分布式高频雷达射频干扰抑制与海流反演效果分析

发布时间：2020-06-23 15:21

【摘要】：分布式高频超视距雷达采用多站组网模式,相较于传统海洋监测手段其具有精度高、区域大、连续性强和实时性等方面的优势,为广域的实时海态探测提供了技术保障。然而由于射频干扰具有距离相关、频谱展宽等特征,射频干扰若覆盖在海洋回波信号上会严重影响雷达组网的回波谱,从而导致海洋表面径向流的反演结果错误,进而影响到雷达系统的探测性能。本文针对单频射频干扰建立数学模型,证明了其物理特性,并结合干扰对径向流反演结果的影响进行分析,从而研究了射频干扰算法的抑制效果。全文的主要内容如下:1)介绍了分布式高频超视距雷达的系统结构及波形参数,收发波形采用距离和频率偏置使得回波谱上显示多站数据。对基于该信号模型下的单基地和双基地径向流反演模型进行了推导,阐述了单基地和双基地径向流反演模式下的反演方法,同时简要介绍了实验的硬件设备参数和信号处理流程。2)利用实测数据分析了实验中常见的射频干扰特征,并根据单频射频干扰的数学模型推导了射频干扰在时域、距离域及空域中的分布特性。介绍了频域SVD(Singular Value Decomposition)和空域SVD两种射频干扰抑制算法的基本原理和信号处理流程,并利用分布式高频超视距雷达的实测数据来对比干扰抑制结果。分析了单个距离元距离多普勒图中幅度的抑制效果,结果显示频域SVD算法对干扰抑制效果强于空域SVD算法,而空域SVD算法对于覆盖在海洋回波上的干扰能够更好地进行信号的分离。3)分析了地波雷达信号衰减模型,利用该模型计算各站雷达回波的最大有效探测距离,以提取后续数据进行海流反演。仿真研究射频干扰对海流反演结果的影响,在实测数据中加入两个方向上的射频干扰,干扰方位上呈现虚假海流,非干扰方位上部分海流结果缺失,表明仿真射频干扰对插值前的海流结果有丢失和虚假的影响。插值算法可以适当的修正海流结果但仍无法完全提升数据质量,频域SVD算法对径向流结果的抑制效果强,导致径向流结果缺失较多,空域SVD算法对方位有识别效果,对干扰方向上的数据的抑制效果良好。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN974
【图文】：

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科研建设项目。武汉大学在分布式地波雷达组网技术上也展开了相关的研究，早逡逑在２００９年就分批次在海上进行了分布式高频地波雷达海洋探测试验［３５］，其中包逡逑含３个地波雷达站如图１．１所示，运用ＧＰＳ同步，成功实现了分布式组网雷达系逡逑统海洋探测计划。武汉大学在２０１２年起承担了国家“十二五”邋８６３计划海洋领逡逑域重大专项，该项目致力于分布式高频组网雷达技术的研宄，己经完成了为期５逡逑年的工程设计与实验。同时加入了天波发射站获取到了电离层的部分信息，扩大逡逑了近岸的探测范围。逦逡逑ｒ邋．．邋一＿逡逑Ｉ岸基天－地波－体化观櫰｜逡逑丨远海移动平台（船载、彟）天－地波－体化观测逡逑图１．２分布式高频地波雷达海洋探测网络图逡逑在海洋表面动力学参数反演的应用反面，最早是由Ｌｉｐａ、Ｂａｒｒｉｃｋ等人提出逡逑４逡逑

系统结构图,超视距雷达,组网,系统结构图

湾海峡的海况信息。各站均设立高频地波雷达接收机，利用全球定位系统实现同逡逑步工作，各站接收机采取多发多收的工作体制实现全方位大面积的海态监控。分逡逑布式高频地波雷达组网系统的基本结构如图２．１所示，其中岸基的三个地波雷达逡逑站均架设８元线阵接收由海面上的散射元散射来的海洋回波信号。每个地波雷达逡逑站的发射天线发射双频信号，其发射电磁波的频率分别为７．７７ＭＨＺ和１２．４７ＭＨＺ。逡逑沿岸的接收机通过时钟同步后，除了接收本站发射的电磁波与海面发生后向散射逡逑的回波之外，还需接收其他两个地波雷达站发射并经过海面相互作用后的回波信逡逑号。该系统主要采用邋ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｍｏｄｕｌａｔｅｄ邋ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ邋ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｗａｖｅ）调逡逑频中断连续波作为发射波形，距离分辨率为５ｋｍ，发射天线采用垂直极化方式，逡逑最大发射功率为ｌｋｗ，驻波比小于３，采用８路通道接收设计［４６］。雷达系统的控逡逑制中心统一协调规划分布式地波雷达的工作频率、波形参数和工作体制等配置逡逑［４７］逡逑0逡逑７逡逑

【参考文献】