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大风浪海况下船舶导航雷达目标探测精度优化
海军军士学院 徐佳乐
文章字数:1468
  导航雷达是船舶海上航行不可或缺的核心感知设备,船员开展海面目标观测、态势判断和避碰操作都高度依赖雷达的探测效果,其探测精准度直接关系到船舶航行的整体安全与平稳性。船舶在近海航行时,时常遭遇大风、强涌浪等恶劣海况,此时海面波浪剧烈翻滚,产生大量碎浪和白色泡沫,会形成大范围海杂波。与此同时,风浪会带动船体产生摇晃、颠簸、垂荡等运动,在双重干扰的叠加作用下,雷达接收到的回波信号会出现严重失真,目标特征也会被海浪杂波完全掩盖。基于此,本文结合实际航行中大风浪的干扰特点,针对大风浪海况下船舶导航雷达的目标探测精度优化展开研究,希望能为恶劣海况下的船舶安全航行提供切实可行的技术参考。
  一、大风浪海况下雷达探测精度衰减核心机理
  (一)海杂波的强干扰作用遮蔽目标回波。大风天气催生的巨浪会持续破碎,海面布满泡沫和乱浪,形成高强度、无规律的动态海杂波。和静水海面的均匀微弱杂波不同,大风浪杂波波动幅度大、分布随机、频谱范围更广,其回波强度和海面小型船只、航标、浮标等弱小目标的回波十分接近。这就导致雷达接收的信号中,海浪杂波占据了绝大部分有效带宽,真实目标的回波信号被严重掩盖。
  (二)船舶姿态扰动引发探测偏差。大风浪航行过程中,船体会持续产生横摇、纵摇和垂直升降等不规则运动,直接带动雷达天线的照射角度实时偏移,使得雷达测距、测角的基准参数不断波动。同时,船体频繁颠簸会造成雷达回波信号相位抖动,破坏信号的完整性与稳定性,进一步降低目标定位的精准度。除此之外,天线波束的海面扫描轨迹会随船体摇晃发生畸变,直接导致目标距离与角度的测量误差持续增大。
  (三)多径散射加剧信号失真。大风浪海面凹凸不平、形态杂乱,雷达发射的电磁波不会沿单一路径传播,会在海面与目标物体之间发生多次反射、散射和折射,形成多径传播效应。经多重反射的回波信号会与原始目标回波、海浪杂波相互叠加,导致雷达最终接收的合成信号出现波形畸变、能量衰减、时间延迟等问题。
   二、大风浪海况下雷达探测精度优化技术方案
  (一)自适应动态海杂波抑制优化。大风浪海域的海杂波变化快、随机性极强,传统雷达采用的固定参数滤波方式,很难适配复杂多变的海面环境。为此,需要放弃单一固定滤波模式,设计可适配不同海况的动态杂波抑制方法。系统结合雷达回波频谱、现场风速浪高及船体姿态等实测数据,实时研判海杂波的强弱与分布特征,动态调整滤波阈值和带宽,适配性更优。
  (二)船体姿态实时补偿修正。在大风浪海况下,船体不受控地持续摇晃、颠簸,都会影响船上导航雷达的工作状态,导致其波束发生偏移,进而降低测距、测角的准确性。针对该问题,可通过搭载船体姿态动态补偿模型的船舶惯性测量装置,对船体各类摇晃运动进行实时监测,从而获取准确的姿态数据。
  (三)多特征融合目标检测算法优化。受到海上大风浪的影响,船体导航雷达目标回波会遭遇阻碍,从而出现回波模糊、特征不完整的问题,而基于传统阈值检测方式的不足,难以根据这样的回波准确从中寻找真实目标。对此,需要在多特征融合目标检测理念的指导下优化传统检测逻辑:深入挖掘雷达回波中的相位、持续时长等重要信息,再结合海上目标的固有特点建立多维目标识别模型,以此排除杂波干扰,更快速、准确地识别出真实目标。
  总体而言,高强度海杂波干扰、船体动态姿态扰动、电磁波多径散射,是大风浪环境下雷达探测精度变差的三大核心原因。本文结合船舶实际航行工况与雷达工作机理,整合自适应杂波抑制、姿态实时补偿、多特征目标检测技术形成一体化优化方案,全方位改善了复杂海况下雷达的探测性能,有效提升了目标探测的稳定性与准确度。

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