基于多视角径向速度的舰船航速航向估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114966664A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210829168.8(22)申请日2022.06.24(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人水鹏朗李雨旺张晓君许述文(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205专利代理师田文英王品华(51)Int.Cl.G01S13/58(2006.01)G01S13/62(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称基于多视角径向速度的舰船航速航向估计方法(57)摘要本发明公开一种基于多视角径向速度的舰船航速航向估计方法，解决现有技术航速航向估计方法时，由于定位精度严重影响航速航向的估计精度的问题，以及点迹数据数量影响平滑滤波改善估计精度的效果的问题。本发明的实现步骤为：在周期内通过多普勒峰值搜索估计舰船的径向速度，通过建立的信号模型计算舰船径向速度估计的标准差，根据机载雷达天线抖动的幅度计算机载雷达平台搭载飞机径向速度补偿的标准差，利用最大似然法估计舰船的航速和航向。本发明极大地提高了机载雷达对海面舰船航速航向估计的精度和面对复杂海杂波的影响导致点迹数据十分有限的情况下，仍然具有很高的估计精度，是一种非常实用的舰船航速航向估计方法。CN114966664ACN114966664A权利要求书1/3页1.一种基于多视角径向速度的舰船航速航向估计方法，其特征在于，利用机载雷达对海面上的舰船进行观测，计算估计舰船径向速度的标准差和机载雷达平台搭载飞机径向速度补偿的标准差，联合多视角下的径向速度经最大似然法估计舰船的航速和航向；该估计方法的步骤包括如下：步骤1，估计舰船的径向速度：步骤1.1，计算舰船雷达回波信号的多普勒谱的幅度；步骤1.2，估计舰船的径向速度；步骤2，按照下式，计算估计舰船的径向速度的标准差：其中，σ0表示估计舰船的径向速度的标准差，M表示进行Monte‑Carlo实验的次数，M的取值是根据雷达工作时间资源和估计舰船的径向速度的标准差的精度设置，M≥2000，λ表示雷达发射电磁波的波长，表示在范围内求最大值操作，T表示雷达系统工作基本参数中的脉冲重复周期(PRT)，SCNR表示在雷达在多脉冲相参累积后的舰船雷达回波信号功率与杂波回波信号加噪声信号功率和的比值，N表示雷达相参累积脉冲数，p(fi)表示与fi对应多普勒通道的多普勒导向矢量，[·]H表示共轭转置操作，e(·)表示以自然常数e为底数的指数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率，p(fd)表示舰船的多普勒频率fd对应的多普勒导向矢量，wm表示第m次Monte‑Carlo实验时归一化的多脉冲相参累积后的杂波加噪声向量，IN表示N×N维的单位矩阵；步骤3，按照下式，计算机载雷达平台搭载飞机的径向速度补偿的标准差：其中，σ1表示机载雷达平台搭载飞机速度补偿的标准差，η表示机载雷达天线照射波束对应的方位角，ε表示机载雷达天线照射波束对应的俯仰角，σv表示机载雷达平台搭载飞机自身速度的标准差，vr表示机载雷达平台搭载飞机的速度，σb表示机载雷达天线照射波束抖动的标准差；步骤4，估计舰船的航速和航向：步骤4.1，计算在大地直角坐标系下机载雷达平台搭载飞机的三维坐标值；步骤4.2，计算在大地直角坐标系下舰船的三维坐标值；步骤4.3，将大地直角坐标系下舰船的三维坐标值分别与机载雷达平台搭载飞机的三维坐标值作差，将其差值组成雷达天线照射波束对应的向量；步骤4.4，计算舰船航向向量；步骤4.5，计算雷达天线照射波束对应的向量与舰船航向向量之间的夹角；2CN114966664A权利要求书2/3页步骤4.6，按照下式，估计舰船的航速和航向：其中，表示舰船的航速的估计值，表示舰船的航向的估计值，表示在0＜ν≤20，0≤θs≤2π范围内求最大值操作，ν表示舰船的航速，θs表示舰船的航向，ln{·}表示取自然对数操作，K表示机载雷达对海面进行周期性观测的次数，K的取值是根据雷达工作时间资源和估计舰船的航速航向的精度设置，γk表示第k次观测雷达天线照射波束对应的向量与舰船航向向量之间的夹角，表示第k次观测雷舰船的径向速度的估计值，σ0(k)表示第k次观测估计舰船的径向速度的标准差，σ1(k)表示第k次观测机载雷达平台搭载飞机径向速度补偿的标准差。2.根据权利要求1所述的基于多视角径向速度的舰船航速航向估计方法，其特征在于，步骤1.1中所述的计算舰船雷达回波信号的多普勒谱的幅度是由下式得到的：其中，X(fi)表示在第i个多普勒通道对应的多普勒频率fi处的多普勒谱的幅度，|·|表示取模操作，x(n)表示雷达在n时刻的回波复信号，n＝0,…N‑1。3.根据权利要求2所述的基于多视角径向速度的舰船航速