基于前置接收机的天波超视距雷达回波模式辨识与定位精度提升

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252013V01．34No12590—2598ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于前置接收机的天波超视距雷达回波模式辨识与定位精度提升冯肖雪，梁彦*，焦连猛，周林西北工业大学自动化学院，陕西西安710072摘要：天波超视距雷达(OTHR)目标跟踪面临着“三低”(低检测概率、低数据率、低测量精度)和“多径”(多条传播路径)的严峻挑战，准确的传播模式辨识与精确的目标定位是改善跟踪能力的关键。针对考虑高度信息的目标定

2、位问题，提出了一套不依赖于电离层探测设备的天波超视距雷达与前置接收机(FBRs)量测的关联融合方法，以辨识传播模式并改善含高度的目标定位精度。首先推导了考虑目标高度的坐标变换公式，通过融合FBRs的量测可以获得目标地理位置和电离层高度的初步估计，然后采用极大似然估计准则建立了一套OTHR传播模式和杂波模式的辨识规则，最后利用最小方差估计准则实现OTHR和FBRs关联量测的融合以提高目标定位精度。仿真结果表明：提出的关联融合框架能够有效地辨识传播／杂波模式，同时可以估计出电离层高度和目标高度。此外，通过OTHR和FBRs的关联量测融合有效地改善了目标定位精度。关键词：天波超视距雷达(OTHR

3、)；模式辨识；前置接收机；定位精度；数据融合；目标跟踪中图分类号：V219文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)11-2590—09天波超视距雷达(0vet—the—HorizonRadar，OTHR)工作在短波波段，利用电磁波在电离层与地面之间的反射作用传输高频能量，从而能够探测视距范围外的空中或海上运动目标[1]。OTHR以其探测距离远、覆盖范围大和具有突出的反隐身及抗低空突防能力被广泛应用于远程预警、空中与海面的交通监视与管理等领域。不同于常规雷达，OTHR存在“三低”(低检测概率、低数据率、低测量精度)和“多径”(多条传播路径)的问题，导致单个目标由于多个传播模式形

4、成多个回波[2]。目前，应用于OTHR的目标跟踪算法主要包括两类。第一类主要包括Viterbi数据关联(VDA)算法和概率数据关联(PDA)算法等。该类算法基于雷达坐标系建立目标运动模型，利用Kalman滤波和数据关联算法直接在雷达坐标系下实现目标跟踪，然后利用坐标配准(CoordinateRegistration，CR)将雷达坐标系下的航迹变换到地理坐标系下，但由于多路径传播模式的影响往往导致一个目标对应多条航迹。第二类主要包括多路径概率数据关联(MPDA)跟踪算法[2。3]、多路径蒙特卡罗数据关联(MCMC)跟踪算法和多路径Viterbi数据关联(MVDA)跟踪算法[4。61等。该类算

5、法通过数据关联进行传播模式辨识，但严重依赖于垂直、斜向电离层探测设备提供的电离层高度等参数信息进行准确的坐标配准口_8]。作为OTHR远程预警系统的重要组成部分，垂直、斜向探测等电离层探测设备能够提供近似的电磁波反射中点所在的电离层高度信息凹10。，但由于收稿日期：2013—01-16；退修日期：2013—05—17；录用日期：2013—06·17；网络出版时间：2013-06—2816：44网络出版地址：www．emki．net／kcms／detail／11．1929．V201306281644．001htmI基金项目：国家自然科学基金(61135001，61074179)；西北工业大学

6、博士论文创新基金(CX201320)*通讯作者Tel：029—88431308E-mail：liangyan@nwpuedu．on鳓用格武

7、FengXX．LiangY．JiaoLM．etalModeidentificationandpositioningaccuracyimprovementusingforward-basedreceiversfor0THR．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34({1)：2590-2598．冯肖雪．粱彦．焦连猛．等基f前i接收机的天波超视距雷达回波模式辨识5定位精庹提升航空学报．2013．34(¨)：259

8、0-2598冯肖雪等：基于前置接收机的天波超视距雷达回波模式辨识与定位精度提升电离层探测设备部署的局限性(如海域或敌方区域)和采样速率的限制，致使获取的电离层参数在空间和时间上是严重受限的，而利用已知的局部信息来重构大面积区域的电离层信息也必然是不准确的。针对电离层探测设备的上述缺陷，国内外学者提出了一系列利用参考源辅助获取电离层参数的方法，例如信标应答机[8]、额外的雷达系统[7]和被动接收机[11。12一等。澳大利亚