高頻天地波雷達(dá)電離層相徑擾動建模及抑制.pdf

1、高頻天地波雷達(dá)工作在天波發(fā)射,最后地波接收的方式下，以實現(xiàn)對空間或海面目標(biāo)的探測。由于天波發(fā)射路徑需要經(jīng)過電離層的反射，而電離層本身具有時變性、非平穩(wěn)性、色散性及有耗性，同時其分層結(jié)構(gòu)也使得在其中傳播的短波信號相位路徑產(chǎn)生線性、非線性變化以及多模多徑效應(yīng)，進(jìn)而引起海雜波譜發(fā)生頻移和展寬現(xiàn)象。這種雜波譜的展寬直接導(dǎo)致較慢目標(biāo)被淹沒，進(jìn)而影響雷達(dá)對此類目標(biāo)的探測效果。多模多徑效應(yīng)通?？梢酝ㄟ^頻率選擇來處理，即盡量選擇單一模式工作頻率來處理；

2、但是電離層對信號產(chǎn)生的相位路徑擾動具有時變特性，且目前很難準(zhǔn)確預(yù)測，由此產(chǎn)生的相位污染也千差萬別。
　　電離層相位污染會引起雜波譜發(fā)生展寬。如果從展寬雜波中可以提取相關(guān)相位污染函數(shù)，便可以構(gòu)造出所需的污染補(bǔ)償函數(shù)。利用獲得補(bǔ)償函數(shù)對雷達(dá)回波信號進(jìn)行補(bǔ)償，可以使回波譜峰銳化，從而到達(dá)提高雷達(dá)目標(biāo)探測性能的目的。目前已有很多按照上述思想的方法被提出，其途徑就是從展寬雜波譜中提取電離層相位污染信息，如從合成孔徑雷達(dá)中引入用于解決相位污染

3、的相位梯度法(PGA)和最小熵搜索法，以及廣泛應(yīng)用的最大熵譜估計法、偽維納(PWVD)分布法等。雖然電離層去污染算法層出不窮，但這些算法都是基于一定的假設(shè)條件下（如，大多數(shù)算法都是基于正弦污染模型提出的去污染算法），實際應(yīng)用時補(bǔ)償效果很難讓人滿意，主要原因是該問題的解決單純從信號處理角度很難突破。電離層相位污染的實質(zhì)是電波傳播過程中，電子濃度的時變特性導(dǎo)致相位路徑產(chǎn)生時變擾動，進(jìn)而引起雜波譜的展寬。因此，有必要深入研究電離層電波傳播的污

4、染機(jī)理，建立電離層時變相徑擾動模型，發(fā)展或提出相應(yīng)的去污染方法。
　　基于此，本論文從電離層傳播機(jī)理角度探索相徑擾動模擬方法以及抑制技術(shù)，旨在從本質(zhì)上較好地對電離層污染進(jìn)行抑制，適用條件更為寬泛。首先，通過對國際參考電離層模型（IRI-2012）和多準(zhǔn)拋物線模型（MQP）進(jìn)行混合建模得到電離層時變參數(shù)模型。這既解決了MQP模型需要實時獲取參數(shù)不便的問題，同時避免了單純使用IRI模型仿真精度低的問題；然后，以上述的電離層混合模型的電

5、子濃度剖面為基礎(chǔ)，分別推導(dǎo)了不同電離層結(jié)構(gòu)模型下（包括五層MQP、三層MQP以及單層QP）模型下的相位路徑解析計算公式，并利用射線追蹤技術(shù)獲取相干積累時間內(nèi)相位路徑隨時間的變化，從而獲得相徑擾動的變化曲線。以Weierstrass逼近定理為理論基礎(chǔ)，利用最小二乘擬合方法對相徑擾動曲線進(jìn)行多項式擬合，最后通過仿真實驗驗證了本方法合理性。再結(jié)合三種廣泛應(yīng)用的去相徑擾動算法：相位梯度法（PGA），時域相關(guān)算法（TCA）和能量加權(quán)相位差分估計算