基于多域分析的高频地波雷达杂波抑制算法研究

发布时间：2020-07-27 20:47

【摘要】：近几十年来,高频地波雷达逐渐发展起来,作为一种超视距雷达,能够对新型的海洋动力学参数(风场、浪场、流场)进行目标检测。鉴于雷达工作的外部环境较复杂,使得其在实际的应用中受到了各种各样的限制。在复杂的外部环境条件下,高频地波雷达的性能受到了严重的影响,雷达有效探测距离变短,雷达回波谱的质量变差,使得后续针对海态信息的提取以及检测跟踪目标变得更加艰难。本文将以信号处理的角度出发,针对如何提高高频地波雷达的工作性能展开深入的研究。课题的具体工作可分为以下几部分:第一:针对抑制雷达接收回波谱中的Es层电离层杂波及其一跳、二跳回波,课题提出了基于距离相关性的杂波对消算法,核心是利用电离层相邻距离元的强相关性进行对消处理。在此基础上,提出了利用Es层电离层杂波及其一跳、二跳回波之间的互相关性完成对消的改进算法。第二:由于海浪回波谱中的电离层杂波的非平稳性很强,单一的处理方法对抑制其干扰的效果不是很明显。本课题提出了一种多域结合的算法,即基于时频域的特征值分解算法,基本原理是在脉冲域和多普勒域对回波谱分别运用特征值分解方法处理回波信号。第三:在抑制弱电离层干扰方面,算法核心是阈值分割,利用其分割回波数据,对于分割后的雷达回波数据,再进行杂波检测,检测出电离层和海杂波的对应区域,消除电离层杂波,保留海杂波,从而完成对弱电离层杂波干扰的雷达回波数据处理。第四:本课题提出了一种杂波感知对消算法,该算法能自动识别接收到的雷达回波信号中是否存在Es层电离层杂波,并实现对电离层杂波的消除,从而提高后续海态反演的精度。第五:为了判断基于距离相关性的杂波对消改进算法与基于时频域的特征值分解算法的有效性,将对抗干扰前后的回波信号进行海态反演。反演主要是针对海流径向流速的提取,通过提取效果的对比来验证算法的性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN958
【图文】：

距离分布,电离层,杂波,路径图

图 2-1 电离层杂波单跳传播路径出了电离层 Es杂波可能存在的 4 种单跳传播形式[50]，离层杂波的主要传播路径，被叫做直接路径。路径 3 是，路径 4 是雷达—海面—电离层—雷达，因均涉及天波被叫做混合路径。研究表明，路径 1 和路径 2 能够产生其距离分布较集中[45,50]。而混合路径产生的杂波会呈现强度较弱。因电离层的结构与形式较为复杂，可能存在会存在单分量、多分量或色噪声的形式。然而在实际情的强反射作用使得 Es层的多跳杂波会经常在单跳层多倍况下，规则分布的电离层杂波，其在时频面上的分布形多个电离层反射点存在时，其分布结构中将呈现多个时均匀状态时，其分布形式则呈现色噪声形式，不再是时杂波抑制对于天波雷达来说，是无线电波传播的信道，而对地波个独立的干扰源，严重影响了地波雷达接收观测海洋信

雷达回波图,雷达回波,数据,杂波

1L（2-4）为电离层杂波子空间。消除电离层杂波的手段则是将原其正交子空间，抑制其所处的距离元上的电离层杂波。得到正交HP I V V处理的距离元经正交投影处理后为：Hk k k ky Px x VV x以上算法推导的基本过程，可以得到基于距离相关性的杂波对如下所示：图 2-2 基于距离相关性的杂波对消算法究结果 1：取 2016 年 4 月 10 日下午 19 点 19 分实测数据，绘制其第 6 。

雷达回波,算法处理,数据,杂波

m、360km等距离的电离层能量很强。根据其分布特性，能够发现这杂波呈现长条状的时频脊的分布形成。因此，认为120km处存在的是杂波，因 Es层电离层杂波的强反射作用，认为250km、360km处存在跳回波及二跳回波。从图 2-3 中观察电离层在 RD 谱中的成像，能够发现，零频附近的电离，且关于零频部分对称。根据上述算法基本原理，对图 2-3 中的 Es层聚集区杂波进行处理。本课数据 1 的实际情况，令r 为 5，即选择各个待处理单元的上下相邻 5 个考距离单元。按照基于距离相关性的杂波对消算法的步骤，先对待检杂波检测，遍历检测区域的各个距离门。根据算法基本原理，将电离的距离门和与其相邻的上下 5 个距离门共 11 个距离门内的回波设定为对参考矩阵进行特征值分解，取其中特征值中前 6 个最大的其对应的电离层杂波的特征向量。再将原始回波投影到它的正交子空间上，抑距离元上的电离层杂波，正交处理后则得到抑制后的海浪回波谱。算如图 2-4 所示：

【参考文献】