北部湾海洋回波数据的电离层回波分析与抑制方法研究

发布时间：2017-07-28 18:33

  本文关键词：北部湾海洋回波数据的电离层回波分析与抑制方法研究

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【摘要】：广西北部湾经济区是我国经济政策“一带一路”中的关键区域,具有不可替代的作用。利用高频地波雷达对北部湾海域反演海洋环境动力学参数、探测海洋表面移动目标及监测低空目标是对广西北部湾经济区环境保护的一种重要方式。便携式高频地波雷达主要应用于海面风场、海浪及低空飞行目标探测,但电离层回波、海杂波等干扰使其对目标探测的可靠性受到不良影响。电离层回波具有高强能量、地域性等特点,被认为是高频地波雷达发展的瓶颈,因此对电离层回波特性以及电离层回波抑制算法研究是十分有必要的。电离层回波抑制算法的研究主要分为两个方向：其一,对雷达硬件结构改进,例如增加水平极化天线与垂直极化天线共同工作,增加雷达工作频率等以提高对电离层回波的抗干扰能力。其二,利用数据处理算法对电离层回波进行抑制,例如全空时自适应方法、时频掩模方法等。现阶段主要是针对不同类型雷达提出不同的电离层回波抑制算法,对于同一型号雷达运用不同数据处理算法进行电离层回波抑制效果对比分析的相关文献较少,而针对于便携式高频地波雷达(OSMAR-S)获取数据中电离层回波抑制算法的研究则更是少之又少。本文针对便携式高频地波雷达获取的实验数据中电离层回波进行特性分析及抑制算法研究,主要有以下四个方面内容：(1)电离层回波产生原因：分析电离层分层结构以及电离层状态变化规律,为实验数据中电离层回波反射高度的推断提供依据；分析电磁波在电离层中的传播特性,对海洋回波频谱中存在电离层回波做出解释。(2)电离层回波抑制效果评价标准：结合便携式高频地波雷达硬件结构及接收机数据处理机理,分析一阶峰信噪比计算方法,并采用一种更为直观的电离层回波抑制效果比较方案即归一化百分量,为电离层回波特性分析做铺垫。(3)电离层回波特性研究：分析实验数据中的电离层回波在距离多普勒域、距离元多普勒域、距离域等信号域的特性,并对电离层回波在距离多普勒频谱中的出现时间及形式进行数学统计,总结实验地点电离层回波特性。(4)电离层回波抑制方法研究：通过对实测数据采用小波收缩阈值算法以及基于小波收缩阈值的虚拟跳频算法进行电离层回波抑制,并与正交投影滤波算法抑制结果对比分析,总结两种算法抑制电离层回波的可行性以及效果。研究结果表明实验数据中的电离层回波具有日夜周期性,主要是由电磁波被电离层扩展F层反射产生。对便携式高频地波雷达获取数据中的电离层回波抑制,在计算量精简的前提下小波收缩阈值法是一种最佳可选方法,在高精度的前提下虚拟跳频方法是一种最佳可选方法。
【关键词】：高频地波雷达 电离层 电离层回波特性 电离层回波抑制
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国内外高频雷达研究现状11-12
• 1.2.2 电离层回波干扰抑制研究现状12-13
• 1.3 本文的研究内容及结构安排13-15
• 第2章 电离层与电磁波传播15-25
• 2.1 电离层的分层结构15-18
• 2.2 电离层不规则变化18-20
• 2.2.1 太阳耀斑的影响19-20
• 2.2.2 磁暴20
• 2.3 电离层与电磁波传播20-23
• 2.3.1 电磁波在电离层中的折射与反射20-22
• 2.3.2 电离层的多普勒效应22-23
• 2.3.3 电离层的色散效应23
• 2.3.4 法拉第旋转效应23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 海洋回波数据分析25-51
• 3.1 实验环境简介25-28
• 3.1.1 实验设备简介25-27
• 3.1.2 实验过程简介27-28
• 3.2 海洋回波数据处理28-37
• 3.2.1 海洋回波频谱形成原理28-33
• 3.2.2 一阶峰信噪比计算方法33-34
• 3.2.3 归一化百分量计算方法34-37
• 3.3 实测数据的电离层回波特性分析37-49
• 3.3.1 电离层回波的多径效应37-39
• 3.3.2 电离层回波距离多普勒域特性39-41
• 3.3.3 电离层回波多普勒域特性41-42
• 3.3.4 电离层回波时域特性42-43
• 3.3.5 电离层回波的距离相关性43-45
• 3.3.6 电离层回波实验数据统计特性45-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 电离层回波抑制方法研究51-81
• 4.1 正交投影滤波算法51-58
• 4.1.1 设置掩模值51-52
• 4.1.2 正交投影滤波算法52-53
• 4.1.3 算法实现步骤53
• 4.1.4 数据分析53-58
• 4.1.5 结论58
• 4.2 小波收缩闽值法58-70
• 4.2.1 小波分析简介59-60
• 4.2.2 一维离散小波变换60-61
• 4.2.3 mallat算法小波变换61-63
• 4.2.4 小波阈值63-64
• 4.2.5 算法实现步骤64
• 4.2.6 数据分析64-70
• 4.2.7 结论70
• 4.3 虚拟跳频方法70-79
• 4.3.1 随机跳频雷达原理71-73
• 4.3.2 算法实现步骤及数据分析73-74
• 4.3.3 数据分析74-79
• 4.3.4 结论79
• 4.4 本章小结79-81
• 第5章 总结与展望81-83
• 5.1 总结81
• 5.2 展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果87-88
• 致谢88-89

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