天地波混合雷达电离层杂波检测及反演方法的研究

发布时间：2020-10-24 15:48

　　天地波混合雷达是一种新体制高频超视距雷达,结合了高频天波雷达与高频地波雷达的特点,采用“天发地收”的探测原理,实现远距离区域监视与目标探测,同时还具有一定的反隐身能力,在科学研究与国防领域都有着广阔的发展前景。天地波混合雷达接收信号回波谱中杂波背景更加复杂,海杂波与电离层杂波污染严重,影响了雷达的探测性能。而电离层杂波从产生机理上可以看作是一种“电离层探测回波”,在频谱上与有着类目标的特性,因此可认为杂波中也包含了电离层信息。研究回波谱中电离层杂波的检测和反演方法,不仅能够作为一种电离层异常状态的探测手段,拓展了雷达的应用范围,也为电离层杂波的抑制提供了一定的先验知识。本文从天地波混合雷达信号模型入手,从天波和地波两个阶段对雷达信号路径进行了分析。结合电离层结构特性与电磁波传递特性,基于球面坐标体系推导了天波路径与地波路径的计算方法;基于电离层杂波产生机理假设推导了相应的杂波信号路径模型。接着,从电场的角度出发,推导了FMCW信号下的天地波混合路径接收信号频谱模型;引入电离层反射系数,在模型中直观地体现了电离层对混合路径信号的影响。基于电磁场理论,分析了电离层异常结构体(杂波源)的电磁特性,给出了等效散射面积与反射系数的表达式。结合杂波信号路径模型,沿用接收信号频谱推导的思路,给出了杂波频谱模型。最后,针对电离层杂波的特性,本文基于机器学习与神经网络的相关理论和工具研究了一种电离层杂波的检测方法。将信号RD谱视作图像,利用信号模型与杂波模型生成大量仿真RD谱样本,完成对深度卷积神经网络结构的迁移学习从而得到电离层杂波检测器。同时在杂波检测结果的基础上,提出了一种电离层杂波的反演方法,利用杂波模型的仿真统计结果在多个维度上建立杂波特征与电离层异常参数之间的对应关系,杂波的检测结果可以直接通过这几层关联获取到对应的电离层异常状态参数。基于实测数据的实验证明了本文提出的电离层杂波检测与反演方法的可行性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN958
【部分图文】：

形态图,电离层,杂波,形态

c)“粗条” d)“竖纹”图 1-2 几种典型电离层杂波形态内外研究现状地波混合雷达回波谱中的电离层杂波是本课题的主要研究对象对雷达数据中的电离层杂波实现检测与识别，利用提取出的杂，得出电离层异常的状态参数。下面主要从天地波混合雷达、波反演三个方面介绍相关领域的发展研究现状。高频天地波混合雷达发展概述地波混合雷达作为一种新体制高频超视距雷达，其研究在二十发展起来，在这领域有研究的国家不多，主要有中国、俄罗斯加拿大等对高频雷达需求较大的国家。这些国家在高频地波雷雷达方面的技术基础高，研究水平先进，因此近十年在天地波究成果也较为丰硕，但公开的不多。

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