题目：机场雷达探鸟系统研究

鸟击是危害飞行安全的重要因素，雷达探鸟系统作为鸟击防范的有效技术手段，已发展成为跨学科的具有重大应用价值的科研课题。 介绍了国外成熟雷达探鸟系统的研究现状，包括跨地域联网雷达探鸟系统和机场雷达探鸟系统，前者以美国的鸟击危害咨询系统（AHAS）为代表，后者以美国的Merlin系统和加拿大的Accipiter系统为典型代表。本文就机场雷达探鸟系统中的若干关键技术作了深入研究。 鸟类目标散射特性分析是雷达系统探测性能分析的理论基础。在总结前人的研究成果之后，通过实验测量与理论建模的方法对不同大小的单只鸟和鸟群的雷达散射截面（RCS）进行了量级估计。 基于自行搭建的机场雷达探鸟实验系统，分别验证了水平和垂直两种扫描方式下雷达探鸟的可行性，并分析了系统的探测性能。详细介绍了野鸭湖、沙河水库和南阳机场的几次外场实验情况，并建立了典型的探鸟雷达图像库，为飞鸟目标检测与跟踪算法的研究奠定了数据基础。 飞鸟目标检测与跟踪算法作为系统核心，是国外同类系统的保密内容，也是本文研究的重点。该算法通过背景差分、杂波抑制、目标信息提取、多目标跟踪和数据融合处理，将飞鸟目标运动的平滑轨迹从复杂的雷达图像中分离出来，并将其与卫星地图或坐标系相融合。其中，杂波抑制方法包括中值滤波、恒虚警（CFAR）阈值分割和形态学处理。恒虚警阈值分割选用均值类恒虚警检测方法以提高算法的效率。 多目标跟踪讨论了杂波环境中的雷达多目标跟踪问题，是飞鸟目标检测与跟踪的难点。采用数据关联和目标状态估计的方法，实现了基于雷达图像的飞鸟目标跟踪。对于单目标跟踪问题，讨论了基于线性模型的卡尔曼滤波器、基于非线性模型的扩展卡尔曼滤波器，同时，介绍了针对机动目标的交互式多模型（IMM）滤波器，以及对应每种滤波器的平滑器，其在获得新的测量值之后，可以用于平滑先前的状态估计。对于数据关联问题，基于粒子滤波的方法，讨论了杂波环境中多目标的跟踪起始、维持和终结，建立了新生与消亡模型。仿真运动模型与飞鸟目标实测数据验证了跟踪算法的有效性。 讨论了一种基于综合评价法的鸟击风险评估模型，并基于南阳机场实测数据提取的飞鸟目标信息，给出了一个实例。分别提出了单跑道和多跑道机场雷达探鸟系统应用方案，并设想了未来一种理想的机场雷达探鸟系统设计方案。 最后，总结了机场雷达探鸟系统涉及的三项关键技术，目标三维信息获取、飞鸟目标检测与跟踪算法、鸟击风险评估模型，分析了本系统当前存在的问题，并展望了相关领域的发展趋势。