高頻地波雷達(dá)干擾與海雜波信號(hào)處理研究.pdf

1、近年來(lái)，高頻地波雷達(dá)在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。該體制雷達(dá)能彌補(bǔ)常規(guī)微波雷達(dá)的低空盲區(qū)和天波超視距雷達(dá)的近距盲區(qū)，具有遠(yuǎn)程預(yù)警、反隱身、反超低空突防和反輻射導(dǎo)彈等優(yōu)點(diǎn)。采用綜合脈沖與孔徑體制(SIAR)的岸艦雙/多基高頻地波雷達(dá)，接收平臺(tái)可置于移動(dòng)艦船上，具有良好的機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)能力。影響高頻地波雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的主要因素是干擾和海雜波，前者包括短波通信、廣播電臺(tái)、雷電、流星余跡和電離層干擾等，后者包括接收平臺(tái)運(yùn)動(dòng)或海態(tài)自身變化等因素產(chǎn)生的頻

2、譜展寬海雜波。
　　 本論文針對(duì)高頻地波(綜合脈沖與孔徑)雷達(dá)工作中的各類干擾和展寬海雜波的抑制處理問(wèn)題展開(kāi)研究，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.詳細(xì)分析了射頻干擾的相關(guān)性與能量分布特征，并對(duì)雷電、流星余跡瞬態(tài)干擾和電離層干擾特征進(jìn)行了總結(jié)。分析表明，射頻干擾的相關(guān)和能量分布在時(shí)域和距離域上都存在明顯特征。如果利用干擾相關(guān)特性進(jìn)行抑制，可從距離域出發(fā)只針對(duì)若干感興趣距離單元處理，比時(shí)域直接處理運(yùn)算量小。如果利用干擾能量

3、分布特征進(jìn)行抑制，可以從快時(shí)域出發(fā)直接進(jìn)行剔除，剔除過(guò)程將減小目標(biāo)的能量積累，并對(duì)海雜波產(chǎn)生時(shí)域加窗效應(yīng)而在頻域產(chǎn)生虛假旁瓣。雷電瞬態(tài)干擾在距離單元之間不具有相關(guān)性，低通濾波輸出端上出現(xiàn)區(qū)間隨調(diào)頻周期變化，并會(huì)出現(xiàn)在所有的距離一多普勒分辨單元上，因此，可以考慮從時(shí)域出發(fā)利用干擾與目標(biāo)雜波信號(hào)的差異進(jìn)行檢測(cè)與剔除。
　　 2.從單路接收信號(hào)出發(fā)，對(duì)已有射頻干擾抑制方法進(jìn)行了分析與改進(jìn)：針對(duì)剔除法，借鑒線性調(diào)頻體制中的時(shí)域剔除思想，

4、提出了適合于脈沖編碼體制的頻域剔除法；針對(duì)特征子空間法，引入負(fù)距離單元訓(xùn)練樣本，提出了通過(guò)相關(guān)性大小進(jìn)行距離加權(quán)來(lái)估計(jì)相關(guān)矩陣的加權(quán)子空間法；針對(duì)相消法，根據(jù)射頻干擾能量分布和信號(hào)本身參數(shù)之間的關(guān)系，給出了單頻干擾特征頻率的估計(jì)方法，然后從時(shí)域上反演構(gòu)造出與原始干擾回波完全相干的參考信號(hào)，以此為基礎(chǔ)提出了反演相消法。最后，針對(duì)包含單頻和窄帶成分的混合干擾，結(jié)合反演相消法給出了綜合法的處理流程。仿真結(jié)果表明，與其它方法相比，反演相消綜合法

5、能夠有效抑制射頻干擾，具有較高的目標(biāo)增益。本章方法和結(jié)論即適合于常規(guī)地波雷達(dá)，也適合于綜合脈沖孔徑雷達(dá)。
　　 3.基于雷電和流星余跡干擾信號(hào)的差異，改進(jìn)了瞬態(tài)干擾抑制方法。對(duì)于雷電，提出了小波分析—矩陣分解抑制法：首先應(yīng)用小波分析檢測(cè)確定干擾出現(xiàn)區(qū)間，然后選取干擾鄰近數(shù)據(jù)構(gòu)造采樣矩陣并進(jìn)行奇異值分解，最終實(shí)現(xiàn)干擾的剔除和目標(biāo)分量的有效積累。方法可以減小直接對(duì)原始序列等分處理講行矩陣構(gòu)造與分解的計(jì)算量，提高置零區(qū)間回波的恢復(fù)精度

6、。針對(duì)流星余跡，給出了海雜波約束條件下的空域自適應(yīng)濾波法。方法在次累積時(shí)間內(nèi)構(gòu)造相關(guān)矩陣進(jìn)行自適應(yīng)波束形成抑制干擾時(shí)，考慮了時(shí)間分段處理對(duì)海雜波調(diào)制所產(chǎn)生的頻譜展寬影響，使得回波中一階海雜波時(shí)域相關(guān)特性不會(huì)發(fā)生破壞而在頻域上虛假展寬，有利于后續(xù)頻域處理中對(duì)落入Bragg峰附近的艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。
　　 4.結(jié)合綜合脈沖與孔徑雷達(dá)信號(hào)處理流程，對(duì)電離層的干擾信號(hào)模型進(jìn)行了分析。通過(guò)陣元和快時(shí)域聯(lián)合采樣構(gòu)造空時(shí)快拍，給出了基于海雜波

7、主成分隨機(jī)約束的空時(shí)二維自適應(yīng)濾波抑制法。其中，針對(duì)回波中的海雜波主成分，通過(guò)構(gòu)造Hankel矩陣與SVD分解方法實(shí)現(xiàn)其瞬時(shí)頻率的估計(jì)與預(yù)處理。仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證了電離層干擾抑制方法的有效性。
　　 5.對(duì)綜合脈沖孔徑雷達(dá)接收平臺(tái)運(yùn)動(dòng)情況下一階海雜波頻譜特征進(jìn)行分析后，結(jié)合海雜波譜空時(shí)分布隨距離變化和系統(tǒng)參數(shù)的先驗(yàn)信息，提出了直接數(shù)據(jù)域和時(shí)空插值聯(lián)合的海雜波空時(shí)二維自適應(yīng)處理抑制方法。方法首先對(duì)訓(xùn)練單元上的非均勻雜波樣本進(jìn)行

8、空時(shí)二維插值，然后使用直接數(shù)據(jù)域法對(duì)得到的獨(dú)立同分布訓(xùn)練樣本矩陣進(jìn)行目標(biāo)相消與滑窗處理，以擴(kuò)大空時(shí)二維快拍訓(xùn)練樣本個(gè)數(shù)。通過(guò)這些訓(xùn)練樣本對(duì)檢測(cè)單元雜波相關(guān)矩陣進(jìn)行估計(jì)后，構(gòu)造空時(shí)二維濾波器實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下的海雜波自適應(yīng)抑制。
　　 6.在非平穩(wěn)海雜波頻譜變化特征與高分辨譜估計(jì)方法基礎(chǔ)上，提出了基于AR過(guò)程的非平穩(wěn)海雜波時(shí)域參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法，對(duì)非平穩(wěn)序列包含的多個(gè)AR過(guò)程出現(xiàn)區(qū)間和對(duì)應(yīng)濾波系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，目的是從時(shí)域出發(fā)對(duì)非平穩(wěn)