高频雷达信号电离层污染及时频分析方法研究

论文摘要

天波超视距雷达（Over-the-Horizon Radar—OTHR）在现代雷达中是较为特别的一种,它工作在330MHz的高频频段,利用电离层对高频信号的反射作用自上而下地进行目标探测。它对付低空和超低空突防、反辐射导弹以及隐身飞机等具有天然优势,同时能够提供大范围的早期预警且预警时间远远超出一般雷达。因此,OTHR在现代防空体系中的作用越来越突出,具有重大的军事意义。但是OTHR的高频工作波段、利用电离层反射进行传播以及下视工作方式也使得它在信号处理上面临许多问题。例如相位污染带来频谱的展宽,极大的影响了目标的检测;多模传播使得接收信号的多普勒谱发生重影,存在两个以上的Bragg峰,这也导致了杂波区域的扩大,影响了目标检测。这些问题的解决对于提高OTHR的性能,发挥OTHR的优势起着至关重要的作用。本文所做的工作归纳起来,主要包括以下几个方面:（1）研究分析电离层对电波传播的影响。由于课题研究的对象是电离层中传播的电波,所以了解电离层对其间传播的电波的影响是很必要的。重点研究分析了雷达回波的电离层效应,其中包括电离层对雷达回波谱幅度的影响、电离层对雷达回波谱相位的影响以及电离层对高频雷达工作的影响。（2）深入研究了OTHR电离层污染的校正。首先针对电离层相位扰动的解污染,对目前的几种解污染方法进行了讨论,分析了每一种方法的优点和不足。重点针对其中的特征分解法和相位梯度法进行了仿真和讨论。用特征分解法和相位梯度法分别对模拟海杂波加入目标信息的信号进行相位校正,以及对算法进行性能分析。（3）在多模传播存在的解相位污染部分,对于多模传播的回波具有完全不同的相位扰动这一复杂情况,提出利用小波变换时频分析的方法对整个回波数据进行处理。该方法既解决了短时Fourier变换时间分辨力和频率分辨力之间的矛盾,同时没有引入交叉项,从而可以发现信号在时频域上的细节特征,进一步找到目标信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 超视距雷达体制
• 1.1.2 电离层对天波超视距雷达的污染
• 1.2 课题背景与研究现状
• 1.2.1 课题背景
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 研究内容与本文安排
• 第2章 电离层对高频天波雷达的影响
• 2.1 电离层结构
• 2.2 电离层中的电波传播
• 2.2.1 电波斜向入射
• 2.2.2 电离层对电波的散射作用
• 2.2.3 电离层信道的描述方法
• 2.3 雷达回波的电离层效应
• 2.3.1 电离层对雷达回波幅度的影响
• 2.3.2 电离层对雷达回波谱的影响
• 2.3.3 电离层结构对高频雷达工作的影响
• 2.3.4 电离层不稳定现象及影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 电离层相位扰动的解污染
• 3.1 信号模型
• 3.2 海杂波模型
• 3.2.1 一阶散射
• 3.2.2 二阶散射
• 3.2.3 杂波模拟
• 3.3 相位污染的数学表示及特点
• 3.4 相位扰动的解污染方法
• 3.4.1 相位梯度法
• 3.4.2 特征分解法
• 3.5 解污染的仿真实验
• 3.5.1 相位梯度法的解污染仿真
• 3.5.2 特征分解法的解污染仿真
• 3.5.3 相位梯度法的性能分析
• 3.5.4 特征分解法的性能分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 多模传播存在时的相位扰动解污染
• 4.1 多模传播的数学表示及影响
• 4.2 基于时频分析的解污染
• 4.2.1 短时傅立叶变换
• 4.2.2 魏格纳分布
• 4.2.3 小波变换
• 4.3 时频分析法的解污染仿真
• 4.4 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