高頻天地波雷達電離層相徑擾動建模及抑制.pdf

1、高頻天地波雷達工作在天波發(fā)射,最后地波接收的方式下，以實現(xiàn)對空間或海面目標的探測。由于天波發(fā)射路徑需要經(jīng)過電離層的反射，而電離層本身具有時變性、非平穩(wěn)性、色散性及有耗性，同時其分層結(jié)構(gòu)也使得在其中傳播的短波信號相位路徑產(chǎn)生線性、非線性變化以及多模多徑效應，進而引起海雜波譜發(fā)生頻移和展寬現(xiàn)象。這種雜波譜的展寬直接導致較慢目標被淹沒，進而影響雷達對此類目標的探測效果。多模多徑效應通?？梢酝ㄟ^頻率選擇來處理，即盡量選擇單一模式工作頻率來處理；

2、但是電離層對信號產(chǎn)生的相位路徑擾動具有時變特性，且目前很難準確預測，由此產(chǎn)生的相位污染也千差萬別。
　　電離層相位污染會引起雜波譜發(fā)生展寬。如果從展寬雜波中可以提取相關(guān)相位污染函數(shù)，便可以構(gòu)造出所需的污染補償函數(shù)。利用獲得補償函數(shù)對雷達回波信號進行補償，可以使回波譜峰銳化，從而到達提高雷達目標探測性能的目的。目前已有很多按照上述思想的方法被提出，其途徑就是從展寬雜波譜中提取電離層相位污染信息，如從合成孔徑雷達中引入用于解決相位污染

3、的相位梯度法(PGA)和最小熵搜索法，以及廣泛應用的最大熵譜估計法、偽維納(PWVD)分布法等。雖然電離層去污染算法層出不窮，但這些算法都是基于一定的假設(shè)條件下（如，大多數(shù)算法都是基于正弦污染模型提出的去污染算法），實際應用時補償效果很難讓人滿意，主要原因是該問題的解決單純從信號處理角度很難突破。電離層相位污染的實質(zhì)是電波傳播過程中，電子濃度的時變特性導致相位路徑產(chǎn)生時變擾動，進而引起雜波譜的展寬。因此，有必要深入研究電離層電波傳播的污

4、染機理，建立電離層時變相徑擾動模型，發(fā)展或提出相應的去污染方法。
　　基于此，本論文從電離層傳播機理角度探索相徑擾動模擬方法以及抑制技術(shù)，旨在從本質(zhì)上較好地對電離層污染進行抑制，適用條件更為寬泛。首先，通過對國際參考電離層模型（IRI-2012）和多準拋物線模型（MQP）進行混合建模得到電離層時變參數(shù)模型。這既解決了MQP模型需要實時獲取參數(shù)不便的問題，同時避免了單純使用IRI模型仿真精度低的問題；然后，以上述的電離層混合模型的電

5、子濃度剖面為基礎(chǔ)，分別推導了不同電離層結(jié)構(gòu)模型下（包括五層MQP、三層MQP以及單層QP）模型下的相位路徑解析計算公式，并利用射線追蹤技術(shù)獲取相干積累時間內(nèi)相位路徑隨時間的變化，從而獲得相徑擾動的變化曲線。以Weierstrass逼近定理為理論基礎(chǔ)，利用最小二乘擬合方法對相徑擾動曲線進行多項式擬合，最后通過仿真實驗驗證了本方法合理性。再結(jié)合三種廣泛應用的去相徑擾動算法：相位梯度法（PGA），時域相關(guān)算法（TCA）和能量加權(quán)相位差分估計算