天波超視距雷達(dá)干擾與雜波信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、雷達(dá)在電子戰(zhàn)中扮演了重要的角色，其擔(dān)負(fù)著預(yù)警、探測(cè)、跟蹤、識(shí)別、制導(dǎo)等許多重要的任務(wù)，因此被稱為是戰(zhàn)場(chǎng)中的“千里眼”。隨著科技的發(fā)展和信號(hào)處理手段的提高，現(xiàn)代雷達(dá)朝著多元化和多體制的方向發(fā)展。在不同體制的雷達(dá)中，天波超視距雷達(dá)(Over-the-Horizon Radar, OTHR)以其獨(dú)特的超視距探測(cè)優(yōu)勢(shì)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。作為一種復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng)，天波超視距雷達(dá)工作在高頻段(3~30 MHz)，通過利用電離層對(duì)高頻電磁波的折射實(shí)現(xiàn)

2、對(duì)艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測(cè)，從而用于早期的預(yù)警功能，同時(shí)天波超視距雷達(dá)還具有反隱身、超低空探測(cè)、對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈探測(cè)、綜合情報(bào)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
　　盡管天波超視距雷達(dá)具有上述諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也面臨著很多挑戰(zhàn)。天波超視距雷達(dá)的性能受外界環(huán)境因素影響較大，因此其信號(hào)處理過程也較普通微波雷達(dá)復(fù)雜的多。瞬態(tài)干擾抑制和雜波背景下艦船目標(biāo)檢測(cè)一直是天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，許多學(xué)者運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理方法對(duì)上述問題進(jìn)行研究，并取得

3、了一定的成效。近年來，低秩矩陣恢復(fù)理論得到了廣泛的研究與發(fā)展，并在圖像信號(hào)處理、雷達(dá)信號(hào)處理等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。本文主要將低秩矩陣恢復(fù)理論引入到天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理中，研究和探討了低秩矩陣恢復(fù)理論在瞬態(tài)干擾抑制、雜波抑制、艦船目標(biāo)檢測(cè)等方面的應(yīng)用，文中最后還探討了利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法中的盲信號(hào)處理技術(shù)對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。歸納起來，主要包括以下幾個(gè)部分：
　　第一部分主要是對(duì)低秩矩陣恢復(fù)理論進(jìn)行了分析，低秩矩陣恢復(fù)包括了低秩矩

4、陣填充(Matrix Completion, MC)、低秩矩陣表示(Low-rank Representation, LRR)以及魯棒主成分分析(Robust Principal Component Analysis, RPCA)三個(gè)方面，文中主要圍繞RPCA理論展開討論，并詳細(xì)介紹了幾種典型的RPCA算法。
　　第二部分對(duì)天波超視距雷達(dá)中瞬態(tài)干擾抑制方法進(jìn)行了討論。通過對(duì)瞬態(tài)干擾的類型和特點(diǎn)進(jìn)行分析可知，其在慢時(shí)間域上表現(xiàn)為能量

5、強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間短。將回波信號(hào)某一距離單元的信號(hào)構(gòu)造為Hankel矩陣，在Hankel矩陣中，瞬態(tài)干擾信號(hào)則具有一定的稀疏性；根據(jù)回波信號(hào)模型，目標(biāo)和雜波信號(hào)在 Hankel矩陣中具有低秩性的特點(diǎn)。因此本文提出了將低秩矩陣恢復(fù)模型應(yīng)用到瞬態(tài)干擾抑制問題上，并提出了一種基于復(fù)數(shù)條件下RPCA的瞬態(tài)干擾抑制方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無需對(duì)瞬態(tài)干擾信號(hào)的位置進(jìn)行定位，同時(shí)還可以避免對(duì)缺損信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回波信號(hào)中多個(gè)瞬態(tài)干擾信號(hào)或能量較弱的

6、干擾信號(hào)信號(hào)進(jìn)行抑制；此外算法還提高了回波信號(hào)的信噪比，可以改善OTHR中弱小目標(biāo)的檢測(cè)性能。
　　第三部分主要討論了天波超視距雷達(dá)中短相干積累條件下雜波抑制問題。對(duì)于艦船等慢速目標(biāo)來說，其多普勒頻率往往比較低，而天波超視距雷達(dá)回波信號(hào)中包含了強(qiáng)大的分布于零頻附近雜波信號(hào)，因此目標(biāo)信號(hào)很容易被雜波信號(hào)湮沒，在對(duì)這類目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)通常需要對(duì)強(qiáng)大的雜波進(jìn)行抑制。一種方法是通過增加相干積累時(shí)間提高頻率分辨率的方法實(shí)現(xiàn)雜波和信號(hào)的分離，但

7、提高相干積累時(shí)間會(huì)帶來其他的諸如電離層擾動(dòng)概率增大等問題?？紤]到回波信號(hào)中相鄰距離單元上雜波信號(hào)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性的特點(diǎn)，本文提出了一種基于RPCA的短相干積累條件下雜波抑制方法。利用相鄰距離單元的回波信號(hào)構(gòu)造距離-掃頻信號(hào)矩陣，在該信號(hào)矩陣中，雜波信號(hào)表現(xiàn)出一定的低秩性；目標(biāo)信號(hào)往往存在于一到兩個(gè)距離單元，因此在矩陣中表現(xiàn)出一定的稀疏性；采用低秩分解的方法對(duì)低秩的雜波信號(hào)與稀疏的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波信號(hào)的抑制。
　　

8、第四部分首先對(duì)非連續(xù)采樣導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失的OTHR目標(biāo)檢測(cè)問題進(jìn)行了探討，目前針對(duì)這類問題的研究比較少，本文在前人的研究基礎(chǔ)上，提出了一種基于矩陣填充的目標(biāo)檢測(cè)方法，利用目標(biāo)和雜波信號(hào)在重構(gòu)的Hankel矩陣中具有低秩性的特點(diǎn)，在時(shí)域上對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)回波譜的重構(gòu)并完成目標(biāo)的檢測(cè)，與傳統(tǒng)的基于壓縮感知方法相比具有更好的檢測(cè)效果。接著研究了利用盲信號(hào)處理技術(shù)對(duì)回波信號(hào)中雜波、目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)雜波背景下目標(biāo)的檢測(cè)?？紤]