基于數(shù)據(jù)融合的組網(wǎng)導(dǎo)航雷達(dá)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種基于數(shù)據(jù)融合的 組網(wǎng)導(dǎo)航雷達(dá)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 船用導(dǎo)航雷達(dá)主要用于海上目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤，輔助艦船導(dǎo)航避碰，保障航行安 全。隨著艦船航行環(huán)境的日益復(fù)雜，導(dǎo)航雷達(dá)的性能，直接關(guān)系到艦船的航行安全與船上人 員的生命安危。
[0003] 船用導(dǎo)航雷達(dá)一般分為雷達(dá)前端和雷達(dá)終端兩部分，雷達(dá)前端包括天線、收發(fā)機(jī) 和信號(hào)預(yù)處理單元，實(shí)現(xiàn)高頻電磁波的發(fā)射與接收，對(duì)接收到的電磁波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通 過(guò)聚類算法探測(cè)目標(biāo)，計(jì)算出包括位置、時(shí)間、大小、能量幅度等信息在內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)跡信息； 雷達(dá)終端包括操控單元、顯示單元和信號(hào)處理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)雷達(dá)前端的控制，接收雷達(dá) 前端發(fā)送的雷達(dá)圖像并顯示，接收雷達(dá)前端發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)跡信息數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行航跡跟 足示并顯不。
[0004] 因?yàn)榘惭b位置關(guān)系，雷達(dá)天線往往會(huì)受到艦船桅桿、煙囪等建筑的遮擋，導(dǎo)致單部 雷達(dá)天線會(huì)存在一定范圍的盲區(qū)，無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)、跟蹤盲區(qū)范圍內(nèi)的目標(biāo)，影響艦船航行安 全。雷達(dá)盲區(qū)以外的區(qū)域，稱為有效探測(cè)區(qū)。
[0005] 現(xiàn)有的大中型艦船上，通常安裝有兩部以上的導(dǎo)航雷達(dá)，每部導(dǎo)航雷達(dá)各自獨(dú)立 完成目標(biāo)探測(cè)與跟蹤，不同雷達(dá)之間沒有或者只有很少的數(shù)據(jù)交互，無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)共享來(lái) 提尚雷達(dá)探測(cè)與跟蹤的準(zhǔn)確性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種基于數(shù)據(jù)融合的組網(wǎng)導(dǎo)航雷達(dá)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)備組網(wǎng)共 享多臺(tái)雷達(dá)雷達(dá)前端的數(shù)據(jù)，任意雷達(dá)終端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，靈活方便的選擇接收任意多臺(tái)雷 達(dá)前端的數(shù)據(jù)，以解決單部雷達(dá)因天線架設(shè)位置帶來(lái)的盲區(qū)問(wèn)題，并提高海上目標(biāo)探測(cè)和 跟蹤的準(zhǔn)確性能，保障航行安全。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0008] 基于數(shù)據(jù)融合的組網(wǎng)導(dǎo)航雷達(dá)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，包括至少一臺(tái)雷達(dá)前端、至少一臺(tái) 雷達(dá)終端、以太網(wǎng)，雷達(dá)前端和雷達(dá)終端之間通過(guò)所述以太網(wǎng)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，雷達(dá)前端 包括天線、收發(fā)機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、操控命令處理模塊，雷達(dá)終端包括顯示 單元、信號(hào)處理單元、操控單元，收發(fā)機(jī)產(chǎn)生射頻脈沖，通過(guò)天線向空間輻射，射頻脈沖遇到 目標(biāo)后部分能量被反射回來(lái)，先經(jīng)天線由收發(fā)機(jī)接收，再經(jīng)混頻、對(duì)數(shù)放大、視頻檢波后形 成模擬視頻信號(hào)，數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行AD采樣后，形成數(shù)字視頻信號(hào)，信號(hào)預(yù) 處理模塊對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行抗干擾、去噪聲、雜波抑制處理后形成雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)一 步通過(guò)聚類算法形成目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，信號(hào)預(yù)處理模塊將雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)和目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)發(fā)送 至以太網(wǎng)給雷達(dá)終端接收，操控命令處理模塊接收雷達(dá)終端通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送的控制命令， 進(jìn)行解析后，將各個(gè)控制參數(shù)發(fā)送給收發(fā)機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，以控制收發(fā) 機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的工作狀態(tài)，信號(hào)處理單元通過(guò)以太網(wǎng)接收雷達(dá)前端 發(fā)送的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)和目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，對(duì)雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步綜合優(yōu)化處理，形成最 終用于顯示的視頻數(shù)據(jù)，并將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示單元，對(duì)目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)、坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)后，將來(lái)自雷達(dá)前端的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，進(jìn)而完成航跡的濾波、預(yù)測(cè)與 更新，并將更新后的航跡數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示單元，顯示單元接收信號(hào)處理單元發(fā)送的視頻數(shù) 據(jù)和航跡數(shù)據(jù)，并在顯示器上顯示出來(lái)，操控單元通過(guò)以太網(wǎng)傳輸雷達(dá)前端的控制權(quán)命令 來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)前端控制權(quán)的更替，將控制命令發(fā)送至以太網(wǎng)以控制雷達(dá)前端，將控制參數(shù)發(fā) 送給信號(hào)處理單元，控制對(duì)視頻數(shù)據(jù)的綜合優(yōu)化處理以及對(duì)目標(biāo)的航跡跟蹤。
[0009]進(jìn)一步，所述雷達(dá)前端和雷達(dá)終端之間是相對(duì)獨(dú)立工作的。
[0010]進(jìn)一步，所述信號(hào)預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)雷達(dá)前端的信號(hào)預(yù)處理和與網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。
[0011] 進(jìn)一步，采用一濾波器對(duì)來(lái)自雷達(dá)前端的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行航跡濾波。
[0012] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理:本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的導(dǎo)航雷達(dá)前端與終端的捆綁式對(duì)應(yīng)關(guān) 系，建立了一種多前端多終端的船用導(dǎo)航雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)，使前端和終端相對(duì)獨(dú)立工作，通過(guò) 設(shè)備組網(wǎng)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互和共享多臺(tái)雷達(dá)前端的數(shù)據(jù)，任意終端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，靈活方便 的選擇接收任意多臺(tái)前端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了融合多臺(tái)前端的數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與跟蹤。前 端將用于顯示的雷達(dá)圖像和用于跟蹤的目標(biāo)點(diǎn)跡發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)供終端接收，終端將操控命令 報(bào)文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上來(lái)控制前端，終端和終端之間傳輸前端控制權(quán)報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)前端控制權(quán) 的更替。組網(wǎng)系統(tǒng)工作時(shí)，各雷達(dá)前端各自獨(dú)立進(jìn)行電磁波發(fā)射與接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理和目標(biāo) 探測(cè)，將包括位置、時(shí)間、大小、能量幅度等信息在內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)上;任意 終端均可接收到以太網(wǎng)上所有前端發(fā)送的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，終端對(duì)來(lái)自多臺(tái)前端的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行 統(tǒng)一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和綜合優(yōu)化處理后，完成目標(biāo)的航跡跟蹤。
[0013] 有益效果:本發(fā)明屬于點(diǎn)跡串行處理的集中式數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)，具有融合精度高、系 統(tǒng)時(shí)延小的特點(diǎn)，同時(shí)還具有消除探測(cè)盲區(qū)、增強(qiáng)探測(cè)概率、提高跟蹤性能的突出優(yōu)點(diǎn)。終 端對(duì)多臺(tái)前端的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和綜合優(yōu)化處理后，可有效解決單部雷達(dá)因天線架設(shè)位 置帶來(lái)的盲區(qū)問(wèn)題，并提高海上目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤性能，保障航行安全。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明設(shè)有多臺(tái)雷達(dá)前端和雷達(dá)終端的組網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)及信號(hào)傳輸示意圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的信號(hào)處理單元目標(biāo)跟蹤信息流程圖。
[0017] 圖4為本發(fā)明艦船CCRP坐標(biāo)系以及多前端位置分布示意圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明點(diǎn)跡位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換圖。
[0019] 圖6為本發(fā)明雷達(dá)前端扇區(qū)劃分示意圖。
[0020] 圖中各符號(hào)代表：1.前端一；2.前端二；3.前端三;4.終端一；5 .終端二;6.通用外 部接口盒。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。
[0022] 實(shí)施例：
[0023]如圖1所示，圖中雷達(dá)前端包括三臺(tái)，分別為:前端一 1、前端二2和前端三3;雷達(dá)終 端包括兩臺(tái)，分別為:終端一4、終端二5;通用外部接口盒6設(shè)有一臺(tái)。三臺(tái)雷達(dá)前端、兩臺(tái)雷 達(dá)終端、一臺(tái)通用外部接口盒通過(guò)以太網(wǎng)互聯(lián)，雷達(dá)前端和雷達(dá)終端之間是相對(duì)獨(dú)立工作 的。
[0024] 如圖2所示，圖中包括一臺(tái)雷達(dá)前端、一臺(tái)雷達(dá)終端、以太網(wǎng)，雷達(dá)前端和雷達(dá)終端 之間通過(guò)所述以太網(wǎng)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，雷達(dá)前端包括天線、收發(fā)機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào) 預(yù)處理模塊、操控命令處理模塊，雷達(dá)終端包括顯示單元、信號(hào)處理單元、操控單元，收發(fā)機(jī) 產(chǎn)生射頻脈沖，通過(guò)天線向空間輻射，射頻脈沖遇到目標(biāo)后部分能量被反射回來(lái)，先經(jīng)天線 由收發(fā)機(jī)接收，再經(jīng)混頻、對(duì)數(shù)放大、視頻檢波后形成模擬視頻信號(hào)，數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)模擬 視頻信號(hào)進(jìn)行AD采樣后，形成數(shù)字視頻信號(hào)，信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行抗干擾、 去噪聲、雜波抑制處理后形成雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步通過(guò)聚類算法形成目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，信 號(hào)預(yù)處理模塊將雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)和目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)發(fā)送至以太網(wǎng)給雷達(dá)終端接收，操控命令處 理模塊接收雷達(dá)終端通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送的控制命令，進(jìn)行解析后，將各個(gè)控制參數(shù)發(fā)送給收 發(fā)機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，以控制收發(fā)機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的 工作狀態(tài)。
[0025] 雷達(dá)終端的信號(hào)處理單元通過(guò)以太網(wǎng)接收雷達(dá)前端發(fā)送的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)和目標(biāo) 點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，對(duì)雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步綜合優(yōu)化處理，形成最終用于顯示的視頻數(shù)據(jù)，并將 視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示單元，對(duì)目標(biāo)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)后，將來(lái)自雷達(dá) 前端的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，進(jìn)而完成航跡的濾波、預(yù)測(cè)與更新，并將更新后的航跡數(shù)據(jù) 發(fā)送給顯示單元，顯示單元接收信號(hào)處理單元發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)和航跡數(shù)據(jù)，并在顯示器上 顯示出來(lái)，操控單元通過(guò)以太網(wǎng)傳輸雷達(dá)前端的控制權(quán)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)前端控制權(quán)的更 替，將控制命令發(fā)送至以太網(wǎng)以控制雷達(dá)前端，將控制參數(shù)發(fā)送給信號(hào)處理單元，控制對(duì)視 頻數(shù)據(jù)的綜合優(yōu)化處理以及對(duì)目標(biāo)的航跡跟蹤。
[0026] 本示意圖中，為了簡(jiǎn)便，且由于各雷達(dá)前端和雷達(dá)終端的模塊劃分和信號(hào)傳輸都 完全相同，雷達(dá)前端、雷達(dá)終端各設(shè)置一臺(tái)，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，雷達(dá)前端和雷達(dá)終端的數(shù)量 是可以任意配置的。只要合理安排多臺(tái)雷達(dá)前端的位置分布，即可保證每臺(tái)雷達(dá)前端的盲 區(qū)都處在其他一臺(tái)或多臺(tái)雷達(dá)前端的有效探測(cè)區(qū)內(nèi)，從而在整個(gè)組網(wǎng)系統(tǒng)中消除盲區(qū)。多 臺(tái)雷達(dá)前端的有效探測(cè)區(qū)存在交疊區(qū)，處在交疊區(qū)內(nèi)的目標(biāo)可被多臺(tái)雷達(dá)前端探測(cè)到，其 點(diǎn)跡數(shù)據(jù)率會(huì)明顯加大，可減小航跡起始時(shí)間，提高航跡跟蹤精度，尤其是目標(biāo)發(fā)生機(jī)動(dòng)的 情形下。
[0027]如圖3所示，當(dāng)本發(fā)明的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取系統(tǒng)上所有正常 開機(jī)工作的在線雷達(dá)前端信息，包括雷達(dá)前端id號(hào)、位置、時(shí)間等。
[0028]用戶從所有在線雷達(dá)前端中選擇