[发明专利]船载高频地波雷达运动参数辨识与运动补偿方法

权利要求书

1.一种船载高频地波雷达运动参数辨识方法，其特征在于，包括：

S1：在岸基设置射频信号源：在船舶平台上布放地波雷达系统，所述地波雷达系统包括安装在船舷一侧的接收天线阵列，包括多根沿船只中心轴线对称设置的接收天线，第一根接收天线在船艏；

S2：将海平面划分为若干海面块，针对海面块和射频信号的回波模型可表达为：

x(R，n)为接收到的回波信号数据向量；σ(R_r，θ_s，n)为一阶海面块RCS，R_r为海面块距离地波雷达系统的距离，θ_s为船舶中心与海面块中心的连线和接收天线阵列法线方向之间的夹角；n为扫频周期数；r和s都为整数；a(n)和p(θ，n)∈C^M×1分别表示接收天线导向矢量的幅值和相位；e(n)∈C^M×1为背景噪声；g(θ，n)＝g_x(θ，n)g_y(θ，n)为接收天线方向图，θ_i表示信号源与地波雷达系统中心连线和接收天线阵列法线反向延长方向之间夹角；

S21：I(R_i，θ_i，n)是未经运动调制的距离解调后的射频信号，可表示为：

R_i是信号源距平台的距离，a表示参考射频的幅度，I_a为中间量，无实际意义；f为变量，与延时t_d相关，f＝kt_d＝(B_t/T)·(2R_i/c)，B_t表示雷达带宽，T表示扫频周期，k是调频斜率，c为光速；j表示虚数；

f_I0＝f_I-f₀，f_I表示参考射频信号的发射频率，f₀表示雷达本振信号起始频率，f₁₀为中间变量；

表示参考射频的初始相位；

雷达的相干积累时间内，R_i和θ_i数值可近似为常量；

S22：p(θ，n)∈C^M×1为接收天线阵列导向矢量的相位，可表示为：

M为接收天线阵列中天线的数量；d表示接收天线阵元间距，λ表示雷达波长；

S3：计算射频信号源信号调制后的表达式：

S31：第1根接收天线收到的被六自由度调制后的参考射频信号的时域表达式：

a₁表示横荡幅值，a₂表示纵荡幅值，a₃表示艏摇幅值，a₄表示横摇幅值，a₅表示纵摇的幅值；

ω₁表示表示横荡角频率、ω₂表示纵荡角频率、ω₃表示艏摇角频率、ω₄表示横摇角频率，ω₅表示纵摇角频率；

g₀＝(1-cos(k_cl_a))²，a₀(n)＝cos(Δφ)cos(ΔΨ)＝1

x，y，z分别表示船舶横荡、纵荡以及垂荡的位移量变化，ψ、φ和分别表示横摇、纵摇以及艏摇的角度变化量，d为接收天线阵元间距；h为船舶中心至甲板的距离；k_c表示波数，k_c＝2π/λ；λ表示雷达波长；

S32：第1根接收天线收到的被六自由度调制后的参考射频信号的频域表达式；

当m≥1时，贝塞尔函数J_m(a′_i)很小，在进行多项式乘法时，其相关项可以忽略，上式可以简化为：

其中J＝J₀(a′₁)J₀(a′₂)J₀(a′₃)J₀(a′₄)J₀(a′₅)，J₀表示零阶贝塞尔函数；

J_A＝J₀(a′₂)J₀(a′₃)J₀(a′₄)J₀(a′₅)

J_B＝J₀(a′₁)J₀(a′₃)J₀(a′₄)J₀(a′₅)

J_C＝J₀(a′₁)J₀(a′₂)J₀(a′₄)J₀(a′₅)

J_D＝J₀(a′₁)J₀(a′₂)J₀(a′₃)J₀(a′₅)

J_E＝J₀(a′₁)J₀(a′₂)J₀(a′₃)J₀(a′₄)

其中，ω表示多普勒角频率；ω_d表示多普勒谱中参考射频的角频率；g₀＝(1-cos(k_cl_a))²；m表示贝塞尔函数的阶数；

其中，J_A、J_B、J_c、J_D、J_E用于表示贝塞尔函数的乘积，无实际意义；

参考第1根天线的表达式，计算其他天线表达式；

S4：进行参数a_i的辨识；

计算某一自由度运动调制下进入第1根接收天线的参考射频峰的幅值A_i；

在没有运动调制的情况下，进入第1根接收天线的参考射频的频域表达式I_s，1(ω)为：

计算不经运动调制的射频峰的幅值A；

A_i与A存在以下关系：

通过上式可以获取零阶贝塞尔函数值，通过零阶贝塞尔函数的性质反推a′_i；

根据不同自由度下a′_i与a_i的关系，可以得到各自由度运动的幅值a_i；

S5：进行参数ω_i的辨识；

ω_i为某自由度下运动的角频率；

基于步骤S3中获得的表达式：

将ω_i在范围内进行搜索，其中，F_r是频率分辨率；

T表示扫频周期，N表示积累时间内扫频周期数；

采用模式搜索法实现的精确搜索，其中n1为搜索次数；

每次搜索返回在下某一运动调制峰的幅值，记为此时获得唯一最小值此时的记为作为该自由度角频率的高精度辨识结果。