基于海杂波保持的高频地波雷达干扰抑制方法研究
第20卷 第3
期2005年6月 电 波 科 学 学 报CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE Vol.20,No.3J une ,2005 358
文章编号 100520388(2005)0320358205
基于海杂波保持的高频地波雷达干扰
抑制方法研究
3
李高鹏 李 雷 许荣庆
(哈尔滨工业大学电子工程技术研究所,ligaopeng @https://www.wendangku.net/doc/006533590.html, ,黑龙江哈尔滨150001)
摘 要 为抑制高频地波雷达工作复杂电磁环境中的射频干扰,需要对接收信号进
行波束形成自适应处理。时变的波束形成系数破坏了积累周期中海面动目标和海杂波的相关性,多普勒处理后Bragg 峰扩散引起基底抬高。利用保持相邻处理单元间相同距离门的海杂波响应一致的思想,提出了一种新的干扰抑制方法。仿真和实测数据处理结果表明保持海杂波的RF 干扰抑制方法可较大的改善高频地波雷达抑制射频干扰的性能。关键词 高频雷达,干扰抑制,波束形成,海杂波保持
中图分类号 TN956293 文献标识码
ΑRF interference suppression method based on sea 2
clutter 2w ave maintaining for HF G round 2w ave radar
L I G ao 2peng L I Lei XU R ong 2qing
(Research I nstitute of Elect ronic Engineering ,H arbin I nstitute
of Technology ,li gaopeng @https://www.wendangku.net/doc/006533590.html, ,H arbin Heilong j iang 150001,China )
Abstract In order to reject t he spatial radio f requency interference (RFI )in t he
complex elect romagnetism circumstance of high f requency (HF )radar ,t he time 2va 2rying adaptive beamforming is needed.Due to t he time 2varying beamforming coeffi 2cient breaks t he correlation of target and sea 2clutter in t he whole coherent process interval (CPI ),t he Bragg peaks will sp read after t he Doppler processing.To main 2tain t he sea 2clutter respo nse between t he contiguity sub 2CPI ′s consistent range bins ,a new interference supp ression met hod was p roposed in t his paper.Simula 2tion and experimental data processing result s show t hat t he new met hod may great 2ly imp rove t he performance of RFI supp ression in H F radar.
K ey w ords H F radar ,interference supp ression ,beam form ,sea 2clutter 2wave maintain
1 引 言
数字波束形成(DBF )技术主要利用数字技术形
成天线阵列权向量,控制天线方向图的主瓣指向、波
束宽度、旁瓣电平、零点位置等来满足特定的要求。
由于其极大的灵活性和自适应性,在雷达系统中得到广泛的应用。高频地波雷达工作在拥挤的短波波段内,复杂的电磁环境导致很难找到一个“寂静”的HF
3
收稿日期:2004202219
频段供雷达使用,为了更好的检测目标,通常应用自适应干扰抑制技术来提高信干噪比(S I N R)[1]。
高频雷达工作环境中,远距离电台通常通过电离层反射进入接收机,由于电离层的起伏,使电台干扰表现为空域/时域不平稳的特性,而高频雷达干扰抑制的原理是将较长的积累周期分成若干较小的时间段,在小时间片断内认为干扰相对稳定,从而进行干扰抑制,这样波束形成系数将随干扰的变化而作相应的调整。但由于这种调整只与当前处理单元干扰特性有关,其结果相当于在积累周期内对回波信号产生了一些不可预测的调制,从而减弱海面目标信号和海浪回波信号在积累周期上的相关性,特别是海浪回波较强时(近距离和高海态),海浪回波的杂散使基底明显抬高。因此,有必要对波束的自适应调整加以约束,以减小这些不利的影响。
从1994年起,澳大利亚的CSSIP就致力于解决干扰抑制后海杂波扩散的问题,Abramovich等人提出了Stochastic2Constraint s(SC)方法,并对高频地波超视距雷达作了实验[2],效果良好。2003年Fabrizio提出基于海杂波保持方法的非平稳干扰抑制技术[3],在传统Capo n波束形成的基础上,
保持海杂波的新约束条件,保证相邻处理单元海杂波响应,某种程度上成功地解决了问题。本文从投影子空间的角度建立新的约束条件,保持相邻处理单元间相同距离门的海浪杂波响应一致,建立高频雷达环境中非平稳干扰和海杂波模型,仿真和实测数据处理结果表明相对于传统的波束形成方法,新的方法能够有效的降低基底,提高雷达检测性能。
2 阵列信号模型与波束形成器
假设高频地波雷达接收阵列信号的模型为[3]:
x t(k)=s1(k)+c t(k)+i t(k)+n t(k)(1)这里,x t(k)=[x1t(k),…x M1(k)]T是阵列的t个扫频周期第k个距离门的复采样,s t(k),c t(k),i t(k), n t(k)分别是目标信号,海杂波,干扰和噪声的采样,对于目标信号来说
s(k)=g(k)v(θ)(2) g(k)是目标信号波形,而v(θ)为导向矢量对应于θ方向的空域响应,对于理想的目标来说,假设在一个相参积累周期(CPI)中目标的方向是恒定的。
由于干扰与噪声总是同时存在的,令j t(k)=i t (k)+n t(k),各通道的接收噪声被认为是互相独立的,它的时空相关特性由下式决定
E{n t(r)n H u(s)}=δ(r-s)δ(t-u)σ2n(3)σ2
n为噪声能量。
外部干扰与噪声的协方差矩阵定义为
R t=E{(i t(k)+n t(k))(i t(k)+n t(k))H}
=E{i t(k)i t(k)H}+σ2n I(4)在实际的数据处理过程中,由于采样数目的限制,R 可由采样协方差阵来估计:
^R t=
1
N
∑N
k=1
j t(k)j H t(k)(5)对于高频地波雷达来说,通常把Q个扫频周期合成一个处理单元,同时在时域远距离门估计协方差矩阵,从而保证R中只有干扰和噪声。这样第m 个处理单元的协方差矩阵如下
R m=
1
Q
∑
Qm-1
t=Q(m-1)
^R t(6)窄带信号波束形成由下式给出:
y t(k)=w H x t(k)(7)其中,w=[w1,…,w M]T为波束形成系数,y t(k)为波束形成的输出,传统的最小无畸变波束形成的加权系数由下式决定[4]:
w=[v H(θ)R-1v(θ)]-1R-1v(θ)(8)
在高频雷达工作环境中,由于电离层等因素的影响,干扰的空间特性在很短的时间内[5]会发生很大的变化,因此对干扰抑制提出了能够瞬时变化波束系数的要求,在实际处理的时候,把整个相参积累周期分为多个单元,每个单元得到独立的波束系数进行干扰抑制,但海杂波在空域上是全向的,波束系数的变化导致海杂波在不同的处理单元具有不同的响应,破坏了不同处理单元间海杂波的相关性,经Doppler处理后,海杂波发生扩散,引起基底抬高。极大地降低了高频雷达的检测性能,本文通过改进的干扰抑制方法来解决该问题。
3 海杂波保持的波束形成算法
首先利用投影子空间的方法计算第一个处理单元的波束系数[6],保证目标所在主瓣的增益,设w0是一个预先指定的波束系数,例如切比雪夫加权系数。
根据最优均方逼近原则,有:
min
ω
(w-w0)H(w-w0)
w H D=0
(9) D为N×M维的干扰子空间,由采样协方差矩阵特征分解得到[5],w0为利用切比雪夫加权的波束指向导向矢量,以保持波束旁瓣电平。式(9)中的第一个式子能够保证主波束指向、主瓣宽度和旁瓣电平,第
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第3期 李高鹏等:基于海杂波保持的高频地波雷达干扰抑制方法研究
二个式子能够保证将干扰抑制到最小。上式最优问题可以解释为寻找一个波束系数,使得该波束系数尽量逼近w0,同时抑制掉某些来向的干扰。这样得到第一个处理单元的波束系数w1。
为了保持相邻处理单元间同一距离门的海杂波响应,应在波束形成的时候附加新的约束条件,令第二个处理单元的波束系数为w2,那么应该让两组波束系数对海杂波的响应保持一致,即w2c(k)=w1c (k)[2],这样就能够避免Doppler处理时海杂波的扩散。
然而,由于干扰和噪声的存在,接收信号x(k)中不能直接观测到海杂波的存在,但如果扩展协方差矩阵使其包含x(k)所在单元的干扰,自适应波束系数w1就能够去除x(k)中的干扰成分。新的扩展
矩阵为R1=1
Q+L
∑
Q+L-1
t=0
^R t包含第二个处理单元的
前L个扫频周期接收信号。这样,在第二个处理单元的前L个扫频接收信号利用第一个波束形成系数w1的输出为w H1x(k)≈g(k)+w H1c(k),g(k)为地杂波或信号等分量,同时,第二个波束的输出也应该是w H2x(k)≈g(k)+w H2c(k),这样保证两组波束系数对海杂波的响应保持一致的约束w2c(k)=w1c (k)就可以转化为新的约束w2x(k)=w1x(k)[3]。从而建立新的约束方程求解w2。
定义C2=[D,x(Q),…,x(Q+L-1)],f2=
[0,w H1x(Q),…,w H1x(Q+L-1)]这样,新的约束条件为:
min
w
(w2-w0)H(w2-w0)
w H2C2=f2
(10)
使其转化为传统的线性约束最小方差问题[7],
求解该方程可以得到:
w2=w0+C2(C H2C2)-1(f H2-D H w0)(11)
下面的处理单元按此重复计算w2过程,可以得
到整个相参积累周期的波束系数以进行干扰抑制。
第m个处理单元的波束系数为
w m=w0+C m(C H m C m)-1(f H m-D H w0)(12)
其中C m=[D,x(Q(m-1)),…,x(Q(m-1)+ L-1)],
f m=[0,w H m-1x(Q(m-1)),…,w H m-1x(Q
(m-1))+L-1)]
从而,得到了新的干扰抑制方法,相对于Y.I. Abramovich的SC方法,本方法的计算复杂度有所降低,同时成功的保证了波束形状,有利于后续处理中的测角,跟踪。4 仿真数据处理与性能分析
对通过电离层的干扰信号,利用CCIR为高频传播推荐的Watterson的模型建模[2],对于P个干扰,L条电离层传播路径,干扰的采样向量由下式决定:
i kt=∑
P
p=1
∑L
l=1
i pl kt(13)其中每一个独立的成分对应于一个M元的空时随机过程:
i pl kt=αpl S pl v pl k h(p)k,t-l e jΔw pl t(14)这里S pl为M×M的对角阵,其对角元素为第p个干扰信号第l个传播路径到达角的导向矢量,相似的Δw pl为对应的电离层Doppler频移,αpl为散射面积,也即代表着干扰能量,g(p)k,t为第p个干扰的传输波形,表征着传播媒质起伏和干扰时空非平稳特性的v pl k∈C M×1为:
v pl k+∑
J
j=1
ρpl
j v
pl
k-j=
βplεpl k(15)这里εpl k为时域独立的能量为βpl的白噪声,系数ρpl j 由传播路径的Doppler起伏所决定。为了在时域的基础上增加空域的起伏,定义一阶Markov模型为[2]:
εpl
k,j+1=
ζpl jεpl k,j+1+|ζpl j|2γpl k,j+1(16)
εpl
k,j为第j个阵元上的噪声,γpl k,j+1为独立的单位白噪声,ζpl j为模型的空域相关系数
ζpl
j=E{
εpl k,jεpl k,j+1}(17)这样产生了一个通用的包含电离层起伏的空域时域非平稳干扰模型。
海杂波模型由标准的二阶AR模型建立[8]:
c t(k)=-∑
2
j=1
b j
c t(k-1)+σζξt(k)(18)其中c kt为第k个扫频周期第t个距离门的海杂波采样,ξkt假设为单位白噪声,其空域特性由下面的一阶AR模型决定:
ξj+1
t
(k)=-rξξj t(k)+1-|rξ|2γj+1t(k)
j=1,…,M-1(19)
其中γj+1
t
(k)为在空域,距离域,扫频间都独立的白噪声,即:
E{γj t(k)γj′t′(k′)}=δ(k-k′)δ(t-t′)
δ(j-j′)
利用以上的阵列信号模型仿真高频雷达接收信号以进行对消效果分析,选取10阵元的线性均匀天线阵,令干扰传播模型中P=1,L=2,各个传播路径
063电 波 科 学 学 报 第20卷
参数如表1。海杂波模型中b 1=-1.9359,b 2=0.998,σξ=0.009675,r ξ=0.5。加入模拟目标位于50km ,速度40km/h ,方位-30°,对仿真数据进行处理。
表1 干扰模型参数
l =1
l =2
干扰方向(θ1g
)(°
)0.520.5干扰噪声能量比(dB )
3025时域相关系数(ρ1g )1.000.90空域相关系数(ζ
1g )1.000.91电离层D oppler 频移Δw pl
0.31
0.52
为了进行对比,这里先用不进行干扰抑制的切比雪夫加权,再用每个处理单元为一个扫频周期的自适应干扰抑制方法加权,以及本文所提出的海杂波保持的干扰抑制方法进行数据处理,对对消后的回波信号进行Doppler 处理,得到距离-速度信息。分析目标所在的距离门,几种方法的Doppler 谱如图1。从中发现:a )由于干扰影响,固定波束切比雪
夫加权不能进行雷达正常工作,目标完全淹没在干
(
a )切比雪夫加权Doppler
谱
(b )传统自适应波束形成速度谱
(c )保持海杂波干扰抑制Doppler 谱
图1 仿真数据处理结果比较
扰中;b )自适应干扰抑制能够成功的抑制干扰,但海杂波发生扩散,基底抬高10dB 以上,形成多个类似于Bragg 峰的突起,这种情况下很难检测出目标,
同时造成多个虚警;c )本文的保持海杂波波束形成方法在抑制干扰的同时,成功的保持了海杂波,准确的提取出了目标信息,本文的海杂波保持的干扰抑制方法表现出最好的干扰抑制性能,提高雷达检测能力。
5 实测数据处理与性能分析
利用实际高频雷达接收的数据进行对消效果分析。本次实验数据取自8个天线阵元,对舰船信号体制的接收数据进行处理。处理方法与仿真数据相同,得到目标所在距离门Doppler 谱如图2。从中发现,自适应波束形成的方法虽然能够对消干扰,但在海杂波对应的距离门,基底明显抬高,存在海杂波
发散的现象。而本文的保持海杂波波束形成方法在抑制干扰的同时,成功的保持了海杂波,突出了目标信息,对消性能令人满意。
(a )切比雪夫加权Doppler 谱
1
63第3期 李高鹏等:基于海杂波保持的高频地波雷达干扰抑制方法研究
(b )
传统自适应波束形成速度谱
(c )保持海杂波干扰抑制Doppler 谱
图2 实测数据对消结果比较
6 结论
本文提出一种新的波束形成方法来对消高频雷达系统中存在的空间非平稳干扰,该方法解决了传
统算法由于不同处理单元加权系数不同而导致海杂波扩展的问题,通过求解线性最小方差方程对高频地波雷达仿真数据和实测数据进行处理,结果表明,与传统的波束形成方法相比,本文的保持海杂波波束形成方法能够有效的降低基底,减少虚警,对于提高高频雷达检测性能有很大的意义。参考文献
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sample matrix inversion algorithm [C].In Proceeding of ISCAS 296,Atlanta ,2,1996:449～452.
李高鹏 (1976-),男,湖北人,现在哈尔滨工
业大学电子工程专业攻读博士学位,主要研究方向为高频雷达空间干扰的抑制技术
。
李 雷 (1980-),男,辽宁人,现为哈尔滨工业大学通信与信息系统博士研究生,研究方向为高频雷达干扰抑制技术。
许荣庆 (1958-),男,黑龙江人,哈尔滨工业大学电子工程技术研究所所长,教授,博士导师,主要从事新体制雷达系统技术,雷达成像技术和现代信号处理技术研究。
263电 波 科 学 学 报 第20卷
高频地波雷达
一、简介 高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称HFSWR)作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。 高频地波雷达利用短波（3～30MHz）在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。 高频地波超视距雷达的工作原理（R1为视距，R2为雷达作用距离） 在军事应用领域，地波超视距雷达的工作波长和电波传播特性决定其具有独特的性能优势（相对于微波雷达而言）：（1）作用距离远（300～400km）；（2）极强的反隐身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反辐射导弹，等等。 在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、
渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。 高频地波雷达应用示意图 由于其独特的性能优势及应用前景，许多临海发达国家竞相研制、购臵和部署地波超视距雷达，以抵御现代战争的威胁并满足海洋开发与研究的需要。美国、俄罗斯、英国、加拿大、德国、法国、澳大利亚、日本和新加坡等都研制过或正在发展高频地波超视距雷达，其中典型代表有加拿大的SWR-503系统、美国的Seasonde系统和德国的WERA系统等。
高频地波雷达
高频地波雷达简介 https://www.wendangku.net/doc/006533590.html,/home.php?mod=space&uid=39338&do=blog&view=m e&from=space&page=1 一、概述 高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称HFSWR)作为一种新兴的海洋监测技术，具有超视距、大范围、全天候以及低成本等优点，被认为是一种能实现对各国专属经济区(EEZ)监测进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。 高频地波雷达利用短波（3～30MHz）在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线(所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。)辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。 高频地波超视距雷达的工作原理（R1为视距，R2为雷达作用距离） 在军事应用领域，地波超视距雷达的工作波长和电波传播特性决定其具有独特的性能优势（相对于微波雷达而言）：（1）作用距离远（300～400km）；（2）极强的反隐身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反辐射导弹，等等。 在海洋环境监测领域，地波超视距雷达具有覆盖范围大、全天候、实时性好、功能多、性价比高等特点，在气象预报、防灾减灾、航运、渔业、污染监测、资源开发、海上救援、海洋工程、海洋科学研究等方面有广泛的应用前景。
雷达系统中杂波信号的建模与仿真
1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真目的 雷达的基本工作原理是利用目标对雷达波的散射特性探测和识别目标。然而目标存在于周围的自然环境中，环境对雷达电磁波也会产生散射，从而对目标信号的检测产生干扰，这些干扰就称为雷达杂波。对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰，发挥雷达的工作性能。 雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力，而且容易受大气状况影响，延长了研制周期。随着现代数字电子技术和仿真技术的发展，计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域，在一定程度上可以替代外场测试，降低雷达研制的成本和周期。 长期以来，由于对杂波建模与仿真的应用己发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包，雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时，不得不亲自动手，从建立模型到计算机仿真，重复劳动，造成了大量的时间和人力的浪费。因此，建立一个雷达杂波库，就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序，而直接从库中调用杂波生成模块，用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型，在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。 从七十年代至今已经公布了很多杂波模型，其中有几类是公认的比较合适的模型。而且，杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史，己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法，这就使得建立雷达杂波库具有可行性。 为了能够反映雷达信号处理机的真实性能，同时为改进信号处理方案提供理论依据，雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能，比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。因此，杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容，杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。 2.Simulink简介 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和
雷达杂波抑制关键技术研究
雷达杂波抑制关键技术研究 摘要：针对防空系统雷达强杂波背景下雷达弱小目标检测问题，在分析传统杂 波抑制存在的问题的基础上，梳理了杂波图CFAR检测、检测跟踪联合处理、智 能杂波抑制等关键技术，并简要分析其原理及技术途径，并对雷达杂波抑制技术 发展趋势进行分析。 关键词：强杂波；CFAR；目标检测 1 引言 基于雷达信息的探测感知是现代信息化战争中武器装备的核心关键能力，随着低空突防、隐身突防、电磁干扰手段的普遍使用，造成雷达探测感知能力的急剧下降，进而导致防空武 器系统的作战效能严重下降。雷达通过向目标辐射电磁波，然后接收从目标反射回来的电磁 波信号，再通过先进的信号处理技术，将有用目标信号从杂波和干扰中提取处理，进而完成 目标检测、位置估计、分类识别等功能。巡航导弹等低空目标可通过超低空自主飞行，利用 地球曲率限制或复杂的地理环境实施攻击，雷达对其进行探测时，面临严重的地海杂波问题，为保证武器系统对低空目标的有效作战能力，必须解决强杂波背景下低小慢目标探测问题。 2 强杂波背景下目标检测面临的问题 当前，雷达探测面临复杂的地理环境，导引头下视探测以及地基雷达低空或下视探测时 不可避免会受到地理环境的制约以及地海杂波干扰。这些背景杂波强度大，按照实际的测量 可得，幅度最强的地杂波可比系统内部的噪声大70 dB 以上。另外由于地貌变换（如山区）、地表反射特性变化、离散强杂波点等使得杂波出现严重的非均匀/非平稳现象等，给杂波抑制等来严重挑战。 雷达杂波抑制技术经多年发展，目前常用的处理方法主要包括MTI、MTD、PD、STAP及 相应的改进设计等，同时也提出了多种目标检测方法，包括CA-CFAR、GO-CFAR、SO-CFAR、OS-CFAR等。然而，由于当前雷达系统处理中环境的认知有限，杂波抑制滤波器的选择和设 计缺乏针对性，目标检测处理仍主要采取针对均匀平稳杂波的方法，多数情况下不满足实际 情况，使得杂波剩余较强，目标检测困难。 3 杂波抑制主要关键技术 3.1 杂波图CFAR检测技术 利用恒虚警检测[1]方法，对杂波背景功率的估计大致有两类，一类是空域检测技术，也 称为距离恒虚警检测技术，它将邻近参考单元处理器的输出均值作为检测门限的背景值，主 要应用在杂波分布比较均匀的雷达杂波背景中。另一类是时域检测技术，即杂波图CFAR 检 测技术[2]，它是依据前面若干次天线扫描的值得到的杂波背景功率来对检测单元进行检测， 在均匀或者非均匀的雷达杂波背景中都可以稳定工作。通常，杂波强度在方位/距离上有剧烈的变化，在同一距离单元随时间变化相对平缓，空域检测中的恒虚警检测方法仅能通过减小 参考单元的个数，来减小虚警率的损失，这样却会导致虚警率无法保持恒定。因此，为了改 善目标的检测性能，必须找到更好的检测方法。杂波图CFAR 检测方法恰好可以解决这个问题，其存储在每个检测单元的估计值，是依据当前及以前的多次扫描值，然后利用一定的递 归算法进行更新的。海杂波的统计特性与地杂波和气象杂波不同，与雷达重复周期相比，海 浪的起伏比较平缓，因此海杂波在邻近的脉冲间有较强的相关性，进行脉间积累检测时，性 能并不理想。在空域中，海杂波的统计特性变化非常剧烈，而在时域中，变化相对平缓。因此，可以利用杂波图CFAR 检测方法来改善目标的检测性能。
高频地波雷达站选址和建站规定
前言 本标准是在参考我国军用雷达和新一代天气雷达选址技术要求基础上，结合高频地波雷达自身特点和特殊工作环境要求编制而成。 本标准由中国气象局监测网络司提出。 本标准由中国气象局政策法规司归口。 本标准起草单位：中国气象局监测网络司南京鹏力系统工程研究所 本标准主要起草人： 本标准主要参加人：
高频地波雷达站选址和建站规定 （征求意见稿） 1 主题内容与适用范围 本标准规定了高频地波雷达站址选择和建站的基本要求和方法步骤。 本标准适用于高频地波雷达站址的选择和雷达站的建设。 2 引用标准 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GJBz20195-93《军用地面雷达阵地选择规范》 QX/T09-2006《新一代天气雷达选址规定（征求意见稿）》 QX2-2000《新一代代天气雷达站防雷技术规范》 GB 9175-1988《环境电磁波卫生标准》 GB 8702-88《电磁辐射防护规定》 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1高频地波雷达 high frequence groundwave rRadar 电磁波以地表波方式传播，工作在高频频段的雷达称为高频地波雷达。 3.2电磁环境 electromechanical environment 电子设备、系统在运行时，可能遇到的辐射或传导电磁发射电平，在不同频率范围内的功率和时间的分布。 3.3电磁干扰 electromechanical disturbance 由电磁信号引起的干扰,它是一种可能中断、阻碍、降低或限制电子设备有效性能的电磁能量，会削减数据的完整性和增加传输信道上的误码率。 3.4高频频段 HF-band
高频地波雷达探测原理
风向 On the application of HF ocean radar to the observation of temporal and spatial changes in wind direction 雷前召，王菊霞.利用雷达海面回拨谱获取海风信息[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版）[J]，2009（2）：121 风向对雷达回波的一阶谱和二阶谱的对称性产生影响，当风向与雷达发出的电磁波矢量垂直时，回波谱是关于零频对称的；当风向与雷达电磁波矢量方向一致（0°）或者恰好方向相反时（180°），回波谱的不对称性达到最大；当两个不同风向与雷达电磁波矢量的夹角是互补关系时，它们所产生的回波谱之间有对称关系；而当两个不同风向与雷达电磁波矢量在左右两个方向有相同夹角时，它们所产生的回波谱是相同的，这时就产生了测风模糊；当风朝远离雷达方向吹时，多普勒回波中负的一阶峰大于正的一阶峰，而当风朝向雷达吹时，多普勒回波谱中正的一阶峰大于负的一阶峰。 雷达多普勒回波谱的正负Bragg频率对应的两个一阶谱峰是由朝向雷达（θ=0）和背离雷（θ=π）达传播的海浪波分量产生的，所以θ=0，π的来年各个一阶峰强度的比值为Rφ=φ1ωB,φφ1?ωB,φ=S(?2k0)S(2k0) 在这里S(±2k0)成为有效浪高谱，其中包含方向谱因子g（θ+φ），可以表示为 g(θ+φ)=A cos s θ+φ?φω 2 θ——雷达电磁波矢量方向与风向夹角φ——雷达电磁波矢量方向 φω——海面风向
S——扩展因子，表征方向谱关于海面方向的扩展程度A——归一化因子 整理上式可以得到 Rφ=gπ+φ?φωgφ?φω =tan s(φ?φω ) φω=φ±θ 式中θ≈φ?φω=2tan?1（R1s），为海面上风向与雷达波束方向的夹角，“±”号表示海风测量的模糊性，即不确定性，这是因为由于当风向方位角为φ+θ和φ?θ时，所得到的多普勒回波谱是相同的。 风向模糊的消除 黄为民，王淑融，吴世才，文必洋，邱昌熔.从高频雷达海面回波多普勒谱提取风场信息[J].武汉大学学报（自然科学版）1999（2）：115 一般来说，解决风向的模糊性问题主要有三种办法： （1）结合已知的气象上的风向流图，即如果已知气象高压或者低压的中心区位置，根据气压的分布特性即可推测出风向 （2）利用位于不同地点的两个雷达分别从不同的角度上照射同一个海洋区域。 （3）在雷达所观测的海域内的浪高方向谱可以近似看做是均匀分布的前提下，用一部雷达分别照射不同的方向，根据不同方向的海面回波归一化多普勒谱中两个一阶峰强度的不同比值R，用多波束法联立可以解出唯一的海面风向方位角和浪高谱的扩展因子s。 本文采用第三种方法消除风向模糊。通常情况下，扩展因子s会在一定的范围内变化（一般是0 ~10），如下图所示，某波束（方位角为φ1）的回波谱的两个一阶谱峰值的比值为R1，做一个s——φω平面，s取值范围0——10，得到（s，φω）函数曲线；设另一个波束（方位角为φ2）的回波谱的两个一阶谱峰值的比值为R2，同样可以得到另一条曲线，2条曲线的交点就确定了唯一合理的扩展因子s和海面风向角度φω。
低空探测雷达海面杂波处理技术
低空探测雷达海面杂波处理技术 摘要：本丈介绍了海杂波的信号特征分布、海岸线等陆海交界影响、海岸地表影响等特性。根据海杂波的特点，提出了杂波图处理、静点处理等杂波抑制方法，设计了扫描间相关、点迹评估等海杂波数据处理算法，实验验证了有效性。 【关键词】海杂波杂波图点迹评估 1 引言 海杂波干扰严重影响低空探测雷达的性能，低空探测雷达在对空警戒模式下，由于空中目标（飞机）的速度与杂波之问的速度差比较大，雷达通过多普勒处理就能从杂波中提取出目标，但是对于海而目标，由于它的运动速度与海杂波的速度接近，从杂波中提取目标信号比较困难。低空探测雷达一般在S波段内的杂波情况比较严重，随着雷达频率升高，杂波影响越严重，杂波与风速、海情、环境等相关，还随着海而气候变化、季节变化而不同，在低空探测雷达设计中，必须充分考虑到各种因素。 杂波干扰强会造成雷达自动录取和自动跟踪的困难，甚至会引起系统处理能力的饱和，降低雷达系统性能。本文就减少海杂波对低空雷达探测目标的影响，分析了海杂波特
征，进行杂波图技术、低速或固定杂波剔除技术等技术研究，提出扫描问相关处理算法、点迹评估算法等数据处理方法，通过实验数据验证了这些方法的有效性。 2 杂波特征分析 2.1 海杂波分布 海杂波的特性取决于海而形状，雷达回波是从尺寸大小（粗糙度）可以与雷达波长相比拟的海上部分得到的。而海的粗糙度受风的影响，海杂波同时也取决于雷达天线波束相对于风向的指向。此外，海杂波还受水表而张力变化的影响，水相对于空气的温度通常也可能对海杂波造成影响。 多年来，已经提出许多理论模型来解释海杂波。过去对海杂波的解释是基于两种不同的方法。一种是假设杂波是由海平而或接近海平而的散射特性引起的，另一种方法是将散射场当作一个边值问题推导出来。这时海表而用某种统计过程描述最初的一种尝试是假设可以用高斯概率密度函数来 描述表而扰动。但是，根据高斯曲而计算海散射得到的结果似乎是合理的，但仔细检查会发现并不与实验数据相吻合。由于杂波回波的高可变性，杂波回波通常用概率密度函数来描述。 如果雷达照射的杂波表而区域内，有大量随机散布的独立的散射体，并且没有一个比其他散射体大许多的独立散射体。则接收机输出端杂波电压包络的概率密度函数为：
高频地波雷达总体方案及工程实施中的几个主要问题
第47卷 第5期 武汉大学学报(理学版) V o l.47 No.5 2001年10月 J.W uhan Univ.(Na t.Sci.Ed.) Oc t.2001,513～518 文章编号:0253-9888(2001)05-0513-06 高频地波雷达总体方案及 工程实施中的几个主要问题 杨子杰,吴世才,侯杰昌,文必洋,石振华 (武汉大学电子信息学院,湖北武汉430072) 摘 要:从线性调频中断连续波(FM I CW)基本原理出发,结合雷达方程和相控阵技术,阐述了在O S-M A R2000总体设计和研制过程中遇到的几个主要问题,如雷达探测性能估计、雷达波形设计、雷达参数的选择、相控阵形式、I/Q形成方式、数据采集与Do ppler提取、距离混迭与Do ppler频率混迭、零频干扰等.东海现场实验表明,采用120m八元相控天线阵,“一发八收”、收发共用天线工作模式,平均发射功率100W,可实现200km,120°扇面海流探测和100km风浪探测. 关 键 词:高频地波雷达;线性调频;相控阵;表面波 中图分类号:P715.7 文献标识码:A 0 概 述 地球表面70%以上都是海洋,它是地球上生命的摇篮,是人类赖以生存的重要环境.海洋不仅给人们提供丰富的食物和矿藏,而且也提供了与外界交往的便利通道,更是国家的安全屏障.无论人们出于经济目的还是军事目的,都需要及时而准确地知道海洋现场资料,而这些资料的获取必须依赖于先进的海洋监测设备和技术.国际上近30年来发展起来的高频地波雷达是一种可以连续大面积监测海洋状态的重要设备.代表当今国际先进水平的是美国CO DAR公司的Sea Sonde和加拿大设置在纽芬兰岛的HF-GW R,以及最近公布的SW R-503雷达,前者属轻便型近距离高频地波雷达,探测距离约60km,覆盖范围100km×60km,发射平均功率100W,距离分辨率0.3～3km,采用轻便5m鞭天线作发射天线,接收天线采用单极子/交叉环,雷达控制和数据处理采用普通的PC机,雷达以测海流为主,其测流精度一般为±7.0cm/s,流向精度为±10°,可提供局部波浪信息,Sea Sonde作为商品已售出50多台.HF-GW R系统原形由加拿大北方雷达系统有限公司于1991年在纽芬兰岛的Race角建造,它是纽芬兰纪念大学工程与应用科学学院与冷海洋资源工程中心(C-CORE)的研究人员在经过10年的研究以后,又用了26个月、耗资290万加元建造的.雷达可覆盖120°扇角内,20～400km范围,以探测和跟踪海面低速移动目标为主,也可以提供海况信息.HF-GW R是一个庞大而昂贵的系统,建造在1.5km狭长海岸上,发射天线为架设在高40m 铁塔上的对数周期天线,接收天线为40单元阵长880m的“风筝”形线天线,阵元高7m,间距22m,发射功率16kW,用了10台全数字接收机和12块DSP,配备V AX小型计算机来控制雷达所有功能和数据处理.HF-GW R在海岸警戒、渔业管理、海上交通管制、缉毒、打击走私、冰情探测、国防以及对预测失灵船舶漂浮和监测污染物的扩散都具有极大的应用价值. 本课题组研制的O SM AR2000原型样机从性能和系统复杂程度介于Seasonde和HF-GW R之间,都是采用调频中断连续波(FM ICW)体制的高频地波相干脉冲多普勒雷达.O SM AR2000以监测海 收稿日期:2001-05-10 基金项目:国家863计划资助项目(863-818-01-02) 作者简介:杨子杰(1943-),男,教授,博士生导师,现从事高频地波雷达海洋环境监测技术的研究.E-mail:ZJ Y43017@https://www.wendangku.net/doc/006533590.html,
雷达设计和杂波分析应用指南
是德科技 使用 Keysight SystemVue 进行雷达系统设计和干扰分析 应用指南
序言 本应用指南列出了 Keysight SystemVue 软件在进行雷达系统设计和杂波/干扰分析方面的主要特性。将要讨论的部分关键领域包括: 如何实现雷达线性调频 (Chirp) 波形; 为发射机和接收机设计射频链路; 使用快速傅立叶变换 (FFT) 卷积进行脉冲压缩分析。最后，我们在有干扰和杂波信号的环境中对雷达系统进行了测试，旨在研究此类损伤对雷达性能的影响。
1.0 定制信号生成 1.1 用于雷达系统设计的 LFM 线性调频信号SystemVue 为生成定制信号提供了一个灵活的平台。在 图 1-1 的实例中，工程师使用 SystemVue 浮点元件对 LFM 线性调频信号源进行建模。左侧的积分器对时间进行累 加，直到达到脉冲周期值，然后复位并再次开始累加。 图 1-1 中显示了 u (μ) 和 wc (ωc) 值的计算过程。 (1-1a) (1-1b) 图 1-1. 使用 SystemVue DSP 库模块生成定制信号
1.2 使用 MathLang 生成定制信号 SystemVue 内置可兼容 m 代码的语法，该语法可在整个程序中使用。在图 1-2 中，LFM 线性调频信号源在 Math-Lang 组件中定义。 1.3 使用三重播放工具生成定制信号 SystemVue 提供到 C++、HDL 和 MATLAB ? 的直接链接。如图 1-3 和 1-4 所示，SystemVue 可以导入使用这些语言编写的任何定制信号。MATLAB 中的协同仿真功能允许用户使用原有的 m 代码文件。 1.0 定制信号生成 (续) 图 1-2. 使用 SystemVue 中的 MATH 语言生成定制信号 (1-3a. MATLAB 协同仿真链接) 图 1-3. 将 MATLAB 脚本链接到 SystemVue (1-3b) 图 1-4. C++ 形式的定制波形代码
基于载波域自适应迭代滤波器的无源雷达多径杂波抑制方法
基于载波域自适应迭代滤波器的无源雷达多径杂波抑制方法 赵志欣 周新华 洪 升* 翁 涛 王玉皞 (南昌大学信息工程学院 南昌 330031) 摘 要：在无源雷达系统中，监测通道信号中存在零频和非零频多径杂波，影响目标的检测。时域自适应迭代滤波器(如LMS, NLMS, RLS 等)常被用于无源雷达杂波抑制，但这些方法只适用于零频多径杂波。该文针对零频和非零频多径杂波的问题，结合数字广播电视信号的正交频分复用波形特征，提出一种基于载波域自适应迭代滤波器的杂波抑制算法。该算法利用同一载频下含有相同多普勒频移的多径杂波的相关性原理，进行杂波抑制。仿真和实测数据处理结果证明了算法的有效性。 关键词：无源雷达；数字广播电视信号；多径杂波抑制；递归最小二次方算法中图分类号：TN958文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2018)12-2841-07 DOI : 10.11999/JEIT180097 Multipath Clutter Rejection Approach Based on Carrier Domain Adaptive Iterative Filter in Passive Bistatic Radar ZHAO Zhixin ZHOU Xinhua HONG Sheng WENG Tao WANG Yuhao (School of Information Engineering , Nanchang University , Nanchang 330031, China ) Abstract : In passive bistatic radar systems, there exists the zero and non-zero Doppler shift multipath clutter in the surveillance channel. The multipath clutter affects the target detection. Temporal adaptive iterative filter such as Least Mean Square (LMS), Normalized Least Mean Square (NLMS) and Recursive Least Square (RLS)are often used to reject multipath clutter in passive bistatic radar, but these methods are only applicable to reject zero Doppler shift multipath clutter. To solve the problem of zero and non-zero Doppler shift multipath clutter, combined with the orthogonal frequency division multiplexing waveform features of digital broadcasting television signals, a clutter rejection algorithm is proposed based on carrier domain adaptive iterative filter. The algorithm utilizes the correlation of multipath clutter with the same Doppler shift at the same carrier frequency in subcarrier domain to reject the zero and non-zero Doppler shift multipath clutter. Simulation and experiment data processing results show the superiority of the proposed algorithm. Key words : Passive bistatic radar; Digital broadcasting television signals; Multipath clutter rejection; Recursive Least Square (RLS) algorithm 1 引言 近年来，利用空间中存在的非合作式照射源进行目标探测的外辐射源雷达(又称无源雷达)因抗电子干扰、抗超低空突防、反隐身等优势而受到关注。数字广播电视信号(数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB-T)、数字地面多媒体广播(DTMB)和数字调幅广播(DRM))等数字广播在全球分布广泛， 正逐渐取代传统模拟广播，可作为无源雷达优秀的照射源，国内外很多学者都在研究以数字广播作为照射源的无源雷达[1–6]。以高频段为例，DRM 广播作为世界范围内唯一的非专利数字广播，以它作为非合作照射源的雷达系统兼具无源雷达和高频雷达的多种优点。另一个方面，其类图钉性的模糊函数特性，使DRM 广播可作为理想的照射源[7–9]。 无源雷达多采用两通道：参考通道和监测通道。监测通道信号除了接收目标回波信号外，还不可避免地存在直达波和零频多径回波(统称为零频多径杂波)，且存在由于海洋等引起的非零频多径杂波，这些零频和非零频杂波会掩盖目标信息。常用的杂波抑制算法有最小均方算法(LMS)、归一化最小均方算法(NLMS)、递归最小二次方算法(RLS) 收稿日期：2018-01-24；改回日期：2018-06-01；网络出版：2018-08-14*通信作者： 洪 升 shenghong@https://www.wendangku.net/doc/006533590.html, 基金项目：国家自然科学基金(61461030, 61661032, 61761030)，江西省科技厅自然科学项目(20161BAB203079, 20161BAB212038)Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61461030, 61661032, 61761030), The Natural Science Fund of Jiangxi Province (20161BAB203079, 20161BAB212038) 第40卷第12期电 子 与 信 息 学 报 Vol. 40No. 12 2018年12月Journal of Electronics & Information Technology Dec. 2018 万方数据
高频雷达测距仿真
摘要 测量目标是雷达的基本任务之一。当雷达探测到目标后，就要对目标回波信号进行处理以便提取有关信息。本文基于高频地波超视距雷达，主要进行相位编码及复合相位编码雷达信号处理方面的研究。 雷达信号处理的主要内容包括最佳检测原理、匹配滤波及模糊函数。其中匹配滤波技术是雷达信号处理中的核心技术，它的应用几乎覆盖整个雷达领域，经常在雷达信号的处理中被频繁的应用。 基于相位编码信号具有易于工程实现和处理、不存在距离-多普勒耦合、可获得高的信号处理增益以及良好的抗干扰性能等优点，本文主要采用基于P4码的相位编码信号作为发射信号，并由此生成了模拟回波信号。之后对发射信号和回波信号进行相关运算即匹配滤波处理，仿真得出信号的距离信息。但相位编码信号不能很好的兼顾距离、速度分辨率、多普勒敏感等特性，所以本文在研究P4码信号的基础上结合基本相位编码信号的特点研究了脉内相位编码脉间准随机跳频信号与多载频相位编码信号等复合相位编码信号，主要进行发射信号和回波信号的设计，并通过匹配滤波处理仿真得出信号的距离信息。 关键词：相位编码信号；P4码；跳频信号；匹配滤波；多载频相位编码
Abstract To detect target is one of the basic tasks of radar.When the target is detected,it is time to process the echo signal in order to get correlative information.This thesismainly studies the processes ofphase-coded signal and hybrid phase-coded signal that base on aHigh Frequency Surface Wave Radar. Radarsignal processing includes prime detectiontheory,matched filtering and ambiguity function.Matchedfiltering is the key technic in radar signal processing,which covers almost every field of radar and applies in signal processing frequently. Phasecodedsignal has drawn attention due to a lot of advantages, such as easy to creat and process,nocoupling of distanc-doppler,high processing gain andanti-interference characteristic.In this paper, the waveform of radar signal with P4 code is designedaccording to the system parametersand the echo waveform of phase coded signalis given. Thencorrelation process in range of these two signals is made and the simulation result is given.Due to P4 code can not equipe all the advantages at the same time, the frequency hopping signal andthe multicarrier phase coded(MCPC)radar signal are studyed further more.Theparametersof signal aredesigned and the distance simulation result is given. Keywords phase coded signal;P4code;frequency hopping signal;matched filtering;multicarrier phase coded
机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究
机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究 机载雷达对地、海探测时面临着复杂的杂波环境,空时自适应处理(STAP)技术通过联合空时二维自由度可以有效地抑制杂波,提高动目标检测性能。考虑到实际中机载雷达接收的回波数据通常是非均匀的,本文围绕非均匀环境下的STAP技术和自适应检测方法展开研究,并进一步讨论了STAP在MIMO雷达和稀疏阵列中的相关应用,主要工作和贡献为:(1)分析了机载雷达的海杂波建模方案机载平台由于运动导致杂波能量在空域和时域中扩散,加之海杂波的物理机理复杂,非高斯、非平稳性显著,对机载雷达下的海杂波建模是信号处理算法研究的基础。本文采用积分法对机载运动平台杂波回波进行建模,分析了杂波单元上的散射机理。从统计角度入手研究了海杂波的幅度分布特性,讨论了几种适用于不同雷达分辨率和海况的幅度分布模型,对比研究了不同参数下各自的幅度统计图。结合实测海杂波数据,介绍了几种海杂波分布参数的估计方法,比较了不同分布模型的拟合性能。(2)研究了机载雷达非均匀杂波中的STAP算法当机载雷达面临的杂波环境非均匀时,STAP所需的独立同分布样本数有限,杂波协方差矩阵(CCM)难以准确估计。对此,给出了三种小样本下的杂波协方差矩阵估计方法,在样本数较少的情况下具有较准确的估计精度。在介绍STAP基本原理的基础上,讨论了几种常用的降维STAP方法选择辅助通道的方式,但往往这种固定的通道选择法不是最优方案。为了自适应地选择降维通道,本文通过对变换域的输出信杂噪比(SCNR)进行数学分解,提出一种根据角度-多普勒相关系数大小选择辅助通道的降
维STAP方法,并将其拓展到保留全空域自由度的情况,通过理论仿真和实测数据处理验证了所提算法的有效性。(3)研究了海杂波中知识辅助的自适应检测算法STAP的最终目的是检测目标,空时自适应检测实现了杂波抑制与目标检测的结合,针对采用复合高斯模型的海杂波背景,研究了纹理分量服从双参数逆高斯分布时点目标和距离拓展目标的广义似然比检测器(GLRT),提出根据纹理分量和散斑分量的先验模型,基于知识的协方差矩阵估计方法,比较了采用不同自适应检测器的检测性能。当机载平台运动时,利用杂波协方差矩阵的低秩特性估计出杂波基的幅度参数和噪声功率,提出了仅采用待检测单元回波数据的动目标GLRT检测器,在样本数较少时相比于传统需要训练样本的GLRT检测器具有更好的检测性能。(4)研究了机载MIMO雷达的STAP处理问题针对MIMO雷达在机载平台中的应用,研究了发射频分线性调频(FDLFM)信号时距离像旁瓣的抑制技术,提出一种对阵列的综合接收信号进行谱修正并在频域加窗的旁瓣抑制方法。当 FD-MIMO雷达各发射信号间的频率间隔增大时,信号处理需要考虑宽带效应的影响,本文给出了频率分集信号的模型以及机载平台下的杂波秩估计公式,研究了杂波抑制中由频率间隔增大引起的多普勒频率偏移补偿方法,有效地改善了高速目标的检测性能。根据MIMO雷达的三维级联结构特性,提出一种自由联合各级信号数据,并在每一级处理时灵活搭配不同滤波器的信号处理框架,比较了几类典型方法的计算量和杂波抑制性能。(5)研究了非均匀阵列和脉冲的稀疏STAP算法除了MIMO雷达之外,特殊结构的稀疏阵列同样能够实现空域自由度
基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究
基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究高频地波超视距雷达利用垂直极化电磁波能够沿海面绕射传播 的特点实现对海面目标及低空飞行目标的超视距探测。其工作在 3~30MHz的HF波段,使具有隐身设计的目标无所遁形。其探测距离远、范围广、可全天候工作的特点吸引了众多国家投入大量精力进行高频地波超视距雷达的研制工作。高频地波超视距雷达由于其自身体制的特点以及工作的频段十分拥挤,其面临的杂波及干扰背景是极其复杂的。因此高频地波超视距雷达中的杂波及干扰抑制方法一直是各国学者和科研人员研究的重点问题。本文针对高频地波超视距雷达,从杂波及干扰特性角度出发,致力于更深入的研究高频地波超视距雷达所面临的杂波及干扰的特点,提出了两种距离相关性分析方法:基于子 空间的距离相关性分析方法和基于压缩感知的距离相关性分析方法。其中基于子空间的距离相关性分析方法利用统计的协方差矩阵获得 杂波及干扰子空间,再利用杂波及干扰子空间分析距离相关性。由于该方法需要对数据进行统计,因此适用于统计特性强的杂波和干扰。基于压缩感知的距离相关性分析方法能够在单次快拍条件下,对杂波分量进行分离,进而依据各杂波分量之间的关系综合计算其距离相关性。本文利用基于压缩感知的距离相关性分析方法对实测的海杂波、电离层杂波、流星余迹进行了分析,同时比较了不同积累时间对杂波距离相关性的影响。通过对海杂波和电离层的空域分布特性的分析,将其归为方位扩展杂波,并根据其空域相关性提出了利用杂波的旁瓣信息来估计主瓣内杂波信息的方法。首先利用海杂波验证了该方法的
可行性,再通过对常见空域分布的仿真验证了该方法理论上的有效性,最后通过实测数据中的海杂波和电离层杂波进一步验证了该方法的 有效性。但是该方法在实用中对阵列幅相一致性要求很高,并且对于目标方位与波束指向存在偏差情况下的鲁棒性不强。针对上述问题,利用雷达信号处理理论中的空时等效性,提出了基于知识的方位扩展杂波抑制方法。依据目标检测原则和输出信杂比最大原则,提出了空域阻塞滤波器的设计准则,其主要思想是利用系统的参数和预检测到的最大目标能量,自适应的设计空域阻塞滤波器,从而达到提高鲁棒 性的目的对于分布复杂的电离层杂波,基于知识的方位扩展杂波抑制方法适用范围有限。因此本文基于对电离层杂波角度-多普勒频率二维谱分布特点的分析,提出了基于空时自适应处理方法的多维联合杂波及干扰抑制方法。传统的空时自适应信号处理方法由于其巨大的计算量和对复杂杂波背景适应性不强,因此无法直接应用于高频地波超视距雷达。本文比较了多种降维空时自适应处理方法,并结合对高频地波超视距雷达中的系统自由度和杂波自由度的分析,提出了多维联合处理方法中的局部处理单元大小的确定准则。结合第2章对杂波及干扰距离相关性的分析,针对平稳杂波及干扰、丰富样本条件下的非平稳杂波和有限数据样本的杂波提出了等权重对角加载法、门限选择法和变权重加载法,由它们共同构成一套多维联合杂波及干扰抑制方法,并用实测数据验证了以上方法的有效性以及其在阵列存在幅相误差和目标方位偏差影响下的鲁棒性。本文不仅从理论上提出了一系列杂波及干扰的特性分析方法和抑制方法,还从工程应用及实现角度提