分布式雙基地波雷達若干問題研究.pdf

1、高頻地波雷達具有超視距探測能力,不僅能夠覆蓋常規(guī)微波雷達和天波雷達的探測盲區(qū),而且在反隱身、反低空突防、抗反輻射導彈和遠程預警等方面具有突出的優(yōu)勢。但由于發(fā)射信號的波長較長,現(xiàn)役高頻地波雷達普遍存在“陣地大、選址難、角度分辨率低、機動性差”等問題,干擾和雜波也是影響高頻地波雷達目標檢測的主要因素,特別是短波通信和廣播電臺等射頻干擾以及電離層雜波等問題最為突出,亟待進一步解決。
　　因此,結合“岸-艦雙基地波超視距雷達”課題,論文圍

2、繞分布式雙基地波雷達展開相關研宄,包括岸基收發(fā)陣列分布式陣列結構設計、分布式陣列下的DOA估計方法研宄、岸基收發(fā)陣列校準、射頻干擾抑制方法研宄、雙基地體制下電離層雜波建模以及雜波抑制方法研宄,具體工作概括如下:
　　1.分布式雙基地波雷達方案設計及其DOA估計方法研宄。首先針對現(xiàn)役高頻地波雷達存在的“陣地大、選址難、角度分辨率低、機動性差”等四大問題,提出分布式雙基地波雷達的設計思想:分布式雙基地波雷達保留岸-艦雙基地波超視距雷達

3、的綜合脈沖孔徑技術以及海上接收平臺機動靈活的優(yōu)點,同時引入分布式陣列技術,改進岸基發(fā)射陣列結構為分布式收發(fā)陣列,使分布式雙基地波雷達具有單基地M IM O和雙基地M IS O兩種工作模式;其次給出了分布式雙基地波雷達的發(fā)射波形,并通過對信號處理流程的分析,得到兩種工作模式下的等效接收陣列模型;然后對分布式雙基地波雷達DOA估計進行著重研宄,通過對信號處理流程和等效陣列模型的分析,指出雷達在單基地工作模式下用CBF、Capon和MUSIC

4、等常規(guī)方法作DOA估計會導致雷達的接收數(shù)據(jù)處理量過大,在雙基地工作模式下,因其等效接收陣列具有分布式結構,陣列方向圖存在柵瓣,運用上述常規(guī)的DOA估計方法會出現(xiàn)角度模糊問題。針對這兩個問題,論文提出一種基于壓縮感知的DOA估計方法,利用壓縮感知通過少量觀測數(shù)據(jù)即可高概率獲取目標準確信息的優(yōu)勢,在保證DOA估計精度的同時,降低單基地工作模式下接收數(shù)據(jù)的處理量和DOA估計的運算量,避免了雙基地工作模式下等效陣列方向圖柵瓣引起的角度模糊問題。

5、仿真實驗分析說明了分布式雙基地波雷達的優(yōu)點及其在DOA估計方面應用常規(guī)方法時出現(xiàn)的問題,驗證了論文提出的基于壓縮感知的DOA估計方法的有效性及正確性。
　　2.分布式雙基地波雷達岸基收發(fā)陣列校準。對兩種工作模式下的陣列誤差進行分析,在此基礎上探討利用這兩種工作模式對岸基收發(fā)陣列的發(fā)射陣元和接收陣元分別進行誤差校準的方案:首先在雙基地工作模式下對發(fā)射陣元進行校準,采用岸-艦雙基地波超視距雷達的校準方式,利用海上接收平臺接收到的直達波

6、信號,并通過數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣擬合(C M F)方法或子空間擬合(SF)方法校準發(fā)射陣元的幅相誤差;然后在單基地工作模式下對接收陣元進行校準,由于該模式下的等效陣列的陣元數(shù)較多,導致幅相誤差校準的運算量大,因此采用對等效陣列中部分陣元進行校準的策略,利用大型艦船目標回波、有方向性的強射頻干擾和強電離層雜波,并通過基于MUSIC的陣列自校準方法校準接收陣元的幅相誤差。論文還給出了陣列幅相誤差校準的克拉-美羅界。最后通過仿真實驗驗證了岸基收發(fā)陣

7、列誤差校準方案的可行性以及所用到的校準方法的有效性。
　　3.高頻地波雷達射頻干擾抑制研宄。論文以分布式雙基地波雷達為研宄對象,首先分析了射頻干擾在該雷達下表現(xiàn)出的時域、距離域、多普勒域以及空域特性;其次介紹了射頻干擾時域剔除法,并指出該方法檢測閾值的設定會直接影響干擾抑制效果,且方法只能用于射頻干擾較少的白天,在干擾密集的夜間該方法失效,針對上述缺陷,論文提出一種基于壓縮感知的射頻干擾抑制方法,同樣利用射頻干擾的時域特性,方法通

8、過對每個調頻周期選取少量“干凈”的時域采樣數(shù)據(jù),利用壓縮感知重構算法分別獲得目標準確的距離信息和速度信息。此外,論文還探討運用盲信號處理的方法來分離射頻干擾的構想,根據(jù)單載頻射頻干擾在各調頻周期間具有很強的相關性且與目標回波不相關的特點,在單接收通道對多個調頻周期采用獨立分量分析算法將射頻干擾與目標回波分離開。最后通過仿真實驗分別驗證了基于壓縮感知和基于獨立分量分析的射頻干擾抑制方法的有效性。
　　4.雙基地體制下的電離層雜波研宄

9、。首先介紹了高頻地波雷達電離層雜波的成因,并針對雙基地體制下電離層雜波的空域特性和多普勒特性進行分析,給出了雜波在雙基地體制下方位、俯仰和錐角之間的關系,分析了海上移動接收平臺接收的回波信號中電離層雜波多普勒頻率的組成,綜述了國內外已經(jīng)研宄的電離層雜波特性;其次,論文根據(jù)電離層雜波特性,采用隨機信號建模法分別建立了電離層鏡像折射雜波和電離層散射雜波模型;然后利用特征值分解方法,提出“時域信號”抑制方法,對電離層鏡像折射雜波這類強雜波進行