高頻地波雷達干擾與海雜波信號處理研究.pdf

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

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

3、分布特征進行抑制，可以從快時域出發(fā)直接進行剔除，剔除過程將減小目標的能量積累，并對海雜波產(chǎn)生時域加窗效應(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，可以考慮從時域出發(fā)利用干擾與目標雜波信號的差異進行檢測與剔除。
　　 2.從單路接收信號出發(fā)，對已有射頻干擾抑制方法進行了分析與改進：針對剔除法，借鑒線性調(diào)頻體制中的時域剔除思想，

4、提出了適合于脈沖編碼體制的頻域剔除法；針對特征子空間法，引入負距離單元訓(xùn)練樣本，提出了通過相關(guān)性大小進行距離加權(quán)來估計相關(guān)矩陣的加權(quán)子空間法；針對相消法，根據(jù)射頻干擾能量分布和信號本身參數(shù)之間的關(guān)系，給出了單頻干擾特征頻率的估計方法，然后從時域上反演構(gòu)造出與原始干擾回波完全相干的參考信號，以此為基礎(chǔ)提出了反演相消法。最后，針對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，具有較高的目標增益。本章方法和結(jié)論即適合于常規(guī)地波雷達，也適合于綜合脈沖孔徑雷達。
　　 3.基于雷電和流星余跡干擾信號的差異，改進了瞬態(tài)干擾抑制方法。對于雷電，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)造采樣矩陣并進行奇異值分解，最終實現(xiàn)干擾的剔除和目標分量的有效積累。方法可以減小直接對原始序列等分處理講行矩陣構(gòu)造與分解的計算量，提高置零區(qū)間回波的恢復(fù)精度

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

7、主成分隨機約束的空時二維自適應(yīng)濾波抑制法。其中，針對回波中的海雜波主成分，通過構(gòu)造Hankel矩陣與SVD分解方法實現(xiàn)其瞬時頻率的估計與預(yù)處理。仿真與實測數(shù)據(jù)結(jié)果驗證了電離層干擾抑制方法的有效性。
　　 5.對綜合脈沖孔徑雷達接收平臺運動情況下一階海雜波頻譜特征進行分析后，結(jié)合海雜波譜空時分布隨距離變化和系統(tǒng)參數(shù)的先驗信息，提出了直接數(shù)據(jù)域和時空插值聯(lián)合的海雜波空時二維自適應(yīng)處理抑制方法。方法首先對訓(xùn)練單元上的非均勻雜波樣本進行

8、空時二維插值，然后使用直接數(shù)據(jù)域法對得到的獨立同分布訓(xùn)練樣本矩陣進行目標相消與滑窗處理，以擴大空時二維快拍訓(xùn)練樣本個數(shù)。通過這些訓(xùn)練樣本對檢測單元雜波相關(guān)矩陣進行估計后，構(gòu)造空時二維濾波器實現(xiàn)了運動平臺下的海雜波自適應(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方法基礎(chǔ)上，提出了基于AR過程的非平穩(wěn)海雜波時域參數(shù)聯(lián)合估計方法，對非平穩(wěn)序列包含的多個AR過程出現(xiàn)區(qū)間和對應(yīng)濾波系數(shù)進行最優(yōu)估計，目的是從時域出發(fā)對非平穩(wěn)