的目標(biāo)展寬特性，研究適應(yīng)于緊湊型地波雷達(dá)的目標(biāo)航跡一體化探測(cè)方法，發(fā)展低可觀測(cè)目標(biāo)的檢測(cè)方法，提高緊湊型地波雷達(dá)中的微弱目標(biāo)檢測(cè)率。

圖3 R-D-T數(shù)據(jù)Fig.3 Range-Doppler-Time data

圖4 目標(biāo)無(wú)向航跡探測(cè)結(jié)果Fig.4 Target tracking result without azimuth

4.2 緊湊型地波雷達(dá)多站組網(wǎng)觀測(cè)

基于檢測(cè)跟蹤一體化探測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)小陣元緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)航跡探測(cè)，但不能提高緊湊型地波雷達(dá)的目標(biāo)測(cè)向精度。通過(guò)增加天線孔徑增強(qiáng)測(cè)向性能來(lái)提高目標(biāo)跟蹤探測(cè)性能和定位精度的方案也并不適合緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)。為提高海上目標(biāo)的連續(xù)跟蹤探測(cè)的精確定位，多站組網(wǎng)觀測(cè)是緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)的必然趨勢(shì)，特別是直接的航跡關(guān)聯(lián)可以克服單時(shí)刻的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)，整體上提高目標(biāo)探測(cè)性能。由于雜波和噪聲引起的虛假目標(biāo)會(huì)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)結(jié)果影響較大，導(dǎo)致直接的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)問(wèn)題較多。大陣列雷達(dá)由于方位探測(cè)精度較高，這種影響較小，在關(guān)聯(lián)中可直接利用確定的雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)結(jié)果，但對(duì)于緊湊型的新體制地波雷達(dá)，這種影響卻不能忽略。

對(duì)于大型陣列地波雷達(dá)系統(tǒng)，目標(biāo)測(cè)向精度較高，2個(gè)雷達(dá)具備開(kāi)展單一時(shí)刻的檢測(cè)級(jí)點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)的條件。如圖5中，在T1和T2時(shí)刻，由于大陣列雷達(dá)波束寬度較窄，只有目標(biāo)A1與目標(biāo)T位置一直重疊，很容易確定目標(biāo)T的匹配目標(biāo)是A1。而對(duì)于緊湊型地波雷達(dá)，由于波束寬度較大，測(cè)向精度低，在T1時(shí)刻A1和A2都和目標(biāo)T位置重疊，此時(shí)難以判別目標(biāo)T的匹配目標(biāo)是A1還是A2。因此，對(duì)于緊湊型地波雷達(dá)，如用航跡關(guān)聯(lián)，則可以找出只有目標(biāo)A1在整個(gè)航跡段上都滿足關(guān)聯(lián)條件，應(yīng)是匹配目標(biāo)。

圖5 雙站目標(biāo)關(guān)聯(lián)示意圖

相對(duì)于單基地雷達(dá)系統(tǒng)的基于測(cè)向方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，多站的組網(wǎng)觀測(cè)同時(shí)獲取多路不同觀測(cè)方位的目標(biāo)探測(cè)信息。利用多個(gè)雷達(dá)站獲取的目標(biāo)探測(cè)結(jié)果可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)聯(lián)合定位，顯著提高目標(biāo)的定位精度。多方位的目標(biāo)觀測(cè)克服了單一觀測(cè)方位上由于海雜波盲區(qū)、高頻諧振區(qū)目標(biāo)閃爍等原因?qū)е碌哪繕?biāo)航跡缺失或斷裂問(wèn)題，能更好地跟蹤目標(biāo)。而且，多方位觀測(cè)信息具備了提高目標(biāo)空間定位精度的潛能。

5 總結(jié)與展望

隨著高頻地波雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，本文認(rèn)為以下幾個(gè)方面將是緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)研究的重要方向：

(1) 一體化目標(biāo)航跡探測(cè)中真實(shí)目標(biāo)甄別方法。緊湊型目標(biāo)探測(cè)中，由于目標(biāo)信噪比較低，且在不同距離、不同回波強(qiáng)度的目標(biāo)之間的差異較大，加上噪聲或雜波等影響，地波雷達(dá)目標(biāo)航跡一體化探測(cè)的結(jié)果中會(huì)存在雜波或噪聲引起的虛假目標(biāo)，造成區(qū)分真實(shí)目標(biāo)和虛假目標(biāo)的困難，有待進(jìn)一步深入研究。

(2)展寬海雜波中的目標(biāo)檢測(cè)方法。緊湊型地波雷達(dá)由于天線孔徑減小，波束寬度增大，導(dǎo)致單站雷達(dá)的一階海雜波展寬引起的速度盲區(qū)范圍增大。雖然多方向的目標(biāo)探測(cè)可以克服一部分目標(biāo)丟失問(wèn)題，但海雜波內(nèi)的目標(biāo)信息不可忽略，需考慮展寬海雜波中的目標(biāo)檢測(cè)方法，提高單站緊湊型地波雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)率。

(3)緊湊型地波雷達(dá)的超分辨率測(cè)向方法。為提高單站緊湊型地波雷達(dá)的目標(biāo)方位探測(cè)性能，還應(yīng)研究適合于小陣列緊湊型地波雷達(dá)的超分辨方位估計(jì)方法。將目標(biāo)航跡的一體化結(jié)果與超分辨測(cè)向方法相結(jié)合來(lái)估計(jì)航跡方位可能是一種好的思路。在此過(guò)程中，應(yīng)考慮到積累時(shí)間內(nèi)目標(biāo)在回波譜中占據(jù)多個(gè)單元格的特性。

(4)多方位目標(biāo)關(guān)聯(lián)與融合方法。緊湊型地波雷達(dá)較低的測(cè)向精度增加了多站目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果關(guān)聯(lián)與匹配判別的難度。其對(duì)于處于不同空間位置的目標(biāo)，不同觀測(cè)方位組合的聯(lián)合定位精度不同，而在不同空間位置實(shí)際得到的不同方位的目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)組也不相同，如何充分利用多方位聯(lián)合定位理論結(jié)果和實(shí)際的目標(biāo)航跡匹配結(jié)果，給出優(yōu)化融合策略與處理方案也是實(shí)現(xiàn)緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)精確定位的關(guān)鍵。

此外，緊湊型地波雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展離不開(kāi)雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備的小型化。研究適合于緊湊型地波雷達(dá)的雷達(dá)設(shè)備小型化技術(shù)，可以減少高頻雷達(dá)天線孔徑和設(shè)備體積及重量，提高其應(yīng)用范圍。特別是發(fā)展小型化的高頻雷達(dá)天線技術(shù)，適應(yīng)場(chǎng)地受限的岸邊、海島、海上平臺(tái)以及船體等平臺(tái)，增強(qiáng)在不鋪設(shè)地網(wǎng)情況下的雷達(dá)探測(cè)性能，提高電磁兼容性。同時(shí)，減少雷達(dá)硬件設(shè)備數(shù)量和復(fù)雜度，提高緊湊型地波雷達(dá)的便攜性。

通過(guò)發(fā)展緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)，將進(jìn)一步拓寬地波雷達(dá)的應(yīng)用范圍?？梢灶A(yù)見(jiàn)，緊湊型地波雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)將在海洋權(quán)益維護(hù)、交通運(yùn)輸、漁業(yè)管理等中發(fā)揮更大的作用。

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責(zé)任編輯 陳呈超

An Overview of Target Monitoring with Compact HFSWR

JI Yong-Gang1,2，ZHANG Jie1,2,WANG Yi-Ming1,2,CHANG Guang-Hong1,2

(1.Laboratory of Marine Physics and Remote Sensing,First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China.2.Oceanic Telemetry Engineering and Technology Research Center,State Oceanic Administration and China Aerospace Science and Technology Corporation,Qingdao 266061,China.)

High frequency surface wave radar (HFSWR) is the main remote sensing instrumen for continuously monitoring marine target in a wide range.Compared with thelarge array HFSWR,the compact HFSWR has the advantage of occupying smaller radar site,lower power consumption,easy deployment and maintenance compared with the large array HFSWR.First,an overview of target monitoring with the large arrary HFSWR wasintroduced.In addition,the progress of target detection and tracking with the compact HFSWR was expounded,and relateddifficult and urgent problemswere addressed.Then a solution was given to solve the problem of target monitoring with the compact HFSWR.In the proposed method,an integrated method of detection and tracking can be used to solve the difficulty of detecting weak signal,and the multi-azimuth fusion tracks can be used to reduce the probability of the target missing and improve the location accuracy.Finally,some research trends and priorities ontarget monitoring with the compact HFSWR were summarized.

compact high frequency surface wave radar；targetmonitoring；target tracking；data fusion

海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(201505002)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61671166)資助

Supported by the National Marine Technology Program for Public Welfare(201505002) and the National Natural Science Foundation of China ( 61671166)

2016-09-15;

2016-11-12

紀(jì)永剛(1977-)，男，博士，副研究員。E-mail：jiyonggang@fio.org.cn

TN958.93

A

1672-5174(2017)02-001-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160285

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