基于改进时频分析方法的天波雷达机动目标检测算法研究

在天波超视距雷达(OTHR)中,基于时频分析技术的机动目标检测算法具有信噪比要求低和参数估计精度高等优点。但是传统的时频分析方法计算量大,难以满足实际工程应用需要。针对该问题,该文提出一种新的时频分析方法,该方法构造时间-频率变化率的联合域并沿时间轴进行积分实现机动目标的检测和参数估计。由于该算法积分路径的特殊性,可以避免使用Hough变换,进而减小算法计算量,使其满足实际工程需要。仿真结果表明,该算法在低信噪比(SNR)下检测效果好,运算量低,且具有更高的参数估计精度;此外,该算法对不同时刻的频率变化率成分进行了积累,有效抑制了多机动目标引起的交叉项,避免了虚假目标的出现。     

天波超视距雷达数据处理算法综述

数据处理是天波超视距雷达实现目标探测的关键技术之一。首先给出了天波超视距雷达数据处理所面临的困难,总结了数据关联、航迹融合、坐标配准、性能评估、杂波建模等,对新技术的发展进行了探讨,并指出检测前跟踪、雷达与环境系统一体化处理、基于多输入多输出的天波超视距雷达数据处理、测试与评估、协同处理与多源信息融合等将是天波超视距雷达数据处理的主要发展方向。     

一种适用于天波超视距雷达的TBD工程化算法

从天波超视距雷达探测目标信噪比伏大的实际情况出发,提出了一种适用的检测前跟踪(TBD)工程化算法。通过对信噪比起伏大的重点目标进行关联降门限检测,大幅提高了重点目标的检测概率。相比于常规的TDB算法,文中提出的算法原理更加简单,算法复杂度低,十分易于工程实现。     

天波超视距雷达目标RCS模拟新方法

基于天波超视距雷达探测距离远、覆盖范围大和受外界环境影响等特点,提出了一种利用可移动式应答机模拟天波超视距雷达目标雷达反射截面(RCS)的方法,并对所模拟的RCS的精度进行分析,提出精度校准办法。车载移动应答机具有机动性强、结构简单的优点,若用来模拟目标的雷达反射截面,并利用到天波超视距雷达探测威力的评估中,则能获得较好的效果。     

基于高阶奇异值分解的天波雷达海杂波抑制算法

天波超视距雷达的监测范围非常广,实际中经常要求其在短相干积累时间(Coherent Integration Time,CIT)条件下检测舰船目标,然而短CIT导致多普勒分辨率降低,很难从强大海杂波中检测出舰船目标.针对上述问题,提出了基于高阶奇异值分解(Higher-Order Singular Value Decomposition,HOSVD)子空间估计的海杂波抑制算法.利用舰船目标所在距离单元的回波数据建立Hankel张量,然后采用HOSVD求解Hankel张量的海杂波子空间和目标子空间,应用正交投影方法将Hankel张量映射到目标子空间以抑制海杂波.仿真结果表明:该方法与现有子空间类海杂波抑制方法相比,提高了主旁瓣比和信干噪比.     

基于规格化Hough变换的天波超视距雷达检测前跟踪算法

基于Hough变换的检测前跟踪算法非常适用于强噪声背景下小目标的检测.对于天波超视距雷达(OTHR)来说,探测目标距离可达几千公里,测量精度和雷达分辨率都很低.将基于Hough变换的检测前跟踪算法应用于天波超视距雷达的检测环境中,由于径向距和方位量测数量级相差较大,造成检测性能急剧下降,因此提出基于规格化Hough变换的检测前跟踪算法.针对高斯噪声背景中的飞机目标,仿真结果表明提出的算法具有较好的检测性能.     

天波雷达匹配域处理测高方法目标机动影响分析

针对目标高度和飞行速度机动变化引起测高精度下降的问题,建立了一种基于目标机动的天波超视距雷达信号模型,提出了一种改进的机动目标匹配域处理（Maneuvering Target Matched Field Processing,MTMFP）测高算法。该算法首先结合电离层电子密度分布,分析了天波雷达基于微多径的信号传输现象;其次引入目标机动参量（即目标高度变化率和径向加速度）,建立了复距离-多普勒信号模型;最后详细分析了天波雷达MTMFP测高算法的估计性能。理论分析及仿真结果表明:基于所建立的天波雷达机动信号模型,可以实现目标高度变化率和径向加速度的联合估计,12次重访后,目标高度估计误差在500m左右。      

天波超视距雷达的光纤传输系统

本文介绍了我国自行研制的实战型可搬迁式天波超距雷达的模拟中频信号、控制、波控及中频采样的Ｉ／Ｑ数字信号光纤传输系统。通过试验证实，系统设计合理，技术性能达到雷达系统总体要求，为我国雷达领域的光纤传输技术的实验工程应用闯出了一条路子。     

一种自适应天波超视距雷达航迹融合算法

 针对天波超视距雷达在雷达坐标系下跟踪目标时,多路径传播效应下的各模式航迹起始与终结时刻不同而造成航迹缺失条件下的航迹融合问题,本文给出一种自适应天波超视距雷达航迹融合算法,通过应用当前时刻获得的新信息与历史时刻获得的信息联合确定最优关联假设,从而获得最优的目标状态估计.仿真表明,与多假设航迹融合算法相比,本文的算法大大降低了融合结果误差.     

基于改进遗传算法的天波超视距雷达二维阵列稀疏优化设计

针对均匀矩形平面阵在2维阵天波超视距雷达(OTHR)工程应用时阵元数目庞大问题,该文提出利用改进遗传算法进行稀疏优化设计的解决办法。从波束赋形角度出发建立了稀疏矩形平面阵的布阵优化模型;以俯仰波束能分辨OTHR多模传播的波达角(DOA)为原则确定了遗传算法的初始种群;为避免遗传进化中出现早熟和随机漫游现象修正了适应度函数;为实现稀疏率精确控制改进了交叉和变异算子。仿真结果表明,该文算法不仅实现了稀疏率的精确控制,同时提高了优化性能。该文最后对2维稀疏阵列在OTHR工程应用时的可行性进行了分析,指出其应用条件和存在的技术难点,并给出了相应的解决方案。     

基于复数据经验模式分解的天波超视距雷达瞬态干扰抑制

针对目前大多数瞬态干扰抑制方法需要先抑制海(地)杂波,计算复杂度高等问题,该文提出了一种基于复数据经验模式分解(CEMD)的天波超视距雷达瞬态干扰抑制方法。该方法在CEMD分解雷达回波信号后,同时完成瞬态干扰的检测、挖除和数据重构。它的主要优点是无需抑制杂波,也不需要通过自回归(AR)模型预测恢复数据,运算量小,实用性强。实测数据处理结果表明：该方法可以有效地抑制瞬态干扰。     

一种天波超视距雷达电离层相位污染的校正算法

在天波超视距雷达(OTHR)中,机动目标的多普勒谱展宽,会导致相干积累损失,影响目标检测。传统的时频分析方法将目标回波信号投射到时频域中再通过能量积累实现机动目标检测和参数估计,但该方法在瞬态干扰存在的情况下效果较差且计算量过大。考虑到机动目标和瞬态干扰在时间-频率变化率域中的不同特性,提出了一种基于时间-频率变化率分布(TFRD)的机动目标检测算法,该算法通过TFRD构建时间-频率变化率(T-FR)域,并在T-FR域中进行目标参数估计,可以降低瞬态干扰对机动目标检测的影响。经实测数据仿真验证,该算法可以在瞬态干扰存在的情况下有效地检测出机动目标,而传统的WHT(Wigner-Hough-Transform)算法则由于瞬态干扰影响导致检测错误。此外,该文算法避免了使用Hough变换,减小了运算量,使其可以更好地应用于工程中。     

基于空间相关电离层模型的天波雷达目标跟踪

天波超视距雷达(简称天波雷达)(OTHR)通过电离层反射效应可实现对多种高价值目标的远程预警。天波雷达目标跟踪算法设计中,电离层建模对其跟踪性能至关重要。该文考虑现实中电离层的空间相关性,提出一种基于高斯马尔可夫随机场(GMRF)的电离层虚高模型,以及相应的天波雷达多路径目标跟踪方法。该方法在贝叶斯估计的基础上,对多路径杂波环境下目标状态估计与电离层虚高参数进行联合建模与估计。该方法有效建立起了不同电离层区域之间的相关性,能够在电离层量测有限的情况下推断未量测区域的电离层虚高,改善电离层虚高参数辨识精度,进而提高目标跟踪精度。仿真结果表明基于空间相关性的电离层模型可以有效改善天波雷达目标跟踪性能。     

基于相似性传播的天波雷达多路径量测聚类

电离层多层结构特性使得天波雷达(OTHR)与目标之间存在多条信号传播路径,进而可能对单目标产生多路径量测。该文考虑了天波雷达多路径量测聚类问题,其需要同时对多路径量测进行电离层传播路径辨识和聚类。由于天波雷达量测模型假设1个目标通过1种电离层传播路径至多产生1个量测,因此需要考虑多路径聚类约束。该文将相似性传播聚类扩展到多路径约束模型,并提出一种新的多路径相似性传播聚类算法。该算法通过构建多路径量测聚类的概率图模型,将聚类问题转化为概率图模型隐变量的推断问题,采用最大和置信传播算法近似求解聚类变量的最大后验概率。算法优点包括可以自动识别聚类团数目,单次消息传播的时间复杂度为量测个数和传播路径个数乘积的平方。仿真实验分析表明,所提算法较多路径多假设聚类算法具有更好的聚类性能。     

基于信号阻塞矩阵检测OTHR舰船目标

为了提高天波超视距雷达目标检测效能,实战中要求在短相干积累条件下检测舰船目标。但是短相干积累时间会导致回波谱的多普勒分辨率降低,增加从强大的海杂波中检测出舰船目标的难度。针对这一问题,提出了一种基于信号阻塞矩阵检测海面舰船目标的新方法。该方法通过构造阻塞矩阵对海杂波进行抑制,使舰船目标最终显现出来。与传统的Root海杂波迭代对消法相比较,新方法不需要估计信号的幅度和初相,缩短了计算时间,减小了估计误差,且能在低信噪比或目标多普勒频率靠近一阶Bragg峰的情况下获得更佳的目标检测性能。以上结论和比较得到了模拟和实测数据的验证。     

基于最大似然法的天波超视距雷达相位解污染算法

电离层解相位污染是天波超视距雷达信号处理的关键技术之一。由于模型的不准确性和电离层的复杂性,已有算法在污染较大时大多精度不高。该文提出一种基于最大似然法的相位解污染算法。该算法将信号建模为相位多项式,通过最大化似然函数来实现污染相位的估计。为了避免最大似然法中的矩阵求逆运算,该文进一步将最大似然问题转化为最小二乘问题,利用遗传算法求解相位系数。仿真结果表明,与传统算法比较,该文算法具有以下优点：相比HRR算法和CED算法,该文算法精度更高,校正后的信号频谱更加尖锐;在相位污染较大的情况下,该文算法仍具有较高的精度,有利于目标信息的提取;该文算法采用高阶多项式,避免分段处理和矩阵求逆,简化了运算。     

一种改进的基于峰值信噪比-高阶奇异值分解的天波超视距雷达自适应海杂波抑制算法

天波超视距雷达(OTHR)舰船目标的检测性能受目标区海杂波的影响严重,准确且自适应的海杂波抑制效能对改善低可探测舰船目标的检测性能意义重大。该文针对基于高阶奇异值分解(HOSVD)的海杂波抑制算法非自适应机制的不足,通过引入峰值信噪比(PSNR),提出一种改进的基于PSNR-HOSVD的自适应算法。该算法仅利用第3等效模式展开矩阵的左奇异向量构造一个投影矩阵,相比于HOSVD算法,该文算法可有效降低计算复杂度,同时由于海杂波仅在第3等效模式展开矩阵的列空间中具有聚集特性,因此该文算法具有比HOSVD算法更好的海杂波抑制性能。实测数据处理结果表明,在电离层状态理想和非理想的情况下,该文PSNR-HOSVD自适应算法的性能均优于EVD自适应算法和HOSVD非自适应算法。     

短相干积累条件下天波超视距雷达的舰船检测

天波超视距雷达(OTHR)的观测范围非常广,实战中经常要求在短相干积累条件下检测出舰船目标。然而短相干积累时间带来的低多普勒分辨率很难从强大的海杂波中区分出舰船。为了解决这一问题。可以采用海杂波循环对消法,这就要求对杂波参数进行精确估计。传统方法直接利用Fourier谱中的最大幅度估计杂波参数,估计精度不高从而导致对消性能不太理想。该文提出了一种新的基于FFT相位分析的杂波对消法。该方法与传统的杂波对消相比,有效提高了参数估计精度,减小了剩余杂波强度和扩散程度,有利于舰船目标的峰值显露和从剩余杂波中区分出舰船。以上分析和比较得到了实测数据的检验。