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快速校正天波雷达电离层相位污染的改进方法

电讯技术 2016年第11期56卷 1242-1247页

作者：张立东李居尚长春理工大学光电信息学院长春130012

时变的电离层会对天波超视距雷达(OTHR)回波信号相位进行调制,产生相位污染,导致回波谱展宽。最大似然估计(MLE)法具有比相位梯度法更佳的污染校正效果,但计算量非常大。通过引入投影近似子空间跟踪法,提出了一种改进的MLE方法。改进方... 详细信息

时变的电离层会对天波超视距雷达(OTHR)回波信号相位进行调制,产生相位污染,导致回波谱展宽。最大似然估计(MLE)法具有比相位梯度法更佳的污染校正效果,但计算量非常大。通过引入投影近似子空间跟踪法,提出了一种改进的MLE方法。改进方法采用递归手段估计最大特征值对应的特征向量,避免了特征值分解过程,能够显著降低计算量,污染校正效果与MLE法相当。理论分析与仿真对比表明改进方法普适性强,计算量只有MLE法的万分之一,更适合工程实现。

关键词：天波超视距雷达电离层相位污染校正最大似然估计投影近似子空间跟踪

短波外辐射源雷达电离层去污染方法和检测方法研究

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短波外辐射源雷达电离层去污染方法和检测方法研究

作者：宋佳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

外辐射源雷达本身不发射电磁波,而是“被动”地接收第三方辐射源所发出的电磁波,接收机接收到来自电离层所折射的电磁波,而电离层的时变、非均匀结构,影响了在电离层中传播的电磁波。电磁波的回波谱展宽或发生分裂,目标被强杂波的功率... 详细信息

外辐射源雷达本身不发射电磁波,而是“被动”地接收第三方辐射源所发出的电磁波,接收机接收到来自电离层所折射的电磁波,而电离层的时变、非均匀结构,影响了在电离层中传播的电磁波。电磁波的回波谱展宽或发生分裂,目标被强杂波的功率谱淹没,从而严重影响雷达接收机的检测性能。本文首先根据外辐射源雷达的工作机理,推导雷达接收端的信号处理模型,将匹配滤波后的回波信号,进行相位扰动校正,校正后的回波进行目标检测。其次,分析一阶海杂波的形成机理,建立海杂波回波模型,分析参数变化对海杂波回波谱的影响,以海杂波模型为参考,校正电离层污染相位。然后,从电离层相位污染的产生机理入手,分析快、慢相径扰动对回波谱产生的影响,表征相位污染程度与污染函数的幅度、调制频率之间的关系。从理论上分析了相位梯度法、最大熵谱估计法、多相式相位法的污染校正的机理。对于多相式相位法算法,研究不同的分段方式对校正精度的影响,从而选取最优的分段方式。为分析相位梯度法、最大熵谱估计法、多相式相位法对电离层相位污染校正的能力,仿真比较了三种算法能恢复的最大污染频率。在相同的污染函数下,仿真比较不同的调制频率,三种算法对快、慢相径扰动去污染的能力。综合考虑算法的适用范围、算法复杂度、估计精度等因素,在不同的电离层环境中选取不同的去污染算法。最后,对于匹配滤波后的回波数据,采用恒虚警检测器进行目标检测。仿真分析了在不同的背景环境中,CA-CFAR、OS-CFAR、GO-CFAR、SO-CFAR检测器的特点、检测性能。上述几种检测器均针对某特定的杂波背景,对复杂背景下的目标检测效果较差,为了能在不同的杂波环境中均有较好的检测效果,采用了自适应检测器VI-CFAR。对于CA-CFAR检测器,将删除单元与其相结合,得到一个改进的CCA-CFAR检测器。将去污染的数据通过恒虚警检测器,选取最优检测器。

关键词：外辐射源雷达电离层相位污染校正恒虚警检测

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多站天波超视距雷达信号处理算法与仿真研究

多站天波超视距雷达信号处理算法与仿真研究

作者：曹健电子科技大学

学位级别：硕士

对于超远距离目标和隐身目标探测的需求使得天波雷达越来越受到广泛的关注。本文在深入研究多站天波雷达体制的基础上,构建了多站天波雷达系统,并给出其信号处理流程。在多站天波雷达系统中,海杂波对舰船等慢速目标的掩盖以及电离层的... 详细信息

对于超远距离目标和隐身目标探测的需求使得天波雷达越来越受到广泛的关注。本文在深入研究多站天波雷达体制的基础上,构建了多站天波雷达系统,并给出其信号处理流程。在多站天波雷达系统中,海杂波对舰船等慢速目标的掩盖以及电离层的相位污染是制约探测效果的主要因素。因此,本文针对这两个问题,分别提出基于知识的天波雷达海杂波抑制算法和基于参考目标的电离层相位污染校正算法。本文的主要工作如下:(1)多站天波雷达系统构建和信号处理首先给出了多站天波雷达系统构建中的电离层模型、射线传播模型、接收信号模型和海杂波模型,利用这些模型,构建了多站天波雷达系统,给出其信号处理流程,并得到仿真结果。(2)基于知识的天波雷达海杂波抑制算法首先分析了多站天波雷达体制与相控阵雷达体制在海杂波抑制方面的异同。然后,在最优滤波海杂波抑制算法的基础上,利用天波雷达体制中的雷达工作参数和电离层信息,给出基于电离层相位污染后一阶谱的海杂波抑制算法,利用雷达工作参数和海面环境信息,给出基于海杂波谱模型的海杂波抑制算法。仿真结果表明,相比于最优滤波算法,这两种算法对海杂波的抑制效果均有所提升。(3)基于参考目标的天波雷达电离层相位污染校正算法首先分析了多站天波雷达体制与相控阵雷达体制在电离层相位污染校正方面的异同。然后,在对Hankel矩阵降秩算法(Hankel Rank Reduction算法)和相位梯度算法(Phase Gradient Autofocus算法)深入研究的基础上,给出基于参考目标的HRR算法和基于参考目标的PGA算法。仿真结果表明,当电离层相位污染频率较低时,HRR算法、PGA算法、基于参考目标的HRR算法、PGA算法都能够有效实现相位污染校正。当电离层相位污染频率较高时,HRR算法、PGA算法无法实现电离层相位污染的有效校正,而基于参考目标的HRR算法和PGA算法仍然能够有效实现电离层相位污染的校正。

关键词：多站天波雷达知识辅助海杂波抑制电离层相位污染校正

MIMO-OTH雷达信号处理与仿真实验研究

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MIMO-OTH雷达信号处理与仿真实验研究

作者：杨文杰电子科技大学

学位级别：硕士

多输入多输出超视距（Multiple Input Multiple Output over the Horizon,MIMOOTH）雷达由于其同时拥有MIMO雷达和OTH雷达的优秀性能,是近年来雷达系统的重要研究方向。本文在构建MIMO-OTH雷达仿真系统的基础上,研究了包括频谱共存的波... 详细信息

多输入多输出超视距（Multiple Input Multiple Output over the Horizon,MIMOOTH）雷达由于其同时拥有MIMO雷达和OTH雷达的优秀性能,是近年来雷达系统的重要研究方向。本文在构建MIMO-OTH雷达仿真系统的基础上,研究了包括频谱共存的波形设计、TBD算法在MIMO-OTH雷达中的应用、基于多项式的电离层相位污染校正等内容,主要工作如下:（1）本文在电离层模型和射线传播模型的基础上,建立了MIMO-OTH雷达探测仿真系统,并完成了整个信号处理流程,包括接收/等效发射波束形成、匹配滤波、多普勒处理、参数测量等,并进行了丰富的仿真实验,仿真证明此系统可以有效探测到目标。（2）在MIMO-OTH雷达的信号处理中,具有良好特性MIMO-OTH发射信号对于目标的精确检测具有重要的意义。本文针对高频段存在众多通信服务的现状,提出一种频谱共存的波形设计算法,以在被通信服务占用的频段能量最小为优化目标,以相似度和恒模作为约束条件,使用极大极小值（Majorize-Minimization,MM）算法进行求解。仿真证明,所设计波形的能量分布能够在被占用方位和频段形成凹陷,避免两者之间的相互干扰。（3）针对传统恒虚警检测算法难以检测到微弱目标的问题,本文将TBD算法应用到MIMO-OTH雷达中,以改善系统对微弱目标的检测性能。本文以广义似然比准则设计了复高斯海杂波背景下的值函数,并使用动态规划（Dynamic Programming,DP）的方式对TBD算法进行实现。在TBD算法的实现中采用消除多普勒参数的方式,将二维DP变成一维DP,有效地降低了算法复杂度并提高了算法的适用性。仿真实验证明,本文设计的值函数的检测和跟踪性能要优于以幅度作为值函数的TBD算法;同时证明了TBD算法在MIMO-OTH雷达中的有效性。（4）MIMO-OTH雷达系统的多模多径和电离层的相位污染研究。在本系统中采用二维接收阵列获取目标回波的俯仰角信息,实现对多模多径的抑制。针对电离层对回波的相位污染,导致海杂波频谱展宽的问题,提出了一种新的基于多项式的电离层相位污染校正算法,利用五次多项式函数来估计相位污染函数,并给出五次多项式的系数估计方法。仿真实验证明,本算法能够有效地消除电离层相位污染对回波信号的影响。

关键词： MIMO-OTH雷达波形设计 TBD算法电离层相位污染校正