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船舶导航雷达方位超分辨方法
摘要：
船舶导航雷达是船舶安全航行的重要设备，对于船舶导航雷达方位超分辨方法的研究因应用需求与技术发展的不断推进而日益受到关注。本文首先分析了船舶导航雷达的原理和现有技术的不足，然后介绍了几种常见的方位超分辨方法，并对它们的优缺点进行了比较分析，最后提出了一种基于小波变换的船舶导航雷达方位超分辨方法，该方法结合小波分析和多重分辨算法，可以在确保高分辨率的同时达到比现有方法更高的实时性和稳定性，对于提高船舶导航雷达的方向识别准确度和对小目标的诊断起到了重要的作用。
关键词：船舶导航雷达；方位超分辨；小波变换；多重分辨算法；小目标诊断
一、船舶导航雷达的原理及其不足
船舶导航雷达是指用于指引船舶进行危险水域航行，观察周围环境，识别船只、航路以及相关信息的一种雷达。其主要原理是利用船舶上安装的指向天线向周围环境发射微波，然后接收回波，分析波的相位和频率，从而确定目标的方位、距离、速度等参数，实现对周围情况的监测。
然而，船舶导航雷达存在以下的不足：
1.方位分辨率不足。由于雷达所发射的微波波长有限，为了保证对目标进行有效分辨，雷达在方向上采用了波束以获得更好的分辨率，但对于较小的目标而言，其方位分辨率仍然无法满足实际需求。
2.精度有限。雷达虽然在检测上可以实现高精度，但由于其易受到各种因素干扰，如海浪等环境因素，以及船舶上装置的错误校准或损坏等因素，导致其精度有限。
3.实时性低。部分现有的船舶导航雷达的信号处理器速度较慢，在把数据处理成输出信号的过程中会有一定的延迟，从而降低了其实时性。
二、方位超分辨方法
为了解决船舶导航雷达的不足，前人们提出了许多方位超分辨方法，下面就几种常见的方法进行详细介绍与分析。
1.幅度比较法
幅度比较法是一种简单的方位超分辨方法，其核心思路是通过比较雷达在不同方位所接收到的回波信号的幅度差异来实现高分辨率的目标检测。具体步骤如下：
（1）发射信号进行扫描。
（2）接收回波信号，并将其记录下来。
（3）对不同方向下的信号进行幅度比较。
虽然幅度比较法的算法简单，但其存在以下的缺陷：
（1）基于幅度比较法实现的速度较慢，无法实现实时检测。
（2）对于反射面大小相同的目标，其检测效果不如其他方法。
2.傅立叶变换法
傅立叶变换法是一种经典的频谱分析方法，在信号处理等领域都有广泛的应用，它可以将时域信号转换成频域信号，从而更好地实现信号特征的检测。
对于船舶导航雷达的应用，在进行目标检测时，傅立叶变换法的步骤如下：
（1）产生扫描信号。
（2）接收扫描信号的返回信号，将其记录下来。
（3）对记录下来的数据进行傅立叶变换，转化为频谱图形。
（4）对频谱图进行识别分析。
但傅立叶变换法还存在以下不足：
（1）需要进行离散化处理，精度受到限制。
（2）对于存在周期性的复杂多目标，傅立叶变换不够准确。
3.经典超分辨方法
经典超分辨方法是一种基于目标与背景的差异进行分辨的方法，在空间上进行数据处理，从而实现高分辨率的图像获取。其中，高分辨率恒STAR方法被认为是一种较为成功的方法，其步骤如下：
（1）以较低分辨率进行扫描，获取扫描图像。
（2）使用星点卷积核对所得图像进行卷积，并得到高分辨率的结果。
（3）通过反向传播误差，改进结束后的端口卷积核。
经典超分辨方法的优点在于能够分辨出一些较为相近的目标，缺点在于其对背景有较大的要求，同时比线性方法具有更高的计算复杂度。
三、基于小波变换的方位超分辨方法
针对现有方法的不足，本文提出了一种基于小波变换的船舶导航雷达方位超分辨方法。该方法结合了小波分析和多重分辨算法，有效地提高了方向识别准确度和对小目标的诊断能力。
具体步骤如下：
（1）将雷达接收到的原始信号进行小波变换，得到各个尺度下的高频矩阵。
（2）通过特定的门槛手段来排除低频小量矩阵，提高计算速度的同时可以使其更为精确。
（3）将各个高频矩阵组合成一幅高分辨图像。
小波变换的优点在于具有更高的计算速度和更高的稳定性，同时可以处理多峰目标。因此，基于小波变换的方位超分辨方法可以在不降低精度的情况下提高雷达的实时性和稳定性，从而更好地满足实际需求。
四、结论
本文分析了船舶导航雷达在使用过程中存在的不足，介绍了几种常见的方位超分辨方法，并对它们的优缺点进行了比较分析。最后提出了一种基于小波变换的船舶导航雷达方位超分辨方法，该方法在提高方向识别精度同时也可以提高实时性和稳定性，可以更好地实现对小目标的诊断。基于小波变换的方位超分辨方法在实际应用中具有一定的可行性和前景，可以为船舶导航雷达的发展提供一定的参考。