【摘要】：天發(fā)船收高頻雷達(dá)利用天波發(fā)射地波接收的方式實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測,但是雷達(dá)探測得到的量測數(shù)據(jù)是目標(biāo)在雷達(dá)坐標(biāo)系中的射線距離、多普勒速度與方位角,為了得到目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下的真實(shí)位置和運(yùn)動(dòng)信息需要將目標(biāo)在雷達(dá)坐標(biāo)系中的量測矢量轉(zhuǎn)換為其在地理坐標(biāo)系下的狀態(tài)矢量,這一轉(zhuǎn)換過程即為坐標(biāo)配準(zhǔn)。由于天發(fā)船收高頻雷達(dá)中天波路徑的存在,電離層的分層現(xiàn)象將導(dǎo)致多徑效應(yīng)的出現(xiàn),即在同一時(shí)刻有多個(gè)量測對應(yīng)一個(gè)目標(biāo),多徑效應(yīng)的存在嚴(yán)重影響了對目標(biāo)的坐標(biāo)配準(zhǔn)和概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。本文的主要工作概括如下:1.研究了天發(fā)船收高頻雷達(dá)體制下的目標(biāo)坐標(biāo)配準(zhǔn)問題。本文分別利用射線追蹤法和幾何模型法對天發(fā)船收高頻雷達(dá)體制下目標(biāo)的坐標(biāo)配準(zhǔn)進(jìn)行了研究,并推導(dǎo)給出了目標(biāo)定位中較為關(guān)鍵P-D轉(zhuǎn)換系數(shù)。其中對于基于幾何模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)方法,本文給出了基于平面量測模和球面量測模型的坐標(biāo)配準(zhǔn)公式,利用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了坐標(biāo)配準(zhǔn)公式的正確性,并利用量測誤差理論和幾何精度因子對平面量測模型下的坐標(biāo)配準(zhǔn)誤差及定位精度進(jìn)行了分析。2.研究了基于平面量測模型的天發(fā)船收高頻雷達(dá)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)算法。首先通過幾何關(guān)系,建立了目標(biāo)跟蹤模型,并對該雷達(dá)體制下的非線性濾波算法進(jìn)行了研究分析,給出了該目標(biāo)跟蹤模型下量測轉(zhuǎn)移矩陣的雅可比矩陣,并且利用這三種非線性濾波算法對仿真目標(biāo)進(jìn)行了跟蹤濾波,最后對比分析了這三種算法的濾波性能。3.研究了多徑條件下的電波傳播模式識別和多徑概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法。將隱馬爾可夫模型與Viterbi算法結(jié)合研究了多徑條件下的坐標(biāo)配準(zhǔn)問題,即電波傳播模式識別,首先通過仿真實(shí)驗(yàn)說明了多徑產(chǎn)生的原因,然后將電波的傳播模式建模為隱狀態(tài),目標(biāo)的量測值作為觀測矩陣,利用Viterbi算法進(jìn)行解碼計(jì)算,并給出了電波傳播模式識別后的目標(biāo)定位精度。利用MPDA算法研究了電離層高度已知的多徑概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題,利用MPCR算法研究了在電離層高度不確定的條件下的多徑概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題。
【圖文】：

圖 2-3 電磁波射線追蹤軌跡P-D 轉(zhuǎn)換系數(shù)如表 1 所示。表 2-2 射線追蹤 P-D 變換系數(shù)（ f 10MHz）徑向距離/km 1150 1200 1250 1300PD 轉(zhuǎn)換系數(shù) 8.455 5.306 3.774 3.038利用射線追蹤法可以根據(jù)雷達(dá)量測空間中的射線距離也叫徑向距離以及目標(biāo)方位角轉(zhuǎn)換為目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下的地理位置，但是沒有辦法將目標(biāo)在量測空間的多普勒速度轉(zhuǎn)化為目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下的真實(shí)速度，這主要是因?yàn)殡婋x層是非均勻的，從而使得電波在電離層中的傳播是沿著曲線進(jìn)行的，在利用射線追蹤法計(jì)算目標(biāo)的徑向距離所對應(yīng)的地面距離的過程中該方法是通過不斷的求解微分方程而得到最終的結(jié)果，這就使得求出射線距離與地面距離之間解析關(guān)系式變得不可能，沒有解析解便無法通過求導(dǎo)的方法在目標(biāo)的多普勒速度與地理坐標(biāo)系下的速度之間建立聯(lián)系。因此在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中，利用虛高信息根據(jù)電波在空間中傳播的幾何路徑建立的坐標(biāo)配準(zhǔn)幾何模型應(yīng)用更加廣泛。

同的地面距離，為了對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)精確定位，必須要對電波的多徑傳播模式進(jìn)行識別。多徑效應(yīng)的存在同時(shí)也會(huì)對目標(biāo)的跟蹤產(chǎn)生很大的影響，在不同的傳播模式下，將目標(biāo)的量測矢量轉(zhuǎn)換為其狀態(tài)矢量的量測轉(zhuǎn)換矩陣是不同的，在對目標(biāo)跟蹤濾波時(shí)如果不能充分考慮雷達(dá)量測量與電波不同傳播模式之間的對應(yīng)關(guān)系，濾波結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)散。本章首先分析了天發(fā)船收高頻雷達(dá)中多徑產(chǎn)生的原因，并利用基于隱馬爾可夫模型(HMM)的 Viterbi 算法對多徑傳播模式進(jìn)行了識別，接著對天波路徑中的雜波建立了雜波模型，最后研究了多徑以及雜波條件下的概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法。其中MPDA 算法是電離層反射虛高固定情況下的多徑概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，MPCR 算法是在電離層反射虛高不確定情況下的多徑概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法。4.2 多徑效應(yīng)天發(fā)船收高頻雷達(dá)的天波傳輸路徑中電波需要經(jīng)過電離層的反射到達(dá)目標(biāo)，由于電離層具有分層現(xiàn)象，這將導(dǎo)致雷達(dá)電波可能經(jīng)過不同高度的電離層反射到達(dá)目標(biāo)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生多徑現(xiàn)象，如圖 4-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN958

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本文編號：2612010