【目标管理】07导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
《高频地波雷达与AIS点迹融合算法研究》范文
《高频地波雷达与AIS点迹融合算法研究》篇一高频地波雷达与S点迹融合算法研究一、引言在现代海上交通管理和安全领域，雷达技术以其非接触式探测和高实时性的优势扮演着至关重要的角色。
高频地波雷达作为一种广泛应用的雷达类型，对海洋环境中的动态目标和信息捕捉具有重要的实用价值。
此外，船舶自动识别系统（S）作为一种重要的信息通信手段，为船舶提供位置、速度等关键信息。
为了更有效地利用这些信息，高频地波雷达与S点迹融合算法的研究显得尤为重要。
本文将详细探讨高频地波雷达与S点迹融合算法的原理、方法及其应用。
二、高频地波雷达技术概述高频地波雷达是一种利用高频电磁波在地表传播的雷达系统，其探测范围广、抗干扰能力强，适用于海上交通管理、海洋环境监测等领域。
地波雷达的原理是利用地面作为反射面，接收来自目标物体的回波信号，从而获取目标的位置、速度等信息。
三、S系统及点迹数据特点S系统是一种基于卫星定位和数字通信技术的船舶自动识别系统，可以实时提供船舶的位置、速度、航向等关键信息。
S点迹数据具有实时性高、准确性强的特点，但受限于卫星信号的覆盖范围和船舶设备的安装情况。
四、高频地波雷达与S点迹融合算法为了充分利用高频地波雷达和S系统的优势，实现两者的数据融合具有重要的现实意义。
点迹融合算法是实现在同一坐标系下对两种不同来源的数据进行融合的关键技术。
本文将介绍一种基于卡尔曼滤波的点迹融合算法。
卡尔曼滤波是一种高效的递归滤波器，适用于处理具有噪声的数据。
在点迹融合中，卡尔曼滤波可以通过预测和更新步骤对地波雷达的原始数据进行处理，并根据S点迹数据进行调整，从而得到更准确的融合结果。
该算法可以有效地解决数据间存在的噪声和干扰问题，提高数据处理的精度和稳定性。
五、实验与结果分析为了验证高频地波雷达与S点迹融合算法的有效性，我们进行了多组实验。
实验结果表明，通过采用卡尔曼滤波等点迹融合算法，可以显著提高数据的准确性和可靠性。
在复杂多变的海洋环境中，融合后的数据能够更准确地反映目标的位置和速度信息，为海上交通管理和安全提供了有力支持。
导航雷达与AIS在军用舰船中的综合运用
导航雷达与AIS在军用舰船中的综合运用作者：柳林李明奇来源：《现代电子技术》2013年第17期摘要：导航雷达和AIS作为两种主要导航设备在现代船舶上有着广泛应用，对船舶的安全航行有着重要意义。
通过分析其各自优缺点，论述了在军用舰船中综合使用导航雷达和AIS 的必要性，提出了综合运用导航雷达和AIS保障舰艇安全航行及遂行各项任务的注意事项和基本方法。
关键词： AIS；导航雷达；军用舰船；综合使用中图分类号： TN967.7⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）17⁃0012⁃030 引言军用舰船是赋有特殊任务的船只，安全航行是其遂行作战训练任务的基础。
从以往各国的报道中可以看到，军舰触礁搁浅，军舰之间、军舰与民用船只之间相碰的事故不在少数，由于军舰一般设备先进，造价昂贵，且武器装备较多，危险性较大，一旦发生事故往往造成重大人员伤亡和财产损失，军舰作为一国武力象征，有时甚至会引起外交争端。
因此，军舰的安全航行一直是各国十分重视的问题。
导航雷达作为军用舰船的必要导航装备，在舰船安全航行方面发挥着重大作用。
AIS作为一种新型导航系统，具有其他导航设备不可比拟的优势，在军用舰船上加装AIS，综合运用AIS和导航雷达形成优势互补是保证舰船海上安全航行的重要途径。
1 导航雷达基本特点1.1 导航雷达优势传统的舰船导航主要靠目力观察，受气象条件及人为因素等方面限制，不易及时发现和跟踪目标，而有了导航雷达就大不相同，相对来说导航雷达受气象条件影响较小，精度高，反应快速，探测距离远，导航雷达的探测距离一般可以达到10～20海里。
随着电子计算机技术在航海上的推广和应用，导航雷达自动化程度也越来越高，功能更加完善，特别是导航雷达自动标绘仪的出现，大大提升了导航雷达操纵的简捷性，增加了避碰预警时间。
导航雷达用于近岸航行，特别是用于雾中航行和狭水道航行时，有较大优越性[1] 。
1.2 导航雷达局限性尽管导航雷达在应用中有上述优势，但其局限性也不容忽视。
AIS与雷达目标信息模糊融合算法与实现
第 ４期
集 美大 学学报 （自然科 学版 ）
Ｊｕｎ ｆ ｉ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ ｏ ｒａ ｏ ｍｅ Ｕ ｉ ｒｉ （ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ） ｌ Ｊ ｖ ｔ ｕ ｅ
Ｖ０ ． ５ Ｎ ． １１ ｏ ４
２１ ００年 ７月
Ｊ１ ０ ０ ｕ ．２ １
［ 图分 类 号 ］ Ｕ ６５ ７ 中 ７ ． ［ 献标志码］Ａ 文
０ 引言
雷达是传统的船舶导航设备，用来定位、避让、导航．它能 自主式探测与跟踪 目 ，可得到近水 标 域 的全景交 通 图像 ，且 雷达 的 回波 在一定 程度上 可反 映 目标 的大小 和形状 ，在保证 船舶航行 安全 与港
其 中 ：ｋ－ Ａ Ｓ『 ￣ Ｉ －目标 的时刻 ； 一 雷达 ｉ 目标 的时刻 ；Ｃ １ ～ 粗关联 时间 门限． ＡＴ ｒ 距离粗关 联 的条件 ：
ｊ ｋ ）一 ｋ） ＜Ｃ Ｄ ， ＝１２ …， ， ＝１２ …， （ Ｒ （ Ｊ Ａ Ｔ Ｒ ，， Ｎ ｉ ，，
［ 文章编号 ］１０ ７０ （００ ０ ０８ ０ ０ ７— ４ ５ ２ １ ）４— ２９— ５
Ａ Ｓ与雷 达 目标 信 息模 糊 融合算 法 与 实现 Ｉ
欧 阳萍 ，林 长川
（ 美 大 学 航 海 学 院 ，福 建 厦 门 ３ １２ ） 集 ６０ １
［ 要］为达到优 势互 补的 目的 ，将 Ａ Ｓ（ 摘 Ｉ 船舶 自动识别 系统 ）与雷达 目标 信息进行融合 处理．采用
金项 目 （ ０ １０ ４ Ａ ７０１）
［ 作者简介 ］欧阳萍 （９ ３ ） 女 ，硕士生 ，从事雷达与 Ａ Ｓ目标信息处理研究． １８ 一 ， Ｉ
・
２０ ・ ９
集美 大学 学 报 （ 自然科 学 版 ）
VTS中雷达与AIS基本功能的比较
VTS中雷达与AIS基本功能的比较初立辉[摘要]由于雷达是工作于微波波段的目标探测定位设备，而AIS是工作于超短波波段的数据通信设备，两者的工作机理和功能存在差异。
在VTS的应用中，它们各有特点并存在不足，不能以一个取代另一个。
了解并在VTS中充分发挥该两技术手段的特点，相互弥补其存在的不足，对正确、有效使用该两技术手段，进一步扩展VTS功能，更好发挥它对船舶的服务管理功能有着重要意义。
[ Abstract ] Since the radar is operating in the microwave band target detection pointing device and the AIS is operating in the VHF -band data communication device , there is a difference between the two working mechanism and function . In the VTS applications, they have their own characteristics and shortcomings , can not be replaced by another one . Understand and give full play to the characteristics of the VTS of the two techniques , the presence of each other to make up for its lack of proper and effective use of the two techniques, the further expansion of VTS functions , better play its service management capabilities of the ship is of great significance .1雷达与AIS的异同点1.1 雷达与AIS的工作原理雷达是利用电磁波的二次辐射、转发或固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标、速度、特征等信息的一种无线电装置。
雷达与AIS目标位置信息融合方法的研究
探测 。
船 用 雷达 ， 然 在航 海 中起 着 非 常重 要 的 助航 虽 作 用 。但 存 在 着精 度 不 高 、 息 量少 、 受 地 形 影 信 易 响、 更无 法识 别船舶 的 缺陷 ， 其 在 恶 劣气 象 、 况 尤 海 环境 下 ， 其探 测能力 更受 到严 重的影 响 。 因此 ， 如何 进行 两 者 的信 息融 合 、 势 互 补 ， 优 以 提 高 目标位置 的精 度 与 可 靠性 ， 有较 大 的研 究 价 具
舶 ， 不同年 限必 须安 装 ＡＩ 备 … 。随 着强 制 性 在 Ｓ设 的公 约 要求 ， Ｓ设备将 得 到广 泛地 应用 。 同时 ， ＡＩ 近 年来 国内外专 家对 ＡＩ Ｓ开展 了诸多研 究 ＋ ０。 ＡＩ 提供 船舶 的船名 、 Ｓ能 识别 码 、 型等静 态 信 船
息， 以及 船位 、 向 、 速 等动 态 信息 。但 它 仍 会受 航 航
一
在 时 刻 ． 达探测 到 的 目标距 离 ； 雷 在 时刻 ， Ｓ提供 的 目标 位 置的经 度数值 ； ＡＩ
一
ｚ 一 雷 达 的 目标 位 置 在 ｘ 轴 分 量 ；
一
一
，
雷达 的 目标 位置 在 ｙ 轴分量 ；
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在 ｋ时刻 ， 本船 位置 的经度 数值 ；
ｚ 一 ＡＩ ｓ提供 的 目标 位置在 ｘ 轴 分量 ；
一
在 时 刻 ， Ｓ提供 的 目标 位置 的纬度数 值 ； ＡＩ
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《高频地波雷达与AIS船只目标航迹关联方法研究》范文
《高频地波雷达与AIS船只目标航迹关联方法研究》篇一高频地波雷达与S船只目标航迹关联方法研究一、引言随着现代航运业的快速发展，船舶交通管理成为了保障海上安全的重要环节。
高频地波雷达（High Frequency Surface Wave Radar）和船舶自动识别系统（Automatic Identification System，简称S）作为两种重要的船舶监测手段，在船舶交通管理中发挥着重要作用。
本文旨在研究高频地波雷达与S船只目标航迹的关联方法，为提升海上交通安全管理和船舶导航的精度和效率提供支持。
二、高频地波雷达与S系统概述（一）高频地波雷达高频地波雷达是一种利用高频电磁波探测地面和海面目标的技术。
其优点在于能够探测低空和海面目标，且具有较强的抗干扰能力。
然而，由于电磁波的散射和反射特性，地波雷达在目标识别和航迹跟踪方面存在一定的困难。
（二）S系统S系统是一种通过船舶上的设备向岸基站或船与船之间传输信息，以实现船舶自动识别的系统。
S系统可以提供船舶的静态和动态信息，如船只的航向、航速、位置等。
然而，由于信号覆盖范围和传输能力限制，S在某些区域可能无法提供有效信息。
三、高频地波雷达与S船只目标航迹关联的必要性由于高频地波雷达和S各自的优势和局限性，将两者进行关联具有以下必要性：1. 提高航迹跟踪的精度和效率：通过关联高频地波雷达和S 的船只目标航迹，可以互相弥补各自的不足，提高航迹跟踪的精度和效率。
2. 扩大监测范围：S系统的信号覆盖范围有限，而高频地波雷达具有较远的探测距离。
通过关联两者，可以扩大海上交通的监测范围。
3. 提升海上交通安全：通过实时获取船只的动态信息，可以及时发现潜在的安全隐患，提高海上交通的安全性。
四、高频地波雷达与S船只目标航迹关联方法（一）数据预处理在进行关联之前，需要对高频地波雷达和S的数据进行预处理。
包括数据清洗、格式转换、坐标转换等步骤，以确保数据的准确性和一致性。
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究雷达与 AIS 目标位置信息融合方法的研究随着航运行业的不断发展壮大，自动化系统的应用越来越广泛。
而在自动化系统中，雷达和 AIS 是两个重要的传感器。
雷达可以探测到周围的目标，而 AIS 能够提供目标的位置、速度和方向等信息。
那么，如何将这两种传感器的信息进行融合，提高船舶的安全性和工作效率，成为了当前的一个研究热点。
一、雷达与 AIS 目标信息融合意义1.提高目标追踪准确性由于雷达和 AIS 的工作原理不同，其探测到的目标位置信息可能存在一定的偏差和误差。
而通过各种融合方法，可以有效地减小误差，提高目标追踪的准确性。
2.提高自动化控制效率通过雷达和 AIS 的融合，可以得到更完整、更准确的目标信息，从而实现自动化船舶控制，提高工作效率。
3.提高船舶安全性雷达和 AIS 的融合可以帮助船舶及时掌握周围环境的情况，防止可能的碰撞和其他危险事故的发生，提高船舶的安全性。
二、雷达与 AIS 目标位置信息融合方法目前，已经有许多学者针对雷达和 AIS 的融合方法进行了研究，主要包括如下几种方法：1.基于 Kalman 滤波的融合Kalman 滤波是一种经典的目标状态估计算法，可以有效地估计目标的状态量。
通过将雷达和 AIS 的数据输入到 Kalman 滤波器中，可以得到更准确、更稳定的目标状态信息。
2.基于粒子滤波的融合粒子滤波在目标状态估计中具有很好的效果，特别是对于非线性系统估计情况下的目标状态滤波更具有优势。
通过将雷达和 AIS 的数据，输入到粒子滤波器中，可以得到更高精度的目标状态信息。
3.基于神经网络的融合神经网络可以根据过去经验，预测未来情况。
通过将雷达和 AIS 的数据作为输入，训练得到适合船舶运动的神经网络模型，可以实现目标位置信息的更加准确的融合。
三、结语雷达和 AIS 的融合是一个复杂的问题，需要针对不同情况选择合适的融合方法。
通过不断的研究和创新，可以进一步提高融合精度，提高船舶的安全性和工作效率。
导航雷达第七章雷达目标跟踪与AIS
目标丢失报警：按照性能标准规定，在连续10次天线 扫描中，只要有5次能够在显示器上清楚识别出目标，目标 跟踪就应能够继续。如果违反了这个原则，雷达就判定目 标丢失，给出目标丢失报警。
目标交换
将已跟踪的目标放弃，错误地跟踪上另一个目标，这 种错误跟踪的现象称为目标交换 。
目标交换产生原因： (1)目标进入强海浪区; (2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标 ;
安全界限设置过大，虚警增加，给驾驶员带来不必要的 负担；设置过小，安全系数降低甚至不能达到对碰撞危险 预警的目的。安全界限的设置值与很多因素有关，包括本 船吨位和操纵特性、驾驶团队船艺水平、航行水域开阔程 度和船舶密度、气象海况等 。
CPA LIM/TCPA LIM在航海上设置的惯例：
结合海上避碰规则，大洋航行时CPA LIM通常为2 n mile左 右，TCPA LIM通常不低于18 min；
（四）综合信息显示与操作控制 在雷达显示器上，通过控制面板各种开关控钮或操作屏
幕菜单，能够控制雷达的所有功能。按照程序或操作面板的 指令，在主控制器的控制下，将视频处理器输出的雷达视频 、跟踪器获得的目标跟踪信息、以及信息处理器对多传感器 信息的运算结果融合为雷达综合视频，送显示器显示。
二、雷达目标跟踪基本原理
目标跟踪：雷达跟踪目标在屏幕上位置的变化，建立 目标运动轨迹，获取目标运动参数的跟踪器运算过程。
一般地，雷达目标跟踪在1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min内，雷达对被捕获目标跟踪达到较高的精 度，获得目标的预测运动，进入稳定跟踪状态。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
自动捕获是捕获目标的辅助手段，更适合在气象海况条 件良好的大洋中使用，在回波复杂的环境，对目标的选择性要 求较高，不适合自动捕获。
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第一次探测位置 第二次探测位置
窗口稳定
第三次探测位置
第四次扫描 位置滑动滤波停止 第五次扫描
窗口缩小
估算位置 滤波位置
目标输出窗口
窗口放大 发现目标重新跟踪
跟踪树
ARPA目标跟踪原理
跟踪窗尺寸对跟踪性能的影响：
1.跟踪窗尺寸大，不易丢失目标，但易误跟踪； 2.跟踪窗尺寸小，不易跟踪上，易丢失目标。
一般大（0.18 n mile） 、中（ 0.125 n mile ）、小（0.07 n mile）三个，自动调节。开始大窗口，逐渐变小，稳定时最小窗 口，目标回波约占跟踪窗（波门）面积的75。
目标丢失
(1)目标回波变弱:未检测到目标,无法建立跟踪 (2)杂波干扰 (3)目标大幅度快速机动 (4)雷达实测目标误差太大 (5)目标进入阴影区或被高大目标遮挡
二、雷达目标跟踪基本原理 （四）危险判断
在目标跟踪过程中，跟踪器不断将跟踪目标的CPA/TCPA值 与驾驶员设定的安全界限CPA LIM/TCPA LIM比较，对小于安 全界限的目标给出危险报警。
（五）试操船
当本船在避碰行动或导航中需要机动（改向或改速或艏向 航速同时改变）航行时，试操船可以在图形显示区域模拟本 船机动操作的未来态势，辅助驾驶员做出保障船舶航行安全 的有效避碰决策。
（一）目标检测
在噪声和杂波背景中发现目标的过程，称为目标检测。
检测原理：设定一个阈值电压，如果回波信号幅值大 于该电压，就认为是目标予以保留，相反则认为是杂波 或噪声不予记录。
检测注意事项：在目标检测时，近距离海浪和较强的 雨雪杂波的强度可能会比正常目标回波高出很多，设备无 法分辨目标与杂波，而将杂波判别为目标；
目标跟踪：雷达跟踪目标在屏幕上位置的变化，建立 目标运动轨迹，获取目标运动参数的跟踪器运算过程。
一般地，雷达目标跟踪在1 min之内可获得目标的运动 趋势，在3 min内，雷达对被捕获目标跟踪达到较高的精 度，获得目标的预测运动，进入稳定跟踪状态。
目标跟踪包括：目标检测、目标捕获、目标跟踪、危 险判断、试操船等过程。
（2）按照驾驶员及程序指令综合处理、分配和综合 （融合）船位、艏向、航速、AIS目标报告、雷达目标 跟踪、海图的水文地理信息等信息，完成目标跟踪信息 与其他传感器信息的融合。
（三）跟踪器 跟踪器通过硬件和软件配合，在主处理器协调下，完
成对目标的检测、捕获和跟踪，建立目标的运动轨迹，警 示危险目标，辅助提供避碰措施等功能。
（六）目标跟踪流程
未跟踪目标
确认丢失
报警
丢失目标
人工捕获 自动捕获
跟踪目标
确认删除
删除目标
图 7-1-3 雷达目标跟踪流程
Hale Waihona Puke 确认危险报 警危险目标
第二节 雷达目标跟踪基本功能
一、目标跟踪初始设置
（一）传感器设置 保证雷达跟踪器正常工作的基本传感器包括： 雷达:为跟踪器提供了定时信号、回波视频信息、天线角位 置和船首标识信息。 陀螺罗经或艏向发送装置（THD）：提供航向信息 船舶航速和航程测量设备（SDME，如计程仪）：提供速 度信息 。
人工捕获通过光标、轨迹球直接捕获需要跟踪的目 标；自动捕获通过设置捕获范围（警戒区/环）来实现。
（三）目标跟踪
雷达记录目标在屏幕上位置随扫描更新相继变化，建 立目标的运动轨迹的运算过程，称为目标跟踪。
目标跟踪原理：预测加修正，天线边扫描边跟踪， 不断提高跟踪的精度，直到跟踪稳定为止。
跟踪位置
探测位置 滤波位置 估算位置 跟踪窗
（四）综合信息显示与操作控制 在雷达显示器上，通过控制面板各种开关控钮或操作屏
幕菜单，能够控制雷达的所有功能。按照程序或操作面板的 指令，在主控制器的控制下，将视频处理器输出的雷达视频、 跟踪器获得的目标跟踪信息、以及信息处理器对多传感器信 息的运算结果融合为雷达综合视频，送显示器显示。
二、雷达目标跟踪基本原理
处
理
与
显
示
主控制器
系
统
图 7-1-1 目标跟踪装置原理框图
（一）传感器
雷达信息（包括定时信号、回波视频信息、天线角位 置和船首标识信息）、艏向信息和航速信息是保证雷达 跟踪器正常工作的基本信息。
（二）信息处理器
功能：
（1）按照综合导航系统（INS）综合信息处理原则， 验证各传感器信息的完善性，对未通过完善性验证的传 感器信息发出报警。
1．雷达设置：
（1）图像调整： 增益、人工/自动调谐、脉冲宽度选择、人工杂波（海浪、雨雪） 抑制等控钮。
（2）量程选择： 按照IMO雷达性能标准，具有目标跟踪功能的量程至少包括3、
6和12 n mile，目前多数雷达从0.75 n mile~24 n mile量程都具有目 标跟踪功能。通常驾驶员可以在6~12 n mile量程捕获目标和判断 目标碰撞危险，在6 n mile量程确定对危险目标的避碰方案，在3 n mile量程实施避碰行动和评估避碰效果。
目标丢失报警：按照性能标准规定，在连续10次天线 扫描中，只要有5次能够在显示器上清楚识别出目标，目标 跟踪就应能够继续。如果违反了这个原则，雷达就判定目 标丢失，给出目标丢失报警。
目标交换
将已跟踪的目标放弃，错误地跟踪上另一个目标，这 种错误跟踪的现象称为目标交换 。
目标交换产生原因： (1)目标进入强海浪区; (2)被跟踪的弱目标接近未被跟踪的强目标; (3)目标转向;
第七章 雷达目标跟踪与AIS目标报告
第一节 雷达目标跟踪基本原理
一、雷达目标跟踪装置构成
雷达
天线角位置 与船首标识
雷达视频 定时脉冲
传 陀螺罗经 或 THD
感
器
SDME
艏向 航速
I/O 接口 及视频处理器
跟踪器
EPFS、AIS
位置、识别
等其他传感器 水文地理信息
信息处理器
信
综合信息显示
息
与操作控制
（3）显示方式选择：
使用雷达目标跟踪功能应选择方位稳定的显示方式，如N-up或 C-up，避免使用H-up显示方式。现代雷达在H-up显示方式下通常 会禁止目标跟踪功能。
为了提高目标自动检测的可靠性，驾驶员应细心调整 雷达，将回波保持在最佳状态。
（二）目标捕获（acquisition）
捕获：选择所需跟踪的目标，跟踪器记录其初始位置， 启动对目标位置在屏幕上相继变化的检测和跟踪的雷达 工作过程。
捕获分为人工捕获和自动捕获，小于10 000 GT的 船舶配备的雷达可不具有自动捕获目标的功能。