雷达对海探测试验与目标特性数据获取

关键; 刘宁波; 王国庆; 丁昊; 董云龙; 黄勇; 田凯祥; 张梦雨

doi:10.12000/JR23029

雷达对海探测试验与目标特性数据获取——海上目标双极化多海况散射特性数据集

DOI: 10.12000/JR23029

关键¹,
刘宁波^1, ,,
王国庆^1, ,,
丁昊¹,
董云龙¹,
黄勇¹,
田凯祥²,
张梦雨²

1.
海军航空大学烟台 264001
2.
烟台大学烟台 264005

基金项目: 国家自然科学基金(62101583, 61871392)，泰山学者工程(tsqn202211246)

详细信息

作者简介:
关　键，教授，博士生导师，主要研究方向为雷达目标检测跟踪与识别、海上目标信息感知与融合

刘宁波，副教授，硕士生导师，主要研究方向为海上目标探测、雷达目标特征检测

王国庆，博士，副教授，主要研究方向为海上目标探测技术、雷达信号采集与处理

丁　昊，副教授，硕士生导师，主要研究方向为海杂波特性认知与抑制、海杂波中目标检测

董云龙，教授，博士生导师，主要研究方向为多传感器信息融合

黄　勇，副教授，硕士生导师，主要研究方向为雷达目标检测、MIMO雷达信号处理

通讯作者:
刘宁波 lnb198300@163.com

王国庆 gqwang80@163.com

责任主编：许述文 Corresponding Editor: XU Shuwen
中图分类号: TN959
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-06
- 修回日期: 2023-04-19
- 网络出版日期: 2023-04-24
- 刊出日期: 2023-04-28

Sea-detecting Radar Experiment and Target Feature Data Acquisition for Dual Polarization Multistate Scattering Dataset of Marine Targets

1.
Naval Aviation University, Yantai 264001, China
2.
Yantai University, Yantai 264005, China

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62101583, 61871392), The Taishan Scholars Program (tsqn202211246)

More Information

Corresponding author: LIU Ningbo, lnb198300@163.com; WANG Guoqing, gqwang80@163.com

摘要

摘要: 海上目标检测识别受制于海上目标及海杂波环境特性，基于实测数据认知海上目标的本质特征有利于推进目标检测识别技术进步。针对海上目标散射特性数据不足的问题，升级“雷达对海探测数据共享计划(SDRDSP)”，扩展雷达目标观测的物理维度、提升雷达及辅助数据采集能力，获取不同极化、海况下的海上目标及环境数据，构建海上目标双极化多海况散射特性数据集，并分析其统计分布特性、时间与空间相关性和多普勒谱特性，为数据使用提供支持。后续将推进海上目标类型与数量的持续积累，为海上目标检测识别性能提升和智能化发展提供数据支持。
- 雷达试验 /
- 海上目标特性 /
- 海杂波 /
- 目标检测识别
Abstract: Marine target detection and recognition depend on the characteristics of marine targets and sea clutter. Therefore, understanding the essential features of marine targets based on the measured data is crucial for advancing target detection and recognition technology. To address the issue of insufficient data on the scattering characteristics of marine targets, the Sea-Detecting Radar Data-Sharing Program (SDRDSP) was upgraded to obtain data on marine targets and their environment under different polarizations and sea states. This upgrade expanded the physical dimension of radar target observation and improved radar and auxiliary data acquisition capabilities. Furthermore, a dual-polarized multistate scattering characteristic dataset of marine targets was constructed, and the statistical distribution characteristics, time and space correlation, and Doppler spectrum were analyzed, supporting the data usage. In the future, the types and quantities of maritime targets will continue to accumulate, providing data support for improving marine target detection and recognition performance and intelligence.
- Radar experiment /
- Sea target detection /
- Sea clutter /
- Target detection and recognition

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图 1 两部X波段固态全相参雷达

Figure 1. Two X-band solid-state fully coherent radars

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图 2 组合脉冲发射的3种模式

Figure 2. Three modes of combined pulse emission

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图 3 HD-LD-CJ-22型雷达数据采集设备与显控软件

Figure 3. HD-LD-CJ-22 radar data acquisition and control software

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图 4 环芝罘岛试验场俯瞰图

Figure 4. Overview of the Zhifu island test site

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图 5 航道浮标

Figure 5. Channel buoy

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图 6 试验海域气象水文数据(NC数据)

Figure 6. Meteorological and hydrological data of the test sea area (NC data)

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图 7 HH极化雷达示例数据

Figure 7. Typical data of HH polarized radar

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图 8 VV极化雷达示例数据

Figure 8. Typical data of VV polarized radar

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图 9 海杂波单元幅度分布拟合结果

Figure 9. Amplitude distribution fitting results of sea clutter bins

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图 10 海杂波与目标单元时间相关性

Figure 10. Time correlation of sea clutter and target bin

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图 11 距离维空间相关性

Figure 11. Spatial correlation of distance dimension

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图 12 目标单元(浮标1)时频谱

Figure 12. Time spectrum of target bins (buoy 1)

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S1 雷达对海探测数据2022年第1期——海上目标散射特性数据集

S1. Sea-detecting radar data 2022 phase 1－－Sea target scattering feature dataset

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表 1 已共享的雷达对海探测数据

Table 1. Shared sea-detecting radar data

年期	雷达波段	极化方式	数据简介
2019年第1期	X	HH	3组数据，主要为扫描和凝视观测模式下的海杂波数据，目标为海面非合作目标。
2020年第1期	X	HH	2组数据，主要为凝视观测模式下的海杂波数据、海杂波+目标数据，目标为锚泊船只和航道浮标。
2020年第2期	X	HH	2组数据，为海面机动目标跟踪试验数据，目标为海面合作目标(小型快艇)。
2020年第3期	X	HH	1组数据，为雷达目标RCS定标试验数据，目标为RCS为0.25 m²不锈钢球，由渔船拖动或漂浮。
2021年第1期	X	HH	5组数据，为云雨气象条件下的雷达不同转速扫描试验数据，海面无合作目标。

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表 2 X波段试验雷达参数

Table 2. Parameters of X-band experimental radars

雷达技术指标	HH极化	VV极化
工作频段	X	X
工作频率范围	9.3～9.5 GHz	9.3～9.5 GHz
量程	1/16～96 n mile	1/16～96 n mile
扫描带宽	25 MHz (T2, T3)	25 MHz (T2, T3)
距离分辨率	6 m	6 m
脉冲重复频率(kHz)	1.6, 2.0, 3.0, 5.0, 10.0	1.6, 2.0, 3.0, 5.0, 10.0
发射波形	T1：单频T2：LFMT3：LFM	T1：单频T2：LFMT3：LFM
脉冲宽度	T1：0.15 μsT2：8 μsT3：25 μs	T1：0.15 μsT2：8 μsT3：25 μs
发射峰值功率	100 W	100 W
天线转速(r/min)	2, 6, 12, 24, 48	2, 6, 12, 24, 48
天线长度	2.0 m	2.5 m
天线工作模式	圆扫、扇扫、固定指向	圆扫、扇扫、固定指向
天线极化方式	HH	VV
天线水平波束宽度	1.2°	1.1°
天线垂直波束宽度	22°	23°

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表 3 海上目标散射特性数据集概况表

Table 3. Summary table of sea target scattering characteristics dataset

序号	海况等级	数据组数	雷达天线工作模式	工作量程	发射脉冲模式	目标种类	气象水文数据	擦地角(°)
1	2级	10组	凝视	6 n mile	T1+T2	航道浮标	有	0.68～1.09
2	3级	54组	凝视	6 n mile	T1+T2	航道浮标	有	0.68～1.09
3	4级	48组	凝视	6 n mile	T1+T2	航道浮标	有	0.68～1.09
4	5级	30组	凝视	6 n mile	T1+T2	航道浮标	有	0.68～1.09
注：① 每天气象水文数据形成一个nc格式文件，提供风速/风向/浪高/浪向/浪周期信息；　　② 凝视模式下每组数据包含的脉冲数均为2¹⁷个；　　③ 发射脉冲模式T1+T2，对应图2中的模式2；　　④ 雷达垂直波束保持不变，擦地角范围是通过雷达架高和数据对应的径向距离范围折算得到的。

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表 4 2－5级海况HH与VV极化雷达示例数据

Table 4. Sample data of HH and VV polarized radars in level 2－5 sea states

数据名	包含脉冲数	PRF(kHz)	T1采样点数	T2采样点数	T1, T2采样起始距离(km)	采样间隔(m)	目标	浪高(m)	浪向	海况等级
20221115050027_stare_HH	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	0.4	西	2级
20221115050036_stare_VV	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	0.4	西	2级
20221114190046_stare_HH	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	0.7	西西北	3级
20221114190055_stare_VV	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	0.7	西西北	3级
20221113210051_stare_HH	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	1.3	北东北	4级
20221113210023_stare_VV	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标2	1.3	北东北	4级
20221113040027_stare_HH	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	2.6	北	5级
20221113040009_stare_VV	2¹⁷	2	950	1000	4.2525	2.5	浮标1, 2	2.6	北	5级

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参考文献(9)

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