认知雷达的突出特点是不仅对工作环境具有感知能力,而且具有工作特性与环境的匹配能力,从而达到高效、节能、低污染、高性能的工作效果。然而,现行航海雷达的工作特性与雷达工作环境不能匹配,从而导致航海雷达的工作效率低、功耗大、对电磁环境的污染大、工作效果不理想。针对现有航海雷达存在的问题,本文将认知雷达的理念应用于航海雷达,根据航海雷达的应用要求和市场竞争特点,对航海雷达认知功能的核心技术进行了深入研究,提出了认知航海雷达的结构模型、信号模型和认知控制方式,并保留了传统航海雷达的边扫描边跟踪的工作模式和结构简单便于工程实现的高性价比等特点。(1)将航海雷达的收发机的收发控制与雷达的显示控制完全分离,形成两个独立部分的总体设计思想,构建了认知航海雷达的结构模型。该模型在保留了常规航海雷达边扫描边跟踪的工作模式和天线、收发机基本结构关系的同时,增加了实现感知-行动循环和记忆功能的雷达环境感知器、感知存储器、雷达环境认知器、工作存储器和控制执行器等,建立了雷达发射信号产生、接收与目标检测等环节间的信息反馈链路。在此基础上提出了一种发射信号模型和信号产生方法。该方法便于实现根据目标的空间分布和水域地理环境的感知信息,自适应控制发射信号的波形参数,匹配雷达的工作环境。该方法可用算法实现数十种甚至上千种不同参数的发射信号波形。(2)研究了基于目标空间分布的波形控制方法和基于目标检测性能的波形控制方法;推导出了满足检测性能要求(一定虚警概率下的发现概率)的目标最小可检测信杂比的计算公式;提出了一种信杂比的感知估计算法和基于信杂比的波形认知控制算法,并设计了感知信息的表示记忆(记录)方法。根据认知航海雷达的感知-控制循环的基本工作特征和航海雷达的工作环境随时间变化较大的特点,提出了认知雷达的工作环境感知和工作性能认知控制的两个工作阶段,并设计了这两个阶段的工作流程。在此基础上,设计构建了实验平台。实验表明,基于该结构模型、信号模型和控制流程,在该实验环境条件下,雷达发射能量可降低15.9dB,仅为正常情况下总能量的2.57%,实现了雷达与工作环境的匹配。该方法便于实现信息的高效感知和波形控制策略。(3)提出了一种简单快速的岸线提取算法和一种改进的不依赖于新生目标强度的分段计分航迹管理GM-PHD多目标跟踪算法,以适应高虚警、高密集分布环境下的目标感知要求。在岸线感知方法中,采用了简单迅速的变尺寸模板平滑和Harr子波变换的岸线提取算法。变尺寸平滑模板的窗口尺寸随距离自动调整,以适应雷达的方位分辨能力随距离而改变的关系,尽可能平滑目标和杂波尖峰以去除其影响。对平滑处理后的雷达视频阵列,采用阈值化处理和Harr小波变换,获取雷达图像的岸线。在高虚警、高密集分布环境下目标感知的方法中,利用高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture-Probability Hypothesis Density,GM-PHD)多目标跟踪算法可同时实现目标状态估计和目标数量估计的特点,将GM-PHD多目标跟踪算法用于实现目标的空间分布特性的感知。本文构建的一种不依赖新生目标强度的分段计分航迹管理GM-PHD多目标跟踪算法,改进了已有的GM-PHD多目标跟踪算法,使其能够适应认知航海雷达对目标感知的要求。该算法采用分段航迹管理和改进的修剪合并,以使滤波器能够适应速度较快的多目标场景,更有效地实现新生目标的检测和有效保护新生航迹,增强对高虚警下的虚假航迹的滤除能力。仿真实验表明,在多目标环境下,该算法对于强度未知的高速运动的新生目标,能够实现有效的检测和新生航迹的有效保护,能够实现良好的目标状态估计效果和较高的目标数量估计精度和估计速度,使目标的数量和状态的稳定估计时间缩短到5个数据更新周期,比航迹管理算法缩短了近10到20多个数据更新周期。(4)本文提出了一种基于感知的综合恒虚警(Constant False Alarm Rate,CFAR)目标检测算法。为了有效抑制杂波尖峰干扰对目标检测性能的影响,本文首先定义了能够体现目标回波和杂波尖峰干扰的相关性差异的峰比系数,构建了受峰比系数控制的自适应双参数对数处理器,抑制杂波分布的拖尾效应;随即提出了以雷达信号波形选择控制参数为控制量的雷达合成视频的矩阵组合算法,该算法可同时实现合成视频信号的生成和非相参积累平均处理,实现杂波的正态逼近;然后利用基于杂波均匀性和目标距离扩展感知能力的窗口结构,构建了基于正态杂波特性的自适应双参数CFAR处理器,实现了综合恒虚警检测处理算法。该综合CFAR算法可实现参考窗和保护窗宽度的自适应调整,使雷达检测性能与杂波环境和目标尺寸相匹配,在均匀和非均匀的杂波下均能获得稳健的检测性能。实验结果表明,相比于NCI-CFAR算法,在80%的检测概率下,该检测算法可得到约0.3dB的信杂比改善。