基于AIS信息的岸基警戒雷達(dá)精度檢測(cè)方法

李士偉 趙永剛

【摘要】本文介紹了AIS的功能組成、信息內(nèi)容，提出了一種利用AIS信息為岸基警戒雷達(dá)進(jìn)行精度檢測(cè)方法，并通過某部岸基警戒雷達(dá)驗(yàn)收試驗(yàn)得以驗(yàn)證，結(jié)果表明滿足岸基警戒雷達(dá)精度要求。

【關(guān)鍵詞】AIS信息；岸基警戒雷達(dá)；精度檢測(cè)；方法

1.引言

岸基對(duì)海警戒雷達(dá)在軍事上主要用于海面警戒，提供目標(biāo)的位置信息，供指揮員指揮決策。通常這種雷達(dá)的距離精度在幾十米到幾百米，一般來說，岸基對(duì)海警戒雷達(dá)的方位角和距離精度試驗(yàn)通常采用跑船試驗(yàn)，并以船上GPS數(shù)據(jù)為真值進(jìn)行精度檢測(cè)。這種雷達(dá)精度檢測(cè)方法無論從人力上還是從物力上，投入都較大。本文提出了一種基于AIS（艦船自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）信息為岸基警戒雷達(dá)精度檢測(cè)方法，利用航行中的小型漁船為雷達(dá)進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)，人力物力投入小，結(jié)果滿足雷達(dá)精度要求，且雷達(dá)精度檢測(cè)不受時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、物資等條件限制，可隨時(shí)進(jìn)行精度檢測(cè)，方法靈活、方便。

2.AIS情況介紹

2.1 AIS概況

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identi-fication System，簡稱AIS）由岸基（基站）設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，艦載設(shè)備包括天線、艦船AIS設(shè)備和數(shù)據(jù)處理顯示設(shè)備，岸基設(shè)備包括天線、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用服務(wù)器和顯示設(shè)備等，如圖1所示，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。

是新一代用于海上識(shí)別、監(jiān)控和通信的技術(shù)手段。由艦船飛機(jī)之?dāng)澄易R(shí)別器發(fā)展而成，配合全球定位系統(tǒng)（GPS）將船位（經(jīng)緯度）、船速、航向等船舶動(dòng)態(tài)信息和船名、大小、呼號(hào)、吃水、類型、目的地等船舶靜態(tài)信息由甚高頻（VHF）頻道向附近水域船舶及岸臺(tái)廣播，使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶之動(dòng)靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，對(duì)船舶安全有很大幫助。

2.2 岸基警戒雷達(dá)配備的AIS設(shè)備

目前使用的AIS設(shè)備包括VHF天線、AIS接收機(jī)和數(shù)據(jù)終端，如圖2所示。AIS接收設(shè)備通過天線接收艦船的AIS信息，數(shù)據(jù)終端選擇處理AIS信息，并將艦船位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對(duì)雷達(dá)站的方位、距離數(shù)據(jù)。將接收到海上船舶在海圖上顯示，并以微表形式顯示船舶信息。數(shù)據(jù)終端同時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)接口向雷達(dá)終端計(jì)算機(jī)發(fā)送AIS信息，以便于雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。目前使用的AIS定位精度小于10米。

3.雷達(dá)精度檢測(cè)

3.1 雷達(dá)動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)方法

3.1.1 解算目標(biāo)真值

3.1.2 獲取雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)

雷達(dá)采用半自動(dòng)掃描方法，先鎖定標(biāo)校目標(biāo)，再自動(dòng)錄取目標(biāo)觀測(cè)值（R，，tr），并將觀測(cè)數(shù)據(jù)用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即對(duì)雷達(dá)目標(biāo)航跡進(jìn)行Kalman平滑濾波，消除測(cè)量過程中的部分噪聲。

3.1.3 時(shí)間對(duì)準(zhǔn)

比較雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)和真值數(shù)據(jù)的時(shí)間tr和tg關(guān)系，利用內(nèi)插和外推的方法進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，將二者統(tǒng)一到同一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)t下。

3.1.4 求解目標(biāo)距離、方位誤差

把雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)（R，，tr）和真值數(shù)據(jù)（D，，t）進(jìn)行配準(zhǔn)，得出雷達(dá)誤差統(tǒng)計(jì)平均值（，）和統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（，）。

3.2 雷達(dá)動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)步驟

首先在AIS數(shù)據(jù)終端上找到相對(duì)較孤立的尺寸較小的運(yùn)動(dòng)船舶B，在雷達(dá)自動(dòng)錄取器上找到船舶B，并穩(wěn)定跟蹤，分別保存記錄船舶B的雷達(dá)數(shù)據(jù)和AIS數(shù)據(jù)。記錄數(shù)據(jù)時(shí)間一般為3-4小時(shí)，以便獲得足夠多的數(shù)據(jù)量。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以10秒鐘為間隔，篩選出船舶B的雷達(dá)數(shù)據(jù)和AIS數(shù)據(jù)（將野點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除），計(jì)算出方位和距離的均方根誤差。

重復(fù)以上步驟完成4-5艘運(yùn)動(dòng)船舶方位和距離精度檢測(cè)。

4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)

距離測(cè)量精度和方位測(cè)量精度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以AIS設(shè)備數(shù)據(jù)作為真值，進(jìn)行一次差處理，計(jì)算總誤差，野點(diǎn)判別準(zhǔn)則為≥3σ。數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表1所示。

5.結(jié)論

隨著靶場(chǎng)的不斷發(fā)展，岸基警戒雷達(dá)的數(shù)量越來越多，而且機(jī)動(dòng)雷達(dá)轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁，每次展開后都需要進(jìn)行標(biāo)校。利用AIS信息為雷達(dá)標(biāo)校和精度檢測(cè)方便靈活，不受傳統(tǒng)方法的人力物力限制，成為岸基警戒雷達(dá)標(biāo)校和精度檢測(cè)的最佳方法。

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作者簡介：李士偉（1969—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)測(cè)量。