基于ais信息的岸基對(duì)海監(jiān)控雷達(dá)精度檢測(cè)方法

基于ais信息的岸基對(duì)海監(jiān)控雷達(dá)精度檢測(cè)方法

1.方位角和距離精度試驗(yàn)岸基海軍監(jiān)視雷達(dá)主要用于軍事上的海拔高度，提供目的地信息，并由指揮官根據(jù)指揮和決定做出決定。通常這種雷達(dá)的距離精度在幾十米到幾百米,一般來說,岸基對(duì)海警戒雷達(dá)的方位角和距離精度試驗(yàn)通常采用跑船試驗(yàn),并以船上GPS數(shù)據(jù)為真值進(jìn)行精度檢測(cè)。這種雷達(dá)精度檢測(cè)方法無(wú)論從人力上還是從物力上,投入都較大。本文提出了一種基于AIS(艦船自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng))信息為岸基警戒雷達(dá)精度檢測(cè)方法,利用航行中的小型漁船為雷達(dá)進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度檢測(cè),人力物力投入小,結(jié)果滿足雷達(dá)精度要求,且雷達(dá)精度檢測(cè)不受時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、物資等條件限制,可隨時(shí)進(jìn)行精度檢測(cè),方法靈活、方便。2.ai的情況介紹2.1岸基設(shè)備組成船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AutomaticIdentificationSystem,簡(jiǎn)稱AIS)由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)備共同組成,艦載設(shè)備包括天線、艦船AIS設(shè)備和數(shù)據(jù)處理顯示設(shè)備,岸基設(shè)備包括天線、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用服務(wù)器和顯示設(shè)備等,如圖1所示,是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。是新一代用于海上識(shí)別、監(jiān)控和通信的技術(shù)手段。由艦船飛機(jī)之?dāng)澄易R(shí)別器發(fā)展而成,配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船位(經(jīng)緯度)、船速、航向等船舶動(dòng)態(tài)信息和船名、大小、呼號(hào)、吃水、類型、目的地等船舶靜態(tài)信息由甚高頻(VHF)頻道向附近水域船舶及岸臺(tái)廣播,使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶之動(dòng)靜態(tài)資訊,得以立刻互相通話協(xié)調(diào),采取必要避讓行動(dòng),對(duì)船舶安全有很大幫助。2.2船舶ais信息的接收與顯示目前使用的AIS設(shè)備包括VHF天線、AIS接收機(jī)和數(shù)據(jù)終端,如圖2所示。AIS接收設(shè)備通過天線接收艦船的AIS信息,數(shù)據(jù)終端選擇處理AIS信息,并將艦船位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對(duì)雷達(dá)站的方位、距離數(shù)據(jù)。將接收到海上船舶在海圖上顯示,并以微表形式顯示船舶信息。數(shù)據(jù)終端同時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)接口向雷達(dá)終端計(jì)算機(jī)發(fā)送AIS信息,以便于雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。目前使用的AIS定位精度小于10米。3.雷達(dá)精度的檢測(cè)3.1雷達(dá)動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)方法3.1.1地形空間平面內(nèi)極坐標(biāo)利用AIS接收機(jī)接收的目標(biāo)船GPS定位數(shù)據(jù)(B2,L2,h2,t2)和獲得的本地GPS定位數(shù)據(jù)(B1,L1,h1,t1),進(jìn)行時(shí)空同步和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后求解目標(biāo)船相對(duì)雷達(dá)的極坐標(biāo)(D,β,ε,tg)。(1)大地坐標(biāo)(B,L,h)轉(zhuǎn)換為空間大地直角坐標(biāo)(X,Y,Z)式中:參考橢球的卯酉圈曲率半徑;a、b分別為參考橢球的長(zhǎng)半徑和短半徑;為參考橢球的第一偏心率。(2)空間大地直角坐標(biāo)(X,Y,Z)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)(x,y,z)式中,[X1,Y1,Z1]T為空間大地直角坐標(biāo);B1,L1為大地坐標(biāo)的緯度和經(jīng)度。(3)直角坐標(biāo)(x,y,z)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(D,β,ε)式中,D為目標(biāo)相對(duì)被試?yán)走_(dá)的斜距,β為目標(biāo)相對(duì)被試?yán)走_(dá)的方位角。以解算出的距離和方位值作為真值。3.1.2動(dòng)中航跡地質(zhì)性編碼雷達(dá)采用半自動(dòng)掃描方法,先鎖定標(biāo)校目標(biāo),再自動(dòng)錄取目標(biāo)觀測(cè)值(R,θ,tr),并將觀測(cè)數(shù)據(jù)用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,即對(duì)雷達(dá)目標(biāo)航跡進(jìn)行Kalman平滑濾波,消除測(cè)量過程中的部分噪聲。3.1.3時(shí)間分配比較雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)和真值數(shù)據(jù)的時(shí)間tr和tg關(guān)系,利用內(nèi)插和外推的方法進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn),將二者統(tǒng)一到同一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)t下。3.1.4解決目標(biāo)距離和方向差把雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)(R,θ,tr)和真值數(shù)據(jù)(D,β,t)進(jìn)行配準(zhǔn),得出雷達(dá)誤差統(tǒng)計(jì)平均值和統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。3.2數(shù)據(jù)的預(yù)處理首先在AIS數(shù)據(jù)終端上找到相對(duì)較孤立的尺寸較小的運(yùn)動(dòng)船舶B,在雷達(dá)自動(dòng)錄取器上找到船舶B,并穩(wěn)定跟蹤,分別保存記錄船舶B的雷達(dá)數(shù)據(jù)和AIS數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)時(shí)間一般為3-4小時(shí),以便獲得足夠多的數(shù)據(jù)量。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,以10秒鐘為間隔,篩選出船舶B的雷達(dá)數(shù)據(jù)和AIS數(shù)據(jù)(將野點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除),計(jì)算出方位和距離的均方根誤差。重復(fù)以上步驟完成4-5艘運(yùn)動(dòng)船舶方位和距離精度檢測(cè)。4.野點(diǎn)判別準(zhǔn)則距離測(cè)量精度和方位測(cè)量精度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以AIS設(shè)備數(shù)據(jù)作為真值,進(jìn)行一次差處理,計(jì)算總誤差,野點(diǎn)判別準(zhǔn)則為≥3σ。數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表1所示。5.機(jī)動(dòng)雷達(dá)轉(zhuǎn)場(chǎng)隨著靶場(chǎng)的不斷發(fā)展,岸