全息凝视雷达海上低可观测目标探测试验与数据获取

苏琪 刘本源 陈小天 智广信 叶凌云

苏琪, 刘本源, 陈小天, 等. 全息凝视雷达海上低可观测目标探测试验与数据获取[J]. 雷达学报(中英文), 待出版. doi: 10.12000/JR25055
引用本文: 苏琪, 刘本源, 陈小天, 等. 全息凝视雷达海上低可观测目标探测试验与数据获取[J]. 雷达学报(中英文), 待出版. doi: 10.12000/JR25055
SU Qi, LIU Benyuan, CHEN Xiaotian, et al. Data acquisition for detecting low-observable targets at sea by using the holographic staring radar[J]. Journal of Radars, in press. doi: 10.12000/JR25055
Citation: SU Qi, LIU Benyuan, CHEN Xiaotian, et al. Data acquisition for detecting low-observable targets at sea by using the holographic staring radar[J]. Journal of Radars, in press. doi: 10.12000/JR25055

全息凝视雷达海上低可观测目标探测试验与数据获取

DOI: 10.12000/JR25055 CSTR: 32380.14.JR25055
详细信息
    作者简介:

    苏 琪,硕士生,主要研究方向为雷达信号处理、海上目标探测与识别等

    刘本源,博士,讲师,主要研究方向为全息凝视雷达及低成本相控阵雷达系统、电磁逆问题等

    陈小天,博士,高级工程师,主要研究方向为雷达信号处理、海上目标探测与识别等

    智广信,博士生,高级工程师,主要研究方向为海上结构物水动力、电力在线监测与智能识别、新能源智能运维与微电网控制等

    叶凌云,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为高速信号处理及仪器、自主导航与定位及精密传感器设计等

    通讯作者:

    陈小天 48333390@qq.com

    智广信 1019739286@qq.com

  • 责任主编:刘宁波 Corresponding Editor: LIU Ningbo
  • 中图分类号: TN959

Data Acquisition for Detecting Low-observable Targets at Sea by Using the Holographic Staring Radar

More Information
  • 摘要: 海杂波背景下目标检测在很多方面均发挥着至关重要的作用,但复杂海洋环境中海杂波存在类目标尖峰与宽谱特性,导致海用雷达面临检测低慢小目标虚警率增高的严峻挑战。该文利用S波段高多普勒和高距离分辨体制(“双高”体制)全息凝视雷达开展对海探测试验,获取海面、海空低慢小目标与海杂波数据,并附有目标位置与轨迹真值以及风、浪相关数据,构建S波段全息凝视雷达海上低可观测目标数据集,并分析其时域特性、频域特性与时间-多普勒特性,分析结果为数据使用提供参考。后续将持续开展试验,拓展海洋试验环境(如海况、区域)及目标类型,以提升数据的多样性,为支撑海上低可观测目标新体制雷达系统能力提升与海上目标检测识别性能提升提供开放数据集。

     

  • 图  1  S波段全息凝视雷达

    Figure  1.  S-band holographic staring radar

    图  2  雷达系统结构框图

    Figure  2.  Radar system architecture block diagram

    图  3  全息凝视雷达布设场景

    Figure  3.  Holographic staring radars deployment scenario

    图  4  试验低可观测目标示例

    Figure  4.  Examples of low-observable targets in the experiment

    图  5  数据回放软件界面

    Figure  5.  Data playback software interface

    图  6  雷达采集数据格式

    Figure  6.  Radar data acquisition format

    图  7  APP实时监测界面

    Figure  7.  APP real-time monitoring interface

    图  8  光电跟踪器记录无人机试验

    Figure  8.  Electro-optical tracker recording of the UAV experiments

    图  9  光电跟踪器记录摩托艇试验

    Figure  9.  Electro-optical tracker recording of the motorboat experiments

    图  10  数据集内容框架

    Figure  10.  Framework of the dataset content

    图  11  帧数据处理程序流程图

    Figure  11.  Flowchart of the frame data processing program

    图  12  每帧数据结构示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of the data structure per frame

    图  13  试验海域气象水文数据(NC数据)

    Figure  13.  Meteorological and hydrographic data of the experimental sea area (NC data)

    图  14  不同目标时域回波数据示例

    Figure  14.  Examples of time-domain echo data for different targets

    图  15  不同速度跨距离单元对比

    Figure  15.  Cross-range cell comparison at different velocities

    图  16  时域RAA数据分析

    Figure  16.  Time-domain RAA data analysis

    图  17  无人机分析

    Figure  17.  UAV analysis

    图  18  摩托艇分析

    Figure  18.  Motorboat analysis

    图  19  海杂波分析

    Figure  19.  Sea clutter analysis

    图  20  目标运动时间-多普勒特征图

    Figure  20.  Target motion time-Doppler characteristics

    表  1  S波段全息凝视雷达参数

    Table  1.   Parameters of S-band holographic staring radar

    参数 参数指标
    体制 脉冲多普勒全数字全相参凝视雷达
    波束扫描方式 方位俯仰全数字
    工作频段 S
    工作频率 2.8~3.2 GHz
    典型波形 LFM, 0.25~8.00 μs
    带宽 100 MHz
    探测距离 ≥3 km
    覆盖范围 60°×15° (方位角×俯仰角)
    距离分辨率 1.5 m
    多普勒分辨率 最小可达0.044 m/s
    测速范围 0.5~60.0 m/s
    测量精度
    SNR≥20 dB
    测距≤1.5 m (R.M.S)
    速度误差≤1.5 m/s (R.M.S)
    方位≤2° (R.M.S)
    俯仰≤1.5° (R.M.S)
    同时探测的目标数量 ≥200 批
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    表  2  试验站点详细信息

    Table  2.   Pilot site details

    平台信息 详细内容
    几何信息 试验场地距离海边直线距离约800 m;
    海拔范围为30 m;
    雷达对外海视野范围约150°;
    明显地海杂波数据的擦地角范围为0.6°~2.1°。
    典型目标支撑 中大型商船;
    大量木制小型渔船和金属蒙皮中大型渔船;
    小型游艇、摩托艇、小型帆船;
    可下水小型无人船;
    浮标;
    可放飞多型固定翼与旋翼无人机。
    应用场景支撑 面向海杂波特性研究场景;
    面向海陆复合杂波特性研究场景;
    舰载雷达防空预警场景;
    海面和航道监视场景;
    岛屿岛礁防护场景;
    海面搜救场景。
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    表  3  雷达回波数据列表

    Table  3.   Radar echo data list

    目标类型 运动速度 数据组数 序号 采集时间 目标真值 海况等级
    海空低可观测目标 3 m/s 1 01 2024-09-14-17-34-22-553(往)
    2024-09-14-17-36-42-918(返)
    2级
    6 m/s 1 02 2024-09-14-17-39-08-101 2级
    9 m/s 1 03 2024-09-14-17-41-33-637 2级
    12 m/s 1 04 2024-09-14-17-51-25-745 2级
    15 m/s 3 05 2024-09-14-17-53-56-224 3级
    06 2024-08-08-17-32-03-396 3级
    07 2024-08-09-14-58-50-445 2级
    海面低可观测目标 / 2 01 2024-09-12-16-38-46-177 3级
    02 2024-09-13-15-45-10-070 3级
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    表  4  不同目标示例数据

    Table  4.   Sample data for multiple targets

    名称 数据 脉冲积累 浪高(m) 浪向(°) 风速(m/s) 海况 真值
    无人机 2024-09-14-17-34-22(往)
    2024-09-14-17-53
    4096 0.33 156.02 1.12 二级
    摩托艇 2024-09-12-16-38 4096 0.27 157.93 0.99 二级
    海杂波 2024-09-12-16-38 4096 0.27 157.93 0.99 二级
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-24
  • 修回日期:  2025-06-29
  • 网络出版日期:  2025-08-18

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