舰载地波雷达背景下的海杂波抑制方法研究

发布时间：2017-09-05 07:13

  本文关键词：舰载地波雷达背景下的海杂波抑制方法研究

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【摘要】：随着各国对海上资源重视程度的加大,舰载地波雷达以其优秀的机动性、灵活性和生存能力受到越来越多的关注。作为一种对海上目标远距离探测、跟踪和早期预警的有效手段,舰载地波雷达在海洋资源开发、海洋维权、海上执法中有着广泛应用前景。由于平台的运动,相较于岸基地波雷达,舰载地波雷达回波中一阶海杂波谱将会展宽,从而湮没低速舰船目标,严重影响目标检测。对舰载平台中展宽海杂波的抑制方法进行研究有着重大意义。本文以舰载地波雷达为背景,对展宽海杂波的抑制方法进行研究,仿真分析现有的几种杂波抑制算法,并对算法做出改进。首先分析了舰载地波雷达的检测背景,给出了影响最为严重的海杂波形成机理和回波功率数学模型。平台运动时,由于雷达存在一定的波束宽度,对不同方向的一阶海杂波回波会引入不同的多普勒偏移,从而导致海杂波一阶谱的展宽。在雷达分辨单元内,海杂波可以当成是来自确定方向的独立干扰,这也构成了空域海杂波抑制算法的理论基础。从空域对海杂波进行抑制是现在常用的方法,主要有正交加权和斜投影两种算法。这两种算法均从信号空间和杂波空间的分离入手,通过投影变换来实现对展宽海杂波的抑制。正交加权算法在信号和杂波在方位上相距较近时会出现主瓣分裂现象,导致目标增益损失严重。斜投影算法通过改变投影算子改善了这一问题。实际应用中,由于无法准确知道信号的方向,需要使用扫描的导向矢量来代替,这样斜投影算法的实际效果会受到影响。考虑到一阶展宽海杂波具有很强的空时耦合性,单独从空域进行杂波抑制效果不如从多维联合域对杂波进行抑制。本文将在机载雷达中广泛应用的空时自适应处理方法引入舰载雷达中,结合对舰载地波雷达中杂波特性和数据特点的分析,确定了局域联合处理和空时多波束两种适合的降维算法。这两种算法均通过变换矩阵,将数据转换到角度多普勒域,利用关心距离单元周围的距离单元对其内海杂波协方差矩阵做出估计,进而求得空时处理权矢量,实现最大信噪比准则下的海杂波抑制。针对局域联合处理算法中,抑制效果严重依赖于干扰协方差矩阵估算准确度问题,本文提出了基于不同距离单元数据之间的相关性的变权重海杂波协方差矩阵计算方法,充分利用训练样本数据,给出了干扰协方差矩阵更为精确的估计方法,对局域联合处理算法进行了改进。针对局域联合处理算法对角度估计不够准确问题,本文提出了结合局域联合处理算法和空域投影算法优点的空时级联处理算法,保证多普勒域杂波抑制良好效果的同时对目标方位做出更准确的估计。基于实测数据的实验结果验证了这两种算法的有效性。
【关键词】：舰载高频地波雷达 海杂波 抑制 正交加权 斜投影 空时自适应处理
【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】：2016
【分类号】：P715;TN958
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 地波雷达研究现状13-15
• 1.2.2 舰载地波雷达研究现状15-16
• 1.2.3 舰载地波雷达背景下的杂波抑制方法研究现状16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 舰载地波雷达传播方程推导及检测背景分析18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 传播方程的推导18-21
• 2.2.1 被动接收模式18-21
• 2.2.2 主动探测模式21
• 2.3 地波传播仿真与分析21-22
• 2.4 舰载地波雷达检测背景分析22-29
• 2.4.1 海浪杂波22-28
• 2.4.2 电离层杂波28
• 2.4.3 环境噪声28-29
• 2.4.4 内部噪声29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 舰载平台海杂波特性分析30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 海杂波展宽机理30-31
• 3.3 海杂波数据说明31-33
• 3.3.1 实测数据31-32
• 3.3.2 仿真海杂波通道谱数据32-33
• 3.4 海杂波的功率谱分布33-35
• 3.5 海杂波的相关性分析35-40
• 3.5.1 多普勒维相关性分析35-36
• 3.5.2 角度维相关性分析36-38
• 3.5.3 距离维相关性分析38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 空域海杂波抑制方法研究41-59
• 4.1 引言41
• 4.2 正交加权（ORTHOGONAL WEIGHTING）算法41-50
• 4.2.1 基本原理41-44
• 4.2.2 仿真数据分析44-47
• 4.2.3 实测数据分析47-50
• 4.3 斜投影（OBLIQUE PROJECTION）算法50-58
• 4.3.1 基本原理50-52
• 4.3.2 仿真数据分析52-55
• 4.3.3 实测数据分析55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 多维联合域海杂波抑制方法研究59-80
• 5.1 引言59
• 5.2 空时自适应处理59-62
• 5.3 局域联合处理（JOINT DOMAIN LOCALIZED）算法62-68
• 5.3.1 基本原理62-63
• 5.3.2 仿真数据分析63-65
• 5.3.3 实测数据分析65-68
• 5.4 空时多波束（SPACE-TIME MULITUPLE BEAM）算法68-71
• 5.4.1 基本原理68
• 5.4.2 仿真数据分析68-70
• 5.4.3 实测数据分析70-71
• 5.5 改进的局域联合处理（MODIFIED JOINT DOMAIN LOCALIZED）算法71-74
• 5.5.1 基本原理71-72
• 5.5.2 实测数据分析72-74
• 5.6 空时级联处理（CONCATENATED SPACE-TIME PROCESSING）算法74-78
• 5.6.1 基本原理74-75
• 5.6.2 实测数据分析75-78
• 5.7 方法比较与讨论78-79
• 5.8 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88

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本文编号：796564