高频天波雷达电离层去污染算法研究

论文摘要

现今社会,随着生产力的提高,各种科学技术飞速发展,尤其是计算机科学、通信科学等方面,在此过程中,电磁波在电离层中的传播特性被越来越多的使用,以完成超视距探测、远距离通信、大范围导航等活动。通过电离层研究以上工作有监测范围广、预警时间长、防低空及超低空突防、反隐身等优点。但是电离层容易受到各种环境因素的影响,使得传播时通过电离层的电磁波会受到干扰,这种情况严重影响雷达探测的结果。因此为了提高雷达系统对电离层多变特性的适应能力和探测性能,研究电离层的各种特性以及电离层相位污染的校正算法具有重要意义。本文主要内容如下:1、对电离层进行概述,同时阐述了电离层对电波传播的影响。根据电离层特性提出猜想,在短时间、小范围内的电离层是稳定的且变化趋势相同。最后建立了电离层相位污染的数学表达形式,描述了电离层相位污染的特点。2、分析研究现有电离层去污染算法。对相位梯度法、最小熵搜索法、自相关算法进行了仿真实验和性能分析。提出一种基于时域相关的电离层污染校正算法。一些强回波源,例如目标回波、杂波、直达波信号等,它们具有很强的时域相关特性,可以用于构建时域相关矩阵。这一时域相关矩阵包含回波的频率以及相位污染的信息。在本文中,我们使用二维FFT来估计这些强回波的频率,然后可以得到电离层污染函数并将其校正。引入了仿真实验来验证本算法的有效性,并与其余算法的性能进行了一些比较。3、简要研究BURG算法及MUSIC算法在频域超分辨中的应用。对于本文所研究的电离层相位污染校正算法来讲,一般需要确定特显点的位置才能进一步对信号进行处理,同时信号处理最终结果也需要较高的分辨率才能更好的得到,所以需要研究有效的超分辨算法,以提高相位污染校正的测量精度,以及从整体上提升雷达的测量精度。故本文将对两种比较常用的频域超分辨Burg算法和Music算法进行简单的研究和分析。4、最后进行实验数据分析。通过实验数据分析对时域相关算法和超分辨算法进行进一步分析并得出结论。通过实验数据分析验证相邻波束相邻距离单元所受到的相位污染相似这一猜想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 主要研究内容及研究方案
• 第2章 电离层对信号传播的影响
• 2.1 电离层概述
• 2.2 电离层等效定理
• 2.3 电离层对雷达信号的影响
• 2.3.1 电离层对电磁波幅度和频谱的影响
• 2.3.2 电离层结构对高频雷达工作的影响
• 2.4 相位污染的数学表达与特点
• 2.5 本章小结
• 第3章 电离层相位污染校正
• 3.1 电离层相位污染校正算法原理
• 3.1.1 相位梯度法原理
• 3.1.2 最小熵搜索法原理
• 3.1.3 自相关算法原理
• 3.1.4 时域相关算法原理
• 3.2 仿真实验及性能分析
• 3.2.1 最小熵搜索法仿真实验及性能分析
• 3.2.2 自相关法仿真实验及性能分析
• 3.2.3 相位梯度法及时域相关算法仿真实验及性能分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 频域超分辨在OTHR 信号处理中的应用
• 4.1 超分辨算法原理
• 4.1.1 Burg 算法原理
• 4.1.2 MUSIC 算法原理
• 4.2 仿真实验及性能分析
• 4.2.1 Burg 算法仿真实验及性能分析
• 4.2.2 MUSIC 算法仿真实验及性能分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验数据处理及分析
• 5.1 时域相关算法实验
• 5.2 相近波束及相近距离相位污染分析
• 5.3 超分辨算法实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢