高频雷达海杂波特性分析及抑制方法研究

论文摘要

高频地波雷达利用垂直极化电磁波可沿海面绕射传播的特点,能够实现对视距外海洋环境监测及海面目标的探测和跟踪。海杂波作为高频雷达海上目标检测的主要背景和干扰,强海杂波会屏蔽慢速目标从而形成目标检测的盲区。为了在海杂波背景中检测目标,本文分析高频雷达海杂波特性,并在此基础上研究海杂波的抑制方法。本文对单基地、双基地雷达海杂波的频率特性、统计特性以及散射特性进行分析。高频雷达海浪回波在多普勒域中显示出两个幅度明显占优的一阶Bragg峰,在一阶谱周围还有一片比其低十几分贝的二阶连续谱。经过雷达接收机的正交双通道处理后,海浪回波幅度的平方和服从瑞利分布。雷达工作参数和海态等因素会对海杂波的多普勒谱产生一定的影响,随着雷达的工作频率提高或者海面风速增加海杂波的幅度都会变大然后趋于饱和。顺风而行的波浪所引起的一阶、二阶海杂波谱比逆风而行的高。针对双基地雷达,本文就双基地角所引起的一阶海杂波展宽进行理论分析,推导出展宽的计算公式。双基地角展宽效应随着雷达探测距离的增加逐渐减小,雷达进行远距离探测时可以忽略该展宽效应。提高距离分辨率或者角度分辨率、减小双基地基线长度,海杂波展宽值都会有微弱的减小。对于双基地雷达,展宽的海杂波更容易淹没慢速目标。本文针对双基地海杂波抑制问题进行深入研究,总结出三种双基地海杂波抑制方法。雷达实测数据处理结果说明:Root循环对消法和奇异值分解法在对海杂波抑制的同时,能探测到位于一阶Bragg频带外的目标,但会损失频带内目标信息。针对这一问题,考虑到目标和海杂波空间相关性不同,本文应用子空间算法抑制双基地海杂波,该算法能够以较大的信杂比探测到位于一阶Bragg频带内外的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景的背景和意义
• 1.2 高频地波雷达的发展概述
• 1.3 双（多）基地雷达海杂波的发展概述
• 1.4 高频地波雷达海杂波的研究现况
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 单基地雷达海杂波特性分析与仿真
• 2.1 单基地雷达海杂波频率特性分析
• 2.1.1 一阶海杂波频率特性分析
• 2.1.2 二阶海杂波频率特性分析
• 2.2 单基地雷达海杂波统计特性分析
• 2.3 单基地雷达海杂波散射特性分析
• 2.3.1 一阶海杂波散射特性分析
• 2.3.2 二阶海杂波散射特性分析
• 2.4 单基地海杂波的影响因素
• 2.4.1 雷达的工作频率对海杂波的影响
• 2.4.2 风速对海杂波的影响
• 2.4.3 风向对海杂波的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 双基地雷达海杂波特性分析与仿真
• 3.1 双基地海杂波频率特性分析
• 3.2 双基地海杂波散射特性分析
• 3.2.1 一阶海杂波散射特性分析
• 3.2.2 二阶海杂波散射特性分析
• 3.3 双基地海杂波的影响因素
• 3.3.1 雷达的工作频率对海杂波的影响
• 3.3.2 风速对海杂波的影响
• 3.3.3 风向对海杂波的影响
• 3.3.4 双基地角对海杂波的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 双基地雷达一阶海杂波展宽分析
• 4.1 双基地雷达一阶海杂波的频域特性分析
• 4.2 双基地一阶海杂波展宽的数值计算
• 4.3 双基地一阶海杂波展宽的仿真
• 4.4 双基地一阶海杂波展宽的影响因素
• 4.4.1 距离分辨率的影响
• 4.4.2 角度分辨率的影响
• 4.4.3 基线长度的影响
• 4.5 极限条件下一阶海杂波展宽效应
• 4.6 实际雷达系统一阶海杂波展宽分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 海杂波的抑制
• 5.1 高频雷达信号处理基本原理
• 5.1.1 海杂波的信号模型
• 5.2 基于奇异值分解法抑制海杂波
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 仿真实验及结果
• 5.3 基于Root 循环对消法抑制海杂波
• 5.3.1 算法原理
• 5.3.2 仿真实验及结果
• 5.4 基于子空间算法抑制海杂波
• 5.4.1 算法原理
• 5.4.2 仿真实验及结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢