天波超视距雷达海杂波模型修正与特性分析

因受电离层调制影响,传统的高频海杂波模型难以全面描述天波超视距雷达海杂波的空域非均匀性和时域非平稳性。该文首先基于传统的Walsh 高频海杂波模型分析了洋流的影响,提出电离层子反射面模型的概念,揭示了相干处理间隔内电离层对高频信号频谱的调制机理;然后通过建立电离层等效反射面,并将其分解为多个子反射面的方式,给出可以综合反映不同海态、不同电离层状态的天波超视距雷达海杂波修正模型。最后结合数学描述,利用该文修正模型反演分析了由电离层的空域非均匀、时域非平稳引起的典型高频海杂波多普勒偏移、展宽、分裂和多径复杂现象的实测数据多普勒谱,仿真与实测数据多普勒谱验证了所提修正模型的准确性与鲁棒性。     

天波超视距雷达海杂波特性研究

本文首先根据高频电磁波与海面相互作用产生Bragg谐振散射的特性分析了一阶海杂波的产生机理,得到了一定入射余角条件下一阶海杂波的多普勒频移特性,然后对天波雷达体制下海杂波的平均后向散射系数建模,仿真分析了雷达频率、海面风速、风波角、海浪有向波高谱关于海面风向的扩展程度等参数对一阶海杂波后向散射的影响,得出各参数对一阶海杂波后向散射的影响规律。     

基于混沌学的海杂波分析

介绍了关联维和Lyapunov指数等用于表征未知混沌动态系的重要概念及算法，描述了海杂波的动态特性，进行了海杂波的计算机模拟。通过对模拟海杂波的混沌分析得出，海杂波有有限的关联维和正的Lyapunov特征指数。说明海杂波是混沌的，耗散的和物理可实现的动力学系统。     

一种基于压缩感知的天波超视距雷达短时海杂波抑制方法

针对传统时域对消方法在短时条件下杂波重构精度低、抑制性能差的缺陷,该文提出一种基于压缩感知的天波雷达短时海杂波重构及抑制方法。首先对天波雷达短时回波模型进行了建模,在此基础上分析了利用压缩感知进行短时海杂波重构的合理性;其次分别从基于复冗余正弦字典的回波稀疏表示、基于降维字典的传感矩阵表示和基于改进的正交匹配追踪算法的杂波重构及抑制3个步骤对所提算法进行了详细阐述;最后进行了计算机仿真分析和实测数据验证。相关结果表明,在短时条件下,所提方法较传统时域对消方法和子空间类抑制方法具有较优的杂波抑制性能和工程应用价值。     

一种改进的天波雷达海杂波循环对消算法

在天波超视距雷达中,舰船等慢速目标的频谱通常靠近强大的海杂波谱,检测难度大,在短相干积累条件下,回波频谱的多普勒分辨率降低,进一步增加了目标检测难度。目前的海杂波抑制方法主要是循环对消法,但是传统的循环对消方法仅通过傅里叶变换后最大谱线来估计频率,频率估计精度不高,杂波残留严重,而且容易将目标信号也对消掉。针对该问题,提出了一种改进的循环对消算法,该算法中,首先给出了短相干积累下海杂波频率的高精度估计算法,利用最大的3根谱线进行插值来对粗估计得到的频率进行校正,从而精确估计海杂波频率,在此基础上估计时域的海杂波信号;为了避免将目标信号也对消掉,进一步给出了海杂波的频率界限,只在杂波界限内进行海杂波循环对消;与传统算法相比,所提算法能够对海杂波参数进行高精度估计,从而减少了对消过程中剩余杂波的能量,有利于舰船目标的峰值显露,而且杂波频率界限的使用能够避免将目标信号对消掉,提高了目标的检测效能。仿真和实测数据处理结果均表明,与传统循环对消法相比,所提算法能用更少的对消次数凸显出舰船目标,而且残留杂波能量更低。     

天波超视距雷达杂波属性差别方法研究

提出了一种基于天波超视距雷达地、海杂波频谱特性,采用空间单元杂波幅度峰值检测结果判别地、海及地海交界线杂波属性的方法,可判别出具有多普勒频率偏移的地海杂波,并利用某雷达实测数据对该方法进行了验证。采用该方法绘制出的某区域海岸线地海杂波分布图与地图形状基本吻合。     

舰载超视距雷达海杂波仿真

通过对舰载高频超视距雷达信号体制的分析，实现了目标距离和速度信息的提取；针对舰载超视距雷达的特点，重点对海杂波的展宽机理进行了分析，提出了相应的仿真方法，并与实际采集的海杂波信号进行对比分析，以验证仿真的有效性。     

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。     

超视距雷达海杂波与干扰信号的多域特征与海杂波检测

针对超视距(OTH)雷达接收信号成分复杂的问题,该文提出基于多域组图的信号分析方法,讨论海杂波、瞬态干扰和射频干扰的多域特征.运用时域、频域、距离域、重复周期和多普勒5域,组合为6种2维矩阵图,提出雷达接收数据的五域六图(5D6M)方法.通过五域六图,各种接收信号成分在多个域得以分离,海杂波和干扰在不同域的特征得以体现,清晰展示海杂波的频谱和多普勒谱特性、瞬态干扰的大功率和短时性以及射频干扰的窄带与多普勒特性.基于五域六图的信号特性分析,能够为雷达信号分析与处理提供很好的帮助.该文以海杂波为例,设计了基于频域-多普勒域的海杂波多普勒单元检测的新方法.     

超视距雷达海杂波与干扰信号的多域特征与海杂波检测

针对超视距(OTH)雷达接收信号成分复杂的问题,该文提出基于多域组图的信号分析方法,讨论海杂波、瞬态干扰和射频干扰的多域特征。运用时域、频域、距离域、重复周期和多普勒5域,组合为6种2维矩阵图,提出雷达接收数据的“五域六图”(5D6M)方法。通过五域六图,各种接收信号成分在多个域得以分离,海杂波和干扰在不同域的特征得以体现,清晰展示海杂波的频谱和多普勒谱特性、瞬态干扰的大功率和短时性以及射频干扰的窄带与多普勒特性。基于五域六图的信号特性分析,能够为雷达信号分析与处理提供很好的帮助。该文以海杂波为例,设计了基于频域-多普勒域的海杂波多普勒单元检测的新方法。     

天波超视距雷达发展综述

在天波超视距雷达系统的短基线多站联合定位中,一般假设多站点电离层反射虚高保持一致,为确定这一假设对定位结果的影响,本文进行电离层探测试验,以研究电离层虚高对多站联合定位精度的影响。试验时分别架设两个接收站模拟短基线超视距雷达系统的接收站点,再在较远距离架设目标站点,利用来自目标站点的发射信号模拟目标的返回信号。本文假设参考站点到目标站点链路的电离层反射虚高和大圆距离是已知的,对于同一工作频率,利用参考站点-目标站点链路上的电离层虚高,去解算定位站点-目标站点之间的大圆距离。参考站点和定位站点相距约90 km情况下,结果显示：目标和定位站(道孚-武汉)大圆距离约为1 260 km时,两条链路的虚高均方根误差约为5.82 km,相应的大圆距离的定位均方根误差约为5.02 km,相对误差约为0.34%;当目标和定位站(乐山-武汉)大圆距离约为1 000 km时,误差分别约为5.5 km, 5.69 km和0.46%。试验结果和理论分析表明,可以从缩短接收站点的布局和降低电离层反射虚高两个方面进一步提高目标定位的精度。本文试验结果可为短基线天波超视距雷达的建设提供较为重要的参考价值。     

小孔径天波超视距雷达多径模糊污染消除及海杂波抑制

由于电离层的结构分层性及厚度的不均匀,在超视距探测中会出现多径模糊的现象,使同一个目标出现在多个距离单元上,造成目标识别的不准确。针对传统天波超视距雷达( OTHR)接收阵列不具备俯仰分辨能力的不足,利用小孔径OTHR在俯仰方向的分辨能力,将几何估计结果与测向结果相结合,在俯仰方向自适应波束形成,消除了多径模糊带来的影响。同时改进了基于奇异值分解( SVD)的海杂波抑制算法抑制海杂波,提高了目标信杂比以便于后续检测。仿真实验结果显示所提方法能够很好地消除多径模糊带来的影响,同时抑制了海杂波,信杂比提高了9 dB。     

高频雷达海杂波的多重分形建模方法研究

将多重分形理论引入高频雷达海杂波建模,提出了一种新的高频雷达海杂波的时域多重分形模型。对比分析了实测数据海杂波、分数布朗运动(FBM)模型和多重分形模型的质量指数函数和奇异指数,结果表明:该多重分形模型与实测数据具有相似的多重分形性。此外,通过对韦布尔分布、对数正态分布和瑞利分布三种最常用海杂波的概率密度函数的比较分析,并利用修正的柯尔莫哥洛夫-斯米尔洛夫(K-S)统计检验,得出了高频雷达海杂波的多重分形模型具有先验的统计特性的结论,从而进一步证明了该多重分形模型的合理性和有效性。     

基于雷达海杂波的大气折射率剖面估计技术

基于雷达海杂波的海洋大气折射率剖面估计简称为RFC,RFC技术能实时地将雷达海杂波中携带的大气折射率空间分布信息提取出来,为舰载雷达和通信系统提供环境评估信息.从Bayes参数统计估计和多参数最优理论的角度简要介绍了RFC的基本原理,其次对其研究历史和研究现状作了介绍,对其有待解决的四个关键问题:传播模型、环境模型、海杂波模型及反演算法作了重点探讨,对其下一步的研究方向作了展望.     

基于海杂波的雷达探测效能估计技术

介绍了基于海杂波的雷达探测效能估计技术的基本原理,并与目前国内常用的雷达探测效能估计方法进行了比较,讨论了该技术实现过程中的3个关键问题：环境模型、电磁波传播模型和海杂波模型,重点分析了该技术的实现方法。     

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.     

我国渤海域微波雷达海杂波功率对数正态分布模化

对流层波导可以使电磁波在较小的衰减下实现超视距传播,也可能造成雷达盲区,引入干扰,降低雷达、无线电通信系统的性能.因此,海上对流层波导参数的实时探测反演具有重要的意义.利用雷达海杂波反演对流层波导（refractivity from clutter, RFC）是当前国内外研究热点.雷达海杂波作为RFC输入的主要信息,其功率在传播路径上分布的随机特性严重影响反演效果,本文利用2011-06-2011-08和2012-07-2012-11渤海域对流层波导测量数据开展传播路径上雷达海杂波功率分布特性研究,有助于反演.比较测量数据和分布模型的概率密度函数表明,传播路径上的微波雷达海杂波功率不服从雷利分布,而服从对数正态分布.     

海杂波特性分析方法研究和比较

在分析了一阶、多阶海杂波产生机理的基础上,从三个方面对现有的海杂波特性分析方法进行了总结和比较,并从统计特性和混沌特性的角度对海杂波特性作了进一步的研究,为全面研究海杂波特性及雷达系统仿真提供了理论依据。     

基于实测数据的分时全极化雷达海杂波分布研究

首先基于IPIX分时全极化雷达的海杂波实测数据,分析了瑞利分布、韦布尔分布、对数正态分布和K分布对实测数据的拟合效果,发现对数正态分布拟合水平极化接收通道的杂波数据效果较好,K分布拟合垂直极化接收通道的杂波数据效果较好,但是仍然存在海杂波"拖尾"区域拟合不理想的情况.为此,假设海杂波中的布拉格散射体的回波服从K分布,离散海尖峰的回波服从对数正态分布,海杂波整体服从K分布和对数正态分布的叠加混合分布,提出了一种具有闭式表达式的混合分布,以改善海杂波分布"拖尾"部分的拟合效果.实测数据分析表明,本文提出的混合分布对海杂波幅度分布的拟合效果优于对数正态分布和K分布.     

波束倾斜修正在天波超视距雷达中的应用

为了修正天波超视距雷达由于波束倾斜引入的方位估值偏差,基于一维相扫雷达波束扫描的原理,分析和阐述了雷达波束倾斜产生的原因,并详细推导了天波超视距雷达波束倾斜修正量的解算过程.通过对典型的场景分析,结果表明:波束倾斜修正的效果取决于对到达波仰角的估计精度.