专利名称：基于ais信息的雷达抗干扰技术的实现方法
技术领域：
本发明涉及航海船舶电子设备防高压输电线路电磁干扰的技术领域，具体是一种基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法。
背景技术：
在海洋的主航道上一般都设有220KV跨海高压电缆，高压输电线路作为一种电磁辐射源，在运行时会不断产生一些电磁脉冲，向空中辐射各种宽频带的高频电磁波。这种电磁波沿着输电线路两侧横向传播，使沿线一定范围内的无线电接收设备在正常工作时所接收的有用信号的波形幅值和相位受到影响，导致这些无线电接收设备达不到正常工作所需要的信噪比。同时，220KV高压输电线还会对电磁波产生反射，进而干扰产生电磁波的设备。特别是现代船舶都是用先进电子设备与系统装备起来的，包括雷达、外部和内部通信、 数据传输处理、导航、遥测、水下探测、水下定位、气象等多种电子设备。如此众多的电子系统集中装备在船舶的狭窄空间内，使得电子设备的使用密度日趋增大。拥挤的频谱、林立的天线、发射电平的增大、接收灵敏度的提高、数据和弱信号传输量的扩大以及各种金属构件的天线和非天线效应、大量成束电缆的敷设等等，都给电磁干扰的产生和传播提供了条件和途径。雷达是现代船舶的必备通信导航设备，雷达波束照射到物体又会产生相应的雷达回波。雷达回波的强弱除了受�？龊吞炱窒蟮乃ゼ跤跋焱猓褂肽勘甑氖咏�、形状、大小、 表面结构以及组成材料有关。高压输电线路是线径较小的圆柱形金属导体，雷达波束照射的面积较�。状锓瓷淠芰喜睿乇鹗窃谖赐ǜ哐沟绲那榭鱿拢溆行⑸涿婊浅Ｐ。� 回波自然很弱，一般船用雷达无法探测到这种雷达回波。但是，在金属导线上通过220KV高压电后，就会改变金属导线的有效散射面积，使得有效散射面积增大，在实际测量过程中， 人们发现在220KV高压输电线路附近数千米内，雷达确实可以探测到高压输电线路的回波。针对220KV高压输电线路对雷达产生的辐射及干扰，现有技术中有多种抗干扰技术，如波形选择技术、低旁瓣和超低旁瓣天线技术、旁瓣消隐和旁瓣对消技术、天线自适应抗干扰技术、功率对抗技术、频率选择技术和恒虚警处理技术。目前使用较多的是选择滤波的方法，它根据雷达发射机的体制、类型等要求选取滤波器的形式，同时，天线系统增设抑制旁瓣、提高天线增益的措施。这些抗干扰技术各有特点，一定程度上克服了 220KV高压输电线路对雷达产生的电磁干扰，但是对高压输电线路产生的雷达回波对船舶回波形成的遮挡，进而可能导致雷达丢失跟踪目标这个问题还没有很好的解决办法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，该实现方法能准确辨别跟踪目标的雷达回波，进而减少雷达产生目标交换。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，包括如下步骤(1)对雷达观测目标的位置信息和AIS提供的有关该观测目标的位置信息分别进行坐标变换，使两者处于同一坐标系内；(2)用�：鼵-均值聚类算法计算雷达航迹到AIS航迹的隶属度，以判断雷达跟踪窗中的AIS信息是否是所要跟踪目标的AIS信息；(3)通过步骤(2)中求得的跟踪目标的AIS信息判断出与该AIS信息关联的目标， 即所要求取的跟踪目标；(4)计算跟踪目标的AIS信息与跟踪目标所产生的雷达回波间的第一关联距离， 并计算上述跟踪目标的AIS信息与高压输电线路产生的雷达回波间的第二关联距离，通过比较上述第一关联距离和第二关联距离的大小来判断出跟踪目标的回波信号。进一步地，步骤(1)中所述的同一坐标系采用以本船为原点的北向上极坐标系， 且顺时针方位角为正，逆时针方位角为负。进一步的改进方案是，步骤(1)中所述的雷达观测目标的位置信息采用目标船相对于本船的距离和方位来标示，所述的AIS提供有关该观测目标的位置信息采用基于 WGS84地理坐标系的经度和纬度。进一步地，步骤C3)包括如下步骤(3a)获取雷达在某时刻所测得目标的距离与方位；(3b)由AIS在该时刻提供的该目标的位置信息推算目标的距离与方位；(3c)对步骤(3a)中测得的距离与方位与步骤(3b)中推算而来的距离与方位进行关联检测，关联检测样本间建立距离函数；(3d)由上述距离函数判断出所要求取的跟踪目标。与现有技术相比，由于220KV高压输电线路产生的雷达回波对船舶的回波有遮挡时，雷达可能会出现目标交换现象，导致丢失正确的跟踪目标，本发明结合AIS信息与雷达信息，提出的利用AIS信息来减少目标交换的算法，由实验仿真可知雷达不会丢失跟踪目标，提高了雷达对220KV高压输电线路的抗干扰能力。
图1为本发明实施例的220KV跨海高压输电线路示意图；图2为本发明实施例的220KV高压输电线路直线点状回波示意图；图3为本发明实施例的220KV高压输电线路回波和入射角关系示意图；图4为本发明实施例的220KV高压输电线路的回波遮挡船只回波的示意图；图5为本发明实施例的雷达跟踪窗示意图；图6为本发明实施例的仿真算法中的两船轨迹图；图7为本发明实施例的仿真算法中的两船航向图；图8为本发明实施例的仿真算法中的两船航速图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例选取如图1所示的舟山-大陆跨海联网输电线路下进行现场测试，实验船上装备有JRC-JMA-2344雷达，实验船沿图1所示的航线横穿220KV跨海高压输电线路。 观测雷达回波、雷达杂波、干扰等图像的变化，还观测和测量220KV高压输电线路回波出现的距离和特点，高压输电线路周围电磁场对其它回波的影响。如图2所示，由于高压输电线路上交变电磁场的影响，220KV高压输电线的雷达回波不是连续的直线型目标，而成直线点状回波，回波的强度随距离、雷达回波的入射角和天气状况而变化。如图3所示，雷达电磁波与220KV高压输电线路成垂直入射角时，高压输电线路的回波最强。而且随着雷达轴向入射角θ的增加，高压输电线路的有效散射面积将减�。状锘夭ㄒ菜嬷跞�。如图4所示，当220KV高压输电线路离本船的距离小于220KV高压输电线路的最大探测距离时，220KV高压输电线路即可对本船上船载雷达发射的电磁波产生回波，该雷达回波会显示在雷达屏幕上，此时，若雷达也探测到了目标，则该目标的回波也将呈现在该雷达的屏幕上，从而使220KV高压输电线路的雷达回波对该目标的回波产生了遮挡，多个不同的目标出现在雷达屏幕上，即相当于多个目标交叉，雷达可能会出现目标交换，进而丢失正确的跟踪目标。针对这一现象，本实施例提出了一种利用AIS信息减少雷达目标交换的算法，该算法中，当220KV高压输电线路回波与船只回波重叠时，可把高压输电线路回波也当作一个目标，把这种情况当成两船交叉的情况处理。算法的具体步骤如下1)AIS的坐标转换以及跟踪窗如图5所示，雷达对目标的观测是以本船为中心，以目标船相对于本船的方位和距离来标示的，雷达把屏幕上的目标视频回波量化成内存中的方位-距离矩阵。AIS播发的目标位置信息是基于WGS84地理坐标系的经度和纬度。为了把AIS信息和雷达信息很好的结合在一起，需要进行坐标变换，使它们处于同一个坐标系内。采用以本船为原点的北向上极坐标系，顺时针方位角为正，逆时针方位角为负。ARPA对目标的跟踪是以跟踪窗来实施对目标的航迹进行相关处理的，雷达的跟踪窗和北向上极坐标体系如图5所示。ΔΑ、八R分别为跟踪窗的宽度和深度，Re和 是雷达位置的距离和方位，Ra和Ba是AIS位置的距离和方位。雷达通过AIS获得的目标位置数据是船舶的经纬度，需要把经纬度转换成球面的方位距离，设AIS目标的经纬度为λ，φ即采用高斯-克吕格投影把经纬度先转换成平面直角坐标χ，y
权利要求
1.一种基于Ais信息的雷达抗干扰技术的实现方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)对雷达观测目标的位置信息和Ais提供的有关该观测目标的位置信息分别进行坐标变换，使两者处于同一坐标系内；(2)用�：鼵-均值聚类算法计算雷达航迹到AIS航迹的隶属度，以判断雷达跟踪窗中的AIS信息是否是所要跟踪目标的AIS信息；(3)通过步骤(2)中求得的跟踪目标的AIS信息判断出与该AIS信息关联的目标，即所要求取的跟踪目标；(4)计算跟踪目标的AIS信息与跟踪目标所产生的雷达回波间的第一关联距离，并计算上述跟踪目标的AIS信息与高压输电线路产生的雷达回波间的第二关联距离，通过比较上述第一关联距离和第二关联距离的大小来判断出跟踪目标的回波信号。
2.根据权利要求1所述的基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，其特征在于 步骤(1)中所述的同一坐标系采用以本船为原点的北向上极坐标系，且顺时针方位角为正，逆时针方位角为负。
3.根据权利要求1所述的基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，其特征在于 步骤(1)中所述的雷达观测目标的位置信息采用目标船相对于本船的距离和方位来标示，所述的AIS提供有关该观测目标的位置信息采用基于WGS84地理坐标系的经度和纬度。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，其特征在于步骤(3)包括如下步骤(3a)获取雷达在某时刻所测得目标的距离与方位； (3b)由AIS在该时刻提供的该目标的位置信息推算目标的距离与方位； (3c)对步骤(3a)中测得的距离与方位与步骤(3b)中推算而来的距离与方位进行关联检测，关联检测样本间建立距离函数；(3d)由上述距离函数判断出所要求取的跟踪目标。
全文摘要
本发明涉及一种基于AIS信息的雷达抗干扰技术的实现方法，该方法步骤一对雷达观测目标的位置信息和AIS提供的有关该观测目标的位置信息分别进行坐标变换；步骤二用�：齝-均值聚类算法计算雷达航迹到AIS航迹的隶属度；步骤三通过步骤(2)中求得的跟踪目标的AIS信息判断出与该AIS信息关联的目标，即所要求取的跟踪目标；步骤四计算跟踪目标的AIS信息与跟踪目标所产生的雷达回波间的第一关联距离，并计算上述跟踪目标的AIS信息与高压输电线路产生的雷达回波间的第二关联距离。本发明结合AIS信息与雷达信息，提出的利用AIS信息来减少目标交换的算法，由实验仿真可知雷达不会丢失跟踪目标，提高了雷达对220KV高压输电线路的抗干扰能力。
文档编号G01S7/36GK102269807SQ20111011351
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者叶明君, 应士君 申请人:浙江国际海运职业技术学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
