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船舶导航雷达方位超分辨方法

大连海事大学学报 2017年第2期43卷 45-52页

作者：张鑫柳晓鸣刘畅大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

针对船舶导航雷达方位分辨率较低的缺点,提出一种基于约束优化理论的方位超分辨方法,在强目标信号环境下,将方位超分辨问题转化为约束优化问题.通过设计一种基于奇异值分解的正则化模型,使重建后的目标方位信息等同于模型的最小二乘解.... 详细信息

针对船舶导航雷达方位分辨率较低的缺点,提出一种基于约束优化理论的方位超分辨方法,在强目标信号环境下,将方位超分辨问题转化为约束优化问题.通过设计一种基于奇异值分解的正则化模型,使重建后的目标方位信息等同于模型的最小二乘解.在此基础上,采用内点法对模型进行迭代求解,重建目标原始方位信息.仿真结果表明,相比于现有范数正则化超分辨方法,该方法分辨效果良好,当信噪比达到10 d B时,分辨率可提高6倍;信噪比为20 d B时,分辨率可提高9倍;当信噪比为30 d B时,分辨率可提高4倍.因此,本文方法具有良好的噪声适应能力,能够明显提升船舶导航雷达方位分辨精度.

关键词：船舶导航雷达方位超分辨内点法约束优化

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船舶导航雷达的海杂波自适应抑制算法

现代雷达 2016年第2期38卷 23-26,32页

作者：李家强姜庆刚陈金立葛俊祥南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 江苏省气象探测与信息处理重点实验室南京210044

船舶导航雷达的海杂波抑制技术是提高海面目标检测性能的关键和难点技术,具有很高的军事和民用价值。文中基于数理统计理论,提出了多模型选择的海杂波自适应抑制方法,通过对雷达多次扫描的回波数据建立海杂波模型库,统计、估算各模型相... 详细信息

船舶导航雷达的海杂波抑制技术是提高海面目标检测性能的关键和难点技术,具有很高的军事和民用价值。文中基于数理统计理论,提出了多模型选择的海杂波自适应抑制方法,通过对雷达多次扫描的回波数据建立海杂波模型库,统计、估算各模型相应参数选择与雷达回波数据最佳匹配的模型,作抑制海杂波的对消处理。计算机仿真及实测数据处理,都验证该方法的有效性和可行性。

关键词：船舶导航雷达海杂波建模海杂波抑制目标检测

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船舶导航雷达系统控制设计与实现

船舶导航雷达系统控制设计与实现

作者：鲁建彬南京信息工程大学

学位级别：硕士

船舶导航雷达是船舶航行必不可少的电子设备,在航行避让、船舶定位、狭窄水道引航方面发挥着重要作用。如今,随着水上航运事业的快速发展,货运商船及渔船等民用船舶对船用雷达的需求量越来越大,而我国船用雷达的市场与技术却长期受制于... 详细信息

船舶导航雷达是船舶航行必不可少的电子设备,在航行避让、船舶定位、狭窄水道引航方面发挥着重要作用。如今,随着水上航运事业的快速发展,货运商船及渔船等民用船舶对船用雷达的需求量越来越大,而我国船用雷达的市场与技术却长期受制于国外,因此,开发一部自主知识产权的船舶导航雷达具有极高的市场价值和研究意义。本文主要进行了雷达总体方案的设计与系统控制的实现。总体设计方面将雷达系统理论与本系统的实际需求相结合,首先确定了系统的使用性能,根据使用性能确定了系统的主要技术指标,进而设计了系统的总体方案,最后为验证系统设计的合理性,对总体方案中的重要参数进行了理论论证。系统控制方面根据系统需要设计了基于FPGA实现的时序控制器、中频数字化模块、伺服控制器,系统控制都遵循FPGA自顶向下模块化的设计思想,软件与硬件结合,每个部分设计完成后均通过硬件测试验证了其性能。无论是总体设计还是系统控制实现,均考虑到结构简单、实现容易、成本较低、性能可靠等因素,在系统构成、时序控制、中频数字化等方面还提出了不同于传统雷达的设计方案。最后,参与了雷达系统的组装与调试工作,并进行了两个阶段的外场试验,第一阶段的试验针对雷达主机的距离探测功能,试验结果表明,雷达已能够探测到28km处的目标,第二阶段的试验针对包括雷达主机和显控终端在内的整个雷达系统,试验结果表明,系统的基本功能已经实现。

关键词：船舶导航雷达总体设计系统控制 FPGA 外场试验

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船舶导航雷达及其DSP软件设计

船舶导航雷达及其DSP软件设计

作者：涂灏电子科技大学

学位级别：硕士

雷达是用来发现目标并对目标定位的电磁系统。雷达使用调制的波形和定向天线发射电磁能量,并从回波中提取目标信息。雷达的发明扩展了人们观测周围环境的能力,尤其是视觉能力。船载导航雷达作为航海船舶必备的导航设备之一,从模拟雷达... 详细信息

雷达是用来发现目标并对目标定位的电磁系统。雷达使用调制的波形和定向天线发射电磁能量,并从回波中提取目标信息。雷达的发明扩展了人们观测周围环境的能力,尤其是视觉能力。船载导航雷达作为航海船舶必备的导航设备之一,从模拟雷达到数字雷达已经发展了几十年,并普遍安装在各类型船舶上。数字信号处理技术和嵌入式技术发展到今天,给雷达技术的发展带来了新的契机。相对于模拟雷达,数字化雷达具有性能好、功能全、操作方便等优势。相对于模拟器件,利用数字信号处理技术实现雷达信号处理算法更简易、更灵活、更高效。基于高速的数字信号处理器,可以非常高效的对雷达回波信号进行采样和处理,对杂波进行抑制,对目标信息进行提取。并且,利用数字信号处理技术实现的效果明显优于模拟实现方式。本文设计实现了船舶导航雷达系统的数字信号处理模块,重点研究了数字信号处理模块的软件算法,给出了DSP系统的软件实现方案。本课题详细分析了船舶导航雷达的工作原理,包括电磁波工作特性、脉冲雷达基本原理以及雷达定位的工作原理。在此基础上,提出了船载导航雷达数字信号处理的设计思路,包括系统功能和模块间的接口。并重点分析了雷达数字信号处理软件的设计思路,包括软件结构、算法等多个方面。最终,从雷达的功能、性能和稳定性等方面对本课题设计的雷达数字信号处理模块进行了测试,得到了良好的结果,达到了设计要求。

关键词：船舶导航雷达数字信号处理杂波 FTC STC CFAR

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船舶导航雷达接收机与发射机设计与实现

船舶导航雷达接收机与发射机设计与实现

作者：王洪全电子科技大学

学位级别：硕士

船舶导航雷达做为船舶航行、进出港、船舶定位及窄航道夜间行驶等不可缺少的导航工具,在船用电子中占据着重要的位置,伴随着造船业的发展,船用电子设备,尤其是船舶导航雷达得到广泛的关注与研究。目前,国外航海雷达技术颇为成熟,但国内... 详细信息

船舶导航雷达做为船舶航行、进出港、船舶定位及窄航道夜间行驶等不可缺少的导航工具,在船用电子中占据着重要的位置,伴随着造船业的发展,船用电子设备,尤其是船舶导航雷达得到广泛的关注与研究。目前,国外航海雷达技术颇为成熟,但国内航海雷达存在雷达收、发机技术欠缺,雷达距离分辨率低、近距离探测能力弱、中频漂移严重、发射机功耗大,效率低等一系列问题。针对以上问题,本文开展了船舶导航雷达接收、发射机的设计,探索船舶导航雷达接收、发射机技术,并改善雷达性能,降低生产成本,为批量产品做准备。论文首先阐述了船舶导航雷达的基本工作原理及构成,对常用的雷达收、发机类型和参数进行了研究和分析,根据本设计的需求,分析并选用超外差式雷达接收机和自激振荡式发射机结构。并主要介绍了收、发机的整体设计,并对各项参数对雷达整机性能影响进行分析。本文主要在第三、四章中介绍了雷达收、发机的设计和测试结果。针对雷达接收部分,文中采用三级限幅电路,在保证低噪声的同时,有效防止大功率信号损坏接收前端,并采用具有镜频抑制能力的混频电路,防止镜频干扰,保证AFC电路正常锁定。在中频处理电路中,采用数字式AFC电路,有效的改善了中频频率漂移和模拟AFC电路工作带宽窄等问题。此外,中频处理中采用对数放大检波,有效提高了雷达动态范围,改善了AGC电路对微弱回波信号探测能力弱的问题,从而提高雷达探测距离和探测精度。第四章中介绍了发射机脉冲调制板的设计及测试结果,本文中采用二次变压,添加自动稳压控制功能,保证发射机脉冲电压稳定,改善发射脉冲的上升沿和下降沿时间,从而提高雷达的最小探测距离、减小雷达盲区,并有效降低电磁串扰,提高效率,提高雷达整机性能。最后一章对以上工作进行了总结,将在整个船舶雷达接收、发射机的研制过程中的一些经验和教训进行总结和分析,并归纳了各方面的缺点与不足,并阐述以后船舶导航雷达的发展方向。

关键词：船舶导航雷达收发机自动频率控制接收前端脉冲调制

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船舶导航雷达回波信号仿真研究

船舶导航雷达回波信号仿真研究

作者：沈良大连海事大学

学位级别：硕士

仿真技术是利用模型对系统进行研究、分析、评估、决策或参与系统运行的一门多学科的综合性技术。利用现代仿真技术和数字电路技术的雷达信号模拟器，以其经济、灵活和可重复性等优点，已成为雷达系统的设计、开发、测试、教学和培训中... 详细信息

仿真技术是利用模型对系统进行研究、分析、评估、决策或参与系统运行的一门多学科的综合性技术。利用现代仿真技术和数字电路技术的雷达信号模拟器，以其经济、灵活和可重复性等优点，已成为雷达系统的设计、开发、测试、教学和培训中不可缺少的重要组成部分。针对船舶导航雷达和VTS工程的雷达仿真系统的研究工作同样具有重要意义。对船舶导航雷达工作环境建模与仿真技术的研究，可以直接服务于雷达信号模拟器的设计，也可以为雷达系统设计、信号处理算法优化、性能仿真等方面服务。本文针对此，从服务于工程应用和教学研究的角度出发，对船舶导航雷达回波信号模拟方法以及软件实现中的一些技术进行研究，以满足雷达信号模拟器设计的需求。本文分析了雷达视频回波信号的目标、杂波和噪声仿真模型，给出了雷达信号回波模拟的基本方法。采用蒙特卡罗仿真方法分析了雷达杂波的幅度概率分布特性、时间相关特性、空间相关特性，分析结果对雷达杂波模拟以及雷达信号处理都有实际应用意义。根据不同的模拟场合和模拟需求，给出了海杂波功率谱模型，分析了海杂波幅度概念分布特性。利用零汜忆非线性变换方法和球不变随机过程方法，实现了雷达发射波形为常规脉冲情况下的相关Rayleigh分布、相关LogNormal分布、相关Weibull分布和相关K分布杂波模拟。对杂波空间相关特性进行了研究。根据船舶导航雷达目标特性，给出了目标回波模型，分析了目标回波模型的幅度、起伏和运动等特性。最后综合仿真了船舶导航雷达杂波，并据此开发了《船舶导航雷达回波信号数据显示分析系统》软件，该软件用Visual C++6.0在WINDOWS操作系统中编写并调用MATLAMB程序。

关键词：船舶导航雷达雷达回波仿真海杂波计算机仿真

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一种X波段船舶导航雷达天线设计

现代雷达 2013年第10期35卷 54-58页

作者：成浩葛俊祥于兵周勇李家强南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室南京210044 南京信大电子科技有限公司南京210044

为了兼顾天线的工作带宽、增益以及旁瓣,文中提出了一种长度约为1 200 mm的通过阵列分隔板改善谐振式波导缝隙阵列天线性能的新型船舶导航雷达天线。该天线通过阵列分隔板将缝隙阵列分隔成四部分以降低天线旁瓣,另外,采用空间极化滤波... 详细信息

为了兼顾天线的工作带宽、增益以及旁瓣,文中提出了一种长度约为1 200 mm的通过阵列分隔板改善谐振式波导缝隙阵列天线性能的新型船舶导航雷达天线。该天线通过阵列分隔板将缝隙阵列分隔成四部分以降低天线旁瓣,另外,采用空间极化滤波器技术和喇叭天线结构以改善天线交叉极化和提高天线增益性能,天线馈电采用了紧凑的同轴馈电方式以进一步降低馈电传输损耗以及提高天线的稳固性。仿真结果表明,该天线增益可达28 dB,第一旁瓣电平低于-20.5dB,交叉极化优于-52 dB,水平波束宽度为1.7°,垂直波束宽度为27°。与传统相同长度的船舶导航雷达天线相比,该天线具有更低的损耗以及更好的平衡稳定性。

关键词：船舶导航雷达阵列分隔板谐振式波导缝隙阵列天线喇叭天线

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一种提高船舶导航雷达远距离探测能力的方法

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2012年第3期24卷 335-338,362页

作者：于才唐伟电子科技大学电子科学技术研究院四川成都611731

船舶导航雷达接收机的中频窄带滤波器性能直接影响到雷达对远距离目标的探测能力。提出了构造一种提高船舶雷达远距离回波信号信噪比的"匹配滤波器"的方法。通过阻抗变换的方法设计高Q窄带中频滤波器,达到了2 MHz的通带宽度,小于3 dB的... 详细信息

船舶导航雷达接收机的中频窄带滤波器性能直接影响到雷达对远距离目标的探测能力。提出了构造一种提高船舶雷达远距离回波信号信噪比的"匹配滤波器"的方法。通过阻抗变换的方法设计高Q窄带中频滤波器,达到了2 MHz的通带宽度,小于3 dB的带内插损以及较高的矩形系数等设计目标。将滤波器运用于实际的船舶导航雷达接收机中,有效提高了雷达的探测距离。设计的窄带滤波器还有体积小、结构简单、制作方便、成本低等特点。

关键词：匹配滤波器信噪比远距离探测船舶导航雷达

基于视觉注意机制的船舶导航雷达显控界面设计与评价

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基于视觉注意机制的船舶导航雷达显控界面设计与评价

作者：吴潇伟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着海洋经济的崛起,中国已经成为名副其实的第一造船大国,造船业的繁荣也促进了船舶配套装备产业的发展。船舶导航雷达作为重要的航行辅助设备,在目标定位和航行避障方面的作用越来越重要,其显控界面是操作员与雷达系统交互的直接媒介... 详细信息

随着海洋经济的崛起,中国已经成为名副其实的第一造船大国,造船业的繁荣也促进了船舶配套装备产业的发展。船舶导航雷达作为重要的航行辅助设备,在目标定位和航行避障方面的作用越来越重要,其显控界面是操作员与雷达系统交互的直接媒介,关系着操作员的使用体验,也影响着整个船舶的航行安全。但是目前国内自主研发的导航雷达所占市场份额仅10%左右,且在显控界面的设计中缺乏对视觉体验的考虑,存在产品可用性差、用户满意度低等问题。针对这一现状,本论文将从人的视觉机制出发,深入研究操作员在雷达监控作业过程中的视觉注意特性,从视觉注意机制的角度总结归纳船舶导航雷达显控界面的设计原则,并优化其设计,以提高显控界面操作过程中的视觉体验和操作满意度。本论文主要研究工作如下:首先,从生理学和认知心理学的角度对人的视觉系统和视觉注意过程进行了分析,并研究了船舶导航雷达监控作业过程中的视觉注意特性。其次,在分析了视觉注意机制的基础上,提出了基于视觉注意机制的船舶导航雷达显控界面设计原则,从图标、控件、导航、布局、色彩、交互等六个方面为显控界面的设计提供指导。此外,还对常规的界面设计方法与流程进行了分析,权衡各种方法的利弊之后,确定了基于Axure平台的船舶导航雷达显控界面快速设计方法。再次,通过访谈调研等方法,归纳整理了显控界面的基本功能与操作流程,并依据基于视觉注意机制的船舶导航雷达显控界面设计原则对其进行了优化设计,采用Axure快速原型设计方法完成了船舶导航雷达显控界面高保真交互原型的设计。最后,通过TOPSIS评价方法对优化前后的显控界面进行了视觉体验度量评价,验证了基于视觉注意机制的船舶导航雷达显控界面设计方法的有效性。

关键词：视觉注意船舶导航雷达显控界面交互原型视觉体验