20161207_海洋遥感_高频地波雷达
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》范文
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》篇一一、引言随着海洋资源的日益重要，海事领域的监视、管理和研究也显得越来越关键。
海上目标的准确航迹探测不仅有助于航海安全、环境保护、渔业监管等方面，同时也对海洋资源开发和军事情报保障起到关键作用。
在众多的海上目标航迹探测技术中，高频地波雷达以其独特的探测优势，在海上目标探测领域得到了广泛的应用。
本文将重点研究高频地波雷达海上目标航迹探测算法，探讨其原理、应用及优化策略。
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进行海上目标探测的雷达系统。
其工作原理主要是通过地面作为发射天线，将高频电磁波辐射到海面及海底附近，并利用地波和海浪散射的回波进行目标探测。
这种雷达系统具有全天候、全天时的工作能力，对于海上目标特别是小型目标的探测具有独特的优势。
三、航迹探测算法研究（一）算法原理航迹探测算法是高频地波雷达系统的核心部分，它通过对雷达回波信号的处理和分析，实现目标的定位和航迹跟踪。
算法主要分为信号预处理、目标检测、航迹建立与维持等几个阶段。
首先，通过信号预处理去除噪声和干扰；然后通过目标检测算法提取出潜在的目标回波；最后通过航迹算法对目标进行跟踪和航迹预测。
（二）信号预处理信号预处理是航迹探测算法的第一步，其主要目的是去除原始回波信号中的噪声和干扰。
常用的预处理方法包括滤波、增益控制等。
通过适当的预处理，可以提高信号的信噪比，为后续的目标检测和航迹跟踪提供可靠的输入。
（三）目标检测目标检测是航迹探测算法的关键步骤之一，其主要任务是从预处理后的回波信号中提取出潜在的目标回波。
常用的目标检测算法包括恒虚警率CFAR检测等。
这些算法通过设定适当的门限值，对回波信号进行扫描和检测，从而提取出潜在的目标回波。
（四）航迹建立与维持航迹建立与维持是航迹探测算法的最终目标，其主要任务是对检测到的目标进行跟踪和航迹预测。
常用的航迹算法包括卡尔曼滤波器等。
这些算法通过对连续的观测数据进行处理和分析，实现目标的稳定跟踪和航迹预测。
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》范文
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》篇一一、引言随着科技的发展和进步，海上目标探测在军事和民用领域具有重要价值。
高频地波雷达作为一种新型的海洋目标探测技术，因其高精度、低成本等优点而备受关注。
其中，航迹探测算法作为高频地波雷达的重要研究方向，对提高探测精度和识别效率具有重要意义。
本文将就高频地波雷达海上目标航迹探测算法展开深入研究，分析其工作原理、特点及性能优化方法。
二、高频地波雷达基本原理高频地波雷达利用高频电磁波沿地面传播的特性，实现对海上目标的探测。
其基本原理包括信号发射、信号传播、信号接收与处理等环节。
在信号传播过程中，电磁波与海面相互作用，产生反射、散射等现象，从而获取海上目标的信息。
三、航迹探测算法研究（一）算法概述航迹探测算法是高频地波雷达海上目标探测的核心技术之一。
该算法通过对接收到的雷达信号进行处理和分析，提取出目标的位置、速度等信息，进而实现目标的航迹探测。
航迹探测算法主要包括信号预处理、目标检测、航迹生成与维护等步骤。
（二）信号预处理信号预处理是航迹探测算法的第一步，主要目的是消除信号中的噪声和干扰，提高信号的信噪比。
常用的预处理方法包括滤波、放大、采样等。
（三）目标检测目标检测是航迹探测算法的关键步骤，主要通过设置门限值等方法，从预处理后的信号中检测出目标的存在。
在目标检测过程中，需要综合考虑目标的幅度、速度、距离等信息，以提高检测的准确性和可靠性。
（四）航迹生成与维护航迹生成与维护是航迹探测算法的核心部分，主要通过估计和跟踪目标的运动状态，生成目标的航迹。
在航迹生成与维护过程中，需要采用合适的滤波算法和跟踪算法，以减小目标运动的不确定性，提高航迹的精度和稳定性。
四、性能优化方法（一）优化算法设计针对不同的应用场景和目标特性，需要设计合适的航迹探测算法。
在算法设计过程中，需要综合考虑算法的实时性、准确性、稳定性等因素，以实现最优的探测性能。
（二）提高信号处理能力提高信号处理能力是优化航迹探测算法的重要手段。
高频地波雷达在海洋领域中的若干应用
高频地波雷达在海洋领域中的若干应
用
高频地波雷达是一种利用高频电磁波在海洋表面传播时的衰减和反射特性来探测海洋表面和低空目标的雷达系统。
它具有探测距离远、覆盖范围广、能够探测低空目标等优点，因此在海洋领域中有许多应用。
首先，高频地波雷达可以用于海洋气象监测。
它能够探测到海洋表面的风场、浪高、海流等参数，为海洋气象预报提供重要的数据支持。
其次，高频地波雷达可以用于海洋环境监测。
它能够探测到海洋表面的油污、海冰、赤潮等污染和灾害情况，为海洋环境保护和灾害预警提供重要的信息。
此外，高频地波雷达还可以用于海洋渔业监测。
它能够探测到海洋中的鱼群、渔船等目标，为渔业资源管理和捕捞提供重要的信息支持。
最后，高频地波雷达还可以用于海上交通监测。
它能够探测到海上的船舶、浮标等目标，为海上交通管理和安全保障提供重要的信息支持。
总之，高频地波雷达在海洋领域中有许多应用，它可以为海洋气象监测、海洋环境监测、海洋渔业监测和海上交通监测等提供重要的信息支持，对于保障海洋安全、保护海洋环境、促进海洋经济发展具有重要的意义。
高频地波雷达
一、简介高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称HFSWR)作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。
各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。
高频地波雷达利用短波（3～30MHz）在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。
同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。
高频地波超视距雷达的工作原理（R1为视距，R2为雷达作用距离）在军事应用领域，地波超视距雷达的工作波长和电波传播特性决定其具有独特的性能优势（相对于微波雷达而言）：（1）作用距离远（300～400km）；（2）极强的反隐身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反辐射导弹，等等。
在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。
高频地波雷达应用示意图由于其独特的性能优势及应用前景，许多临海发达国家竞相研制、购臵和部署地波超视距雷达，以抵御现代战争的威胁并满足海洋开发与研究的需要。
美国、俄罗斯、英国、加拿大、德国、法国、澳大利亚、日本和新加坡等都研制过或正在发展高频地波超视距雷达，其中典型代表有加拿大的SWR-503系统、美国的Seasonde系统和德国的WERA系统等。
美国CODAR公司生产的著名SeaSonde地波雷达（交叉环／单极子是其典型特征）德国汉堡大学研制的WERA地波雷达系统美国雷声公司为加拿大生产的SWR－503系统武汉大学研制的中程高频地波雷达系统OSMAR二、历史雷达的前身是电离层测高仪。
海洋高频地波雷达技术指标
海洋高频地波雷达技术指标引言海洋高频地波雷达技术是一种用于海洋观测和资源勘探的重要工具。
它通过发射高频电磁波并接收反射回来的信号，可以获取海洋中的各种信息，如海洋表面波浪、潮汐、海流、海洋底地形等。
本文将重点介绍海洋高频地波雷达技术的几个关键指标。
1. 雷达频率雷达频率是指雷达所发射的电磁波的频率。
海洋高频地波雷达通常工作在3-30 MHz的频段，这个频段的特点是穿透力强，适合用于海洋深部的观测。
不同频率的雷达在海洋观测中有不同的应用，低频雷达适合用于测量海洋中大尺度的潮汐和海流，而高频雷达可以用于测量小尺度的波浪和涡流。
2. 雷达发射功率雷达发射功率是指雷达发射器输出的电磁波的功率大小。
海洋高频地波雷达通常具有较高的发射功率，可以达到几千瓦甚至更高。
高发射功率可以提高雷达的信号强度，增加信号的穿透力和探测距离，从而提高雷达的观测能力。
3. 雷达天线雷达天线是指用于发射和接收电磁波的装置。
海洋高频地波雷达通常采用垂直偶极子天线，其主要特点是辐射方向垂直于海洋表面。
这样设计的天线可以减少对海洋波浪的散射和干扰，提高雷达信号的质量。
4. 雷达分辨率雷达分辨率是指雷达能够分辨出的最小目标尺寸。
海洋高频地波雷达的分辨率通常与波长有关，波长越短，分辨率越高。
利用高频雷达可以实现对海洋中小尺度目标的高分辨率观测，如测量波浪的高度、周期和方向等。
5. 雷达观测范围雷达观测范围是指雷达可以覆盖的区域范围。
海洋高频地波雷达的观测范围通常与发射功率、天线高度和地形条件有关。
一般情况下，海洋高频地波雷达可以实现几十到几百公里的观测范围。
为了扩大观测范围，可以通过增加天线高度或增加发射功率来提高雷达的覆盖能力。
6. 雷达数据处理雷达数据处理是指对雷达接收到的信号进行处理和分析，提取出所需的海洋信息。
海洋高频地波雷达的数据处理包括信号去噪、波形分析、参数提取等步骤。
通过合理的数据处理方法，可以提高雷达数据的质量和可靠性，得到准确的海洋观测结果。
20161207_海洋遥感_高频地波雷达
m/s m/s
osmar071雷达和浮标测得的矢量流流向时间序列分析 海流深度:3.5米 1 蓝色:浮标数据 红色:雷达数据 0.5 0 360 02/19 02/20 02/21 02/22 02/09 02/10 02/11 02/12 02/13 02/14 02/15 02/16 02/17 02/18 180 0
数据质控
/qartod/welcome.html
TAIWAN OCEAN RADAR OBSERVING SYSTEM (TOROS)， 于2012年完成 由15部地波雷 达组成的环岛 地波雷达网
日本
已完成全国49部地 波雷达的部署工作， 另有10部可机动部 署的车载地波雷达， 形成了覆盖日本主 要海岸、海峡和岛 屿的雷达网
天地波一体 化雷达系统
天地波一体化雷达系统—天线和主机
几种典型的高频地波雷达
美国SeaSonde 加拿大SWR-503
德国WERA
中国OSMAR
另外还有英国的OSCR系统、Overseer系统，俄罗斯 的TELETS系统，日本……
二、高频地波雷达 系统组成
高频地波雷达系统组成
高频地波雷达站系统由两个分站（或两个以上）和一 个中心站组成。 每个分站系统由硬件部分、软件部分以及相应的连接 电缆组成，其中硬件部分包括接收机、发射机、接收 天线、发射天线和采样电脑，软件部分主要是径向流 图、浪、风等处理软件。 中心站用矢量流图处理软件来完成两个分站径向流的 合成。
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》范文
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》篇一一、引言随着海洋经济的快速发展和海上活动的日益频繁，海上目标探测技术的重要性日益凸显。
高频地波雷达（High Frequency Surface Wave Radar，简称HFSWR）作为一种重要的海上目标探测手段，具有探测距离远、分辨率高、抗干扰能力强等优点，在海上交通管理、海洋环境监测、军事防御等领域有着广泛的应用。
然而，由于海面环境的复杂性和多变性，高频地波雷达在海上目标航迹探测过程中仍面临诸多挑战。
本文旨在研究高频地波雷达海上目标航迹探测算法，以提高探测精度和效率。
二、高频地波雷达基本原理高频地波雷达利用高频电磁波在地表形成的地波进行探测。
其工作原理为：电磁波以地表为媒介传播，通过与海面目标的相互作用，产生回波信号，从而实现目标探测。
由于地波具有较长的探测距离和较高的分辨率，使得高频地波雷达能够实现对海上目标的远距离探测和精细定位。
三、航迹探测算法研究针对海上目标的航迹探测，本文主要研究以下几种算法：1. 距离-速度联合探测算法该算法通过分析回波信号的幅度、相位等信息，结合目标的速度和距离信息，实现目标的航迹探测。
在算法实现过程中，需考虑海面杂波、多径效应等因素对回波信号的影响，以提高算法的抗干扰能力和准确性。
2. 动态规划航迹算法动态规划航迹算法通过分析连续多个时刻的回波信号，建立目标航迹的动态模型，实现目标的航迹跟踪。
该算法可有效解决目标在复杂海况下的航迹断裂问题，提高航迹的连续性和准确性。
3. 深度学习算法在航迹探测中的应用随着深度学习技术的发展，越来越多的研究者将深度学习算法应用于高频地波雷达的航迹探测中。
通过训练深度学习模型，实现对复杂海况下目标的准确识别和航迹跟踪。
该算法在处理大规模数据、提高识别准确性和实时性方面具有明显优势。
四、算法性能分析针对上述几种算法，本文通过仿真和实际数据测试，对算法的性能进行了分析。
结果表明，距离-速度联合探测算法在简单海况下具有较高的探测精度和实时性；动态规划航迹算法在复杂海况下能够有效解决航迹断裂问题，提高航迹的连续性和准确性；深度学习算法在处理大规模数据、提高识别准确性和实时性方面具有明显优势。
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》范文
《高频地波雷达海上目标航迹探测算法研究》篇一一、引言随着现代海运和海洋开发活动的不断增加，海上交通监控和安全防护成为了重要议题。
高频地波雷达作为一种重要的海洋探测手段，其在海上目标航迹探测方面具有独特优势。
本文将针对高频地波雷达海上目标航迹探测算法进行深入研究，以期为提升海洋安全管理和航行辅助提供技术支撑。
二、高频地波雷达技术概述高频地波雷达是一种利用电磁波在地球表面传播特性进行目标探测的雷达系统。
其通过向海面发射高频电磁波，利用反射回来的信号对海上目标进行定位和跟踪。
相较于其他类型的雷达，高频地波雷达具有较高的定位精度和低虚警率的特点，适用于复杂的海洋环境。
三、航迹探测算法研究（一）算法基本原理航迹探测算法是高频地波雷达系统中的关键技术之一。
该算法通过分析雷达接收到的回波信号，提取出目标的位置信息，并利用一定的算法对多个位置点进行连接，形成目标的航迹。
这一过程涉及到信号处理、数据分析和模式识别等多个领域的技术。
（二）算法研究内容1. 信号处理：对接收到的回波信号进行滤波、放大和数字化处理，以提高信噪比和信号质量。
2. 目标检测与提取：通过设置合适的阈值和算法，从处理后的信号中检测出目标并提取其位置信息。
3. 航迹形成与跟踪：利用目标的位置信息，通过一定的跟踪算法将多个位置点连接起来形成航迹，并对航迹进行平滑处理以减少误差。
4. 算法优化与改进：针对不同的海洋环境和目标特性，对算法进行优化和改进，以提高探测精度和效率。
四、算法应用及效果分析（一）应用领域高频地波雷达海上目标航迹探测算法广泛应用于海上交通监控、渔业管理、海洋环境监测等领域。
通过该算法，可以实现对海上目标的实时定位和跟踪，为相关领域提供有力的技术支持。
（二）效果分析通过大量的实验和实际应用数据表明，高频地波雷达海上目标航迹探测算法具有较高的探测精度和稳定性。
在复杂的海洋环境中，该算法能够准确提取出目标的位置信息，并形成清晰的航迹，为相关领域的决策提供重要依据。
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天地波一体 化雷达系统
天地波一体化雷达系统—天线和主机
几种典型的高频地波雷达
美国SeaSonde 加拿大SWR-503
德国WERA
中国OSMAR
另外还有英国的OSCR系统、Overseer系统，俄罗斯 的TELETS系统，日本……
二、高频地波雷达 系统组成
高频地波雷达系统组成
高频地波雷达站系统由两个分站（或两个以上）和一 个中心站组成。 每个分站系统由硬件部分、软件部分以及相应的连接 电缆组成，其中硬件部分包括接收机、发射机、接收 天线、发射天线和采样电脑，软件部分主要是径向流 图、浪、风等处理软件。 中心站用矢量流图处理软件来完成两个分站径向流的 合成。
便 携 式
阵 列 式
三、高频地波雷达 探测海洋环境的原理
布拉格散射 多普勒频移
HFSWR海洋环境探测基础—BRAGG SCATTERING
类似于晶格对X射线的Bragg散射 • 当d=2n.(λ/2)时，出现 波射线同步加强，该散 射方向出现亮条纹 • 当d=(2n+1).(λ/2)时， 出现波射线相互抵消， 该散射方向出现暗条纹
HFSWR海洋环境探测基础—DOPPLER SHIFT
多普勒效应发现：火 车从远而近时汽笛声 变响，音调变尖，而 火车从近而远时汽笛 声变弱，音调变低 波在波源移向观察者 接近时接收频率变高， 而在波源远离观察者 时接收频率变低
高频地波雷达探测海态的基本原理
雷达回波谱
功率/dB
多普勒频移/Hz
一、概述
雷达的概念、分类 海洋环境探测雷达
什么是雷达？
雷达（Radar，radio detection and ranging的简称）意 思为“无线电探测和测距”，即利用电磁波探测移动目标并 进行定位。 首次应用：二战期间英国在防空袭站中利用雷达来搜寻德 国飞机
按用途划分
预警雷达 远程对空警戒雷达
试验概况（利用浮标数据来验证雷达海流、海浪 和海面风的探测精度）
试验海域：台湾海峡西南部 试验时间：2013.1.29-3.15 高频地波雷达设备 OSMAR071阵列式，东山、 龙海，～7.9M，10min OSMAR-S100便携式，山寮、 下垵，～13M，20min 海上观测站位 C站--测风、浪 A、B、D、E、B1和E1--测流、 风、浪
数据质控
/qartod/welcome.html
TAIWAN OCEAN RADAR OBSERVING SYSTEM (TOROS)， 于2012年完成 由15部地波雷 达组成的环岛 地波雷达网
日本
已完成全国49部地 波雷达的部署工作， 另有10部可机动部 署的车载地波雷达， 形成了覆盖日本主 要海岸、海峡和岛 屿的雷达网
m/s m/s
osmar071雷达和浮标测得的矢量流流向时间序列分析 海流深度:3.5米 1 蓝色:浮标数据 红色:雷达数据 0.5 0 360 02/19 02/20 02/21 02/22 02/09 02/10 02/11 02/12 02/13 02/14 02/15 02/16 02/17 02/18 180 0
五、高频地波雷达的应用
HFSWR用途
台风、风暴潮、海啸等防灾减灾；为保护海洋环境提供资讯 服务； 渔业服务（海洋表面流场能为鱼苗的投放及捕捞提供指导）； 为海洋工程（如排污口、港口、跨海大桥、钻井平台等）的 设计、施工和维护提供资讯服务； 海上搜救工作（如预测遇险人员或船只漂流的方向和位置， 为及时救援提供帮助）； 为海上航运提供导航、跟踪等咨询服务； 军事用途，维护国家海洋权益，服务海上军事防务；
HFRNET DATA AVAILABILITY
1.Online Visualization – /projects/mapping/m aps/fullpage.php Online visualization of HF radar surface currents with ability to change date, resolution, colorbar, and station information 2.Web Overlays /projects/mapping/ap i/ Application programming interface (api) that allows programmers to overlay the currents into any website 3.THREDDS Data Server (TDS) access :8080/thredds/cat alog.html /thredds/catalog.ht ml TDS service that allows folks to acquire or used the data via thredds for processing and/or visualization. 4.Data Archiving – HFRNet (NDBC): Totals and Radials - Operators: Range Series and beam pattern - Future: All above through
OSMAR071流场的空间覆盖率
OSMAR071与A浮标合成流速流向的对比结果
osmar071雷达和浮标测得的矢量流流速时间序列分析 海流深度:3.5米 蓝色:浮标数据 红色:雷达数据 1 0.5 0 01/29 01/30 01/31 02/01 02/02 02/03 02/04 02/05 02/06 02/07 02/08 02/09 02/10
试验概况
海上观测设备及观测方式 海流：Nortek 1MHz的ADCP， 悬挂于3m浮标中，层厚设为0.5m， 共20层，第一层为1.5m，采样时 间间隔设为5min 海浪：波浪传感器取样时间间隔设 置为10min 海面风：集成自动测风仪 （YOUNG 05103），每3s采集一 次，作为瞬时风速和相应风向，连 续采样10min，计算风速和风向的 平均值，作为该10min结束时刻的 平均风速和相应风向。
6个10m×30m 弹道导弹防御 气象雷达
还有测高雷达、导航雷达。。。
按波段划分
高频 甚高频 超高频
短波 超短波
微波
X波段雷达（浪）
高频地波雷达（流、浪、风）
车载
便携式
一、高频地波雷达概述
高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称 HFSWR)作为一种新兴的 海洋监测技术，具有超视 距、大范围、全天候以及 低成本等优点，被认为是 一种能实现对各国专属经 济区(EEZ)监测进行有效 监测的高科技手段。
韩国
菲 律 宾
泰国
中国
福建省示范区（东山和龙海地波雷达站）
有关SEASONDE数据的网站及网页
(CODAR) (CalTech Dynamical Systems) /~icon (NOPP/ICON) /mrs/codar.html (Rutgers) /seasonde/ (Oregon State University) /boon/scur.html (Bodega Ocean Observing) /cool/codar.html /data/hfrnet /~brucel/realtimemaps/ /seasonde/index.html /iog/codar_realtime.html
High-Frequency (HF) Radar as a major component for Integrated Ocean Observing System (IOOS)
(hourly, 1-km)
26 US IOOS CORE VARIABLES
1.Acidity 14.Partial Pressure of CO2 2.Bathymetry 15.Pathogens 3.Bottom Character 16.Phytoplankton Species 4.Colored Dissolved Organic Matter 17.Salinity 5.Contaminants 18.Sea Level 6.Dissolved Nutrients 19.Stream Flow 7.Dissolved Oxygen 20.Surface Currents 8.Fish Abundance 21.Surface Waves 9.Fish Species 22.Temperature 10.Heat Flux 23.Total Suspended Matter 11.Ice Distribution 24.Wind Speed and Direction 12.Ocean Color 25.Zooplankton Abundance 13.Optical Properties 26.Zooplankton Species.
高频地波雷达探测 海洋环境（流、浪、风）
魏国妹 E-mail: weiguomei@
主动遥感和被动遥感
主动遥感 遥感器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散 射信号，如高频地波雷达、激光雷达等 被动遥感 传感器不向目标发射电磁波，仅被动地接收目标物的 自身发射和对自然辐射的反射能量，如水色卫星等
探测海洋环境。
应用一：地波雷达探测海洋环境
案例1：国产OSMAR071和OSMAR-S100的 适用性比测试验 OSMAR071阵列式高频地波雷达系统组成
室 内 主 机
发射天线（三根）
接收天线（八根）
OSMAR-S100便携式高频地波雷达系统组成
OSMAR071流场
OSMAR-S100流场
° ° ° °
01/29 01/30 01/31 02/01 02/02 02/03 02/04 02/05 02/06 02/07 02/08 02/09 02/10