谢俊好[1]2000年在《舰载高频地波雷达目标检测与估值研究》文中研究指明高频地波雷达(HFSWR)利用垂直极化电磁波沿海面绕射传播的机理，既能实现对海上舰船和低空飞行目标的超视距探测，又可用于海态遥感等民用事业。舰载HFSWR除具有岸基HFSWR的特点外，更突出的优势在于其灵活机动性，其研制近年来引起广泛关注。相比于岸基HFSWR，舰载HFSWR信号处理的难点在于一阶海杂波展宽谱中舰船目标的检测与估值，本文对此进行了深入研究。 首先理论分析了舰载HFSWR一阶海杂波谱的展宽机理，给出其展宽数学模型，这些已被舰载HFSWR数据采集试验所获得的实测海杂波数据处理结果所证实。平台运动时，雷达分辨单元内不同方向的一阶海杂波回波被附加不同的多普勒频移，使得岸基情形时强大的一阶Bragg峰(单频)被展宽，因此影响展宽谱中船目标检测的主要干扰为具有相同多普勒频率但方位不同的一阶海杂波，这也是全文的基础与出发点。 类似于机载预警雷达(AEW)的地杂波抑制，本文将天线相位中心偏置(DPCA)技术推广并应用于舰载HFSWR的一阶海杂波抑制。考虑到实际平台运动速度的波动，提出了通过空域插值获得等效阵元信号进行DPCA处理的方法。计算机仿真结果表明：当平台运动速度与理想速度偏离较小时，可通过空域插值获得较好的杂波抑制效果。进一步，基于阵列采样信号的时空等价性，本文还分析了基于时域插值进行DPCA处理的方法，结果表明只要平台匀速直线运动，通过时域插值就可获得较好的杂波抑制效果，这大大放松了空域插值方法对平台运动速度的限制。理论证明在理想条件下上述DPCA处理对单频的正负一阶Bragg峰是最优的。 DPCA是一种最简单的空时二维自适应处理，它需要满足特殊条件。由于舰载HFSWR的一阶海杂波具有时空耦合的二维谱，因此最佳杂波抑制应采用空时自适应处理(STAP)。本文利用卡亨南—洛厄维展开(KLE)对[O，T_0]观测时间、带宽为W的限带谱连续随机过程进行展开，得到其特征谱的解析表达式，即大特征值个数为2WT_0+1。进一步通过理论证明及计算机模拟，将连续限带谱的结论推广至离散序列情形，给出了机载预警雷达二维地杂波特征谱的表达式。针对舰载HFSWR的一阶Bragg展宽谱等带通谱情形，理论分析得到了其特征谱表达式，这与实测数据处理结果非常一致，可用于空时二维自适应处理结构的简化。 综合前面分析并考虑到系统简单化与实时性，本文提出了时域多普勒滤波
段再扬[2]2012年在《舰载HFSWR运动补偿技术研究》文中认为高频地波雷达(HFSWR: High Frequency Surface Wave Radar)利用高频垂直极化电磁波沿海面绕射效应可实现超视距目标探测及海洋动力过程遥测，具有观测距离远、覆盖面积大、工作全天候等优点。本文主要研究舰载环境下雷达平台的运动模型和受平台运动影响展宽一阶海杂波的空时抑制问题。首先，介绍了一阶海杂波的形成机理，对海杂波的相关特性进行研究，研究了一阶海杂波的仿真理论，采用海面理想点目标回波迭加的模型进行仿真。对在舰载的环境下受平台运动影响而展宽的一阶海杂波谱以及其对海面低速目标检测的影响进行了分析，给出了一阶海杂波展宽幅度的计算公式，对不同运动速度下的海杂波谱进行了仿真。其次，从实际的舰船环境参数出发，利用船舶动力学理论，建立包含偏航、俯仰、摇摆等因素在内的载舰平台六自由度运动模型，提出了周期运动加随机误差的模型来描述舰船的摇摆运动，并基于实际应用需要对模型进行合理简化。具体分析了载舰各种运动对一阶海杂波谱的影响，并进行了仿真。然后，将机载预警雷达应用背景下的空时自适应处理（STAP：Space TimeAdaptive Processing）方法扩展到舰载雷达中，对展宽的海杂波进行抑制。讨论了杂波协方差矩阵的估值问题，通过仿真证明，STAP有较好的杂波抑制效果，其自适应处理能力适合于进行六自由度运动的舰载条件下的运动补偿。最后讨论了雷达非正侧面阵的问题，分析了其对运动补偿的影响。对存在阵元误差以及平台速度波动的情况下空时处理的性能进行了分析。分析了系统自由度和杂波空间自由度问题，讨论了不同积累脉冲和阵元数量下系统的性能变换。介绍了常用的降维STAP方法，并对降维方法的杂波抑制性能进行了分析。
蒋坤[3]2017年在《舰载高频地波雷达虚拟孔径方法研究》文中研究表明舰载高频地波雷达工作在3-30MHz的频段范围,工作波长为数十至一百米,利用长波沿地球表面的绕射效应,可以实现对目标的超视距探测。然而,受舰船平台的限制,舰载高频地波雷达的天线阵列孔径较小,阵列的波束宽度很宽,其方位分辨性能很差。此外,平台移动造成一阶海杂波Bragg峰展宽,在多普勒域淹没了大量低速目标,使得目标检测出现困难。本文研究的重点是在一阶海杂波背景下,利用天线阵列随平台的移动,构造出一个孔径远大于实阵列的虚拟阵列,利用虚拟阵列的窄波束以及虚拟阵元的积累效果,改善目标方位估计和方位分辨。舰载高频地波雷达的信号处理中需要抑制展宽的一阶海杂波,本文研究使用正交投影算法和斜投影算法进行一阶海杂波抑制。首先分析了投影类算法的抑制原理,并对其进行了改进,改善了它们无法抑制展宽边界处的海杂波的缺点。之后分析了两种算法的主瓣内杂波抑制性能、一阶Bragg频率偏移时的抑制性能以及不同积累时间下的抑制性能,针对一阶Bragg频率偏移时抑制效果下降的问题,本文提出基于一阶Bragg频率估计的杂波抑制方法。仿真结果表明:边界扩展改进后的正交投影算法和斜投影算法可以很好地抑制展宽边界处的海杂波;正交投影算法抑制主瓣内海杂波时会出现主瓣分裂,斜投影算法对于主瓣内的海杂波有很好的抑制效果;但当实际杂波的一阶Bragg频率发生偏移时,斜投影算法的抑制效果会迅速下降,而正交投影算法还能在一定范围的偏离区间内保持其抑制性能,此时基于Bragg频率估计的杂波抑制方法可以很好地改善海杂波抑制的效果。舰载高频地波雷达的虚拟孔径方法是在抑制海杂波的基础上,利用雷达的阵列移动,形成等效的虚拟阵列,利用虚拟阵列的大孔径形成的窄波束,来实现目标的方位估计和方位高分辨。本文研究时间相位补偿法和重迭相关法两种虚拟孔径算法,重点研究了重迭相关算法。首先推导了舰载高频地波雷达信号形式下的重迭相关算法,并对算法进行改进,利用叁次样条插值和奇异值剔除提高了重迭相关因子的估计精度,还分析了算法性能及其影响因素;随后提出了基于正交加权的重迭相关算法和基于斜投影的重迭相关算法,最后对算法的性能优势和不足进行了分析。仿真结果表明:基于海杂波抑制的重迭相关算法可以获得比实阵列高得多的分辨能力,且该算法能很好地解决正交投影算法抑制主瓣内杂波时主瓣分裂,无法正确估计目标方位的问题。
郝忠文[4]2011年在《舰载高频地波雷达海杂波抑制方法研究》文中研究表明传统的微波雷达无法突破视距限制,探测距离有限,满足不了预警、保护专属经济区等情况的需求。高频地波雷达利用垂直极化电磁波沿海面绕射的原理,探测距离可以达到数百乃至上千公里,弥补了微波雷达的不足。舰载高频地波雷达与岸基高频地波雷达相比,由于舰载平台的运动导致海杂波谱展宽,使得低速目标被淹没,难以检测。本文研究内容的重点就是展宽海杂波中目标的检测与DOA估值问题。展宽的海杂波具有空时耦合特性,特定的频率对应特定的海杂波方向,时域难以区分的目标和杂波,可以在空域进行处理。空域正交加权方法将权矢量的零点设为处理单元对应的海杂波方向,能够在抑制杂波的同时实现目标检测和DOA估值。但当目标和杂波位于同一主瓣内时将产生主瓣分裂,因此本文引入斜投影算子代替正交权矢量。理想的斜投影方法能够在抑制杂波的前提下,对信号基本不产生影响。但实际应用中,理想斜投影算子的获得是困难的,一般只能采用协方差阵分解的办法进行估计。将斜投影算子和MUSIC算法结合也能抑制杂波,实现剩余信号的超分辨。本文从匹配滤波的角度出发,令斜投影算子的投影空间为扫描矢量,提出基于导向矢量的斜投影算法。该算法不会出现主瓣分裂问题,在抑制杂波实现信号检测的同时,功率谱的峰值可以作为对目标信号的DOA估计。此外,小波变换可用于岸基HFSWR海态遥感和信号检测方面,本文进一步探讨了将其移植到舰载HFSWR应用中的可能。在信号检测得到目标所在距离速度单元的基础上,本文研究了基于单次快拍的超分辨算法。IMP算法通过迭代不断抑制已检测到信号对输出谱的贡献,实现对剩余信号的精确定位。在未知信号个数或噪声功率的情况下,该算法不适合直接处理单次快拍数据,因此我们引入数据协方差阵降维估计方法和波束域方法,提出了改进的单次快拍IMP算法。改进算法在不牺牲估计偏差和均方差性能的前提下,提高了分辨概率,在低信噪比下尤为明显。通过对实测数据的处理,证明了本文提出的两种方法的有效性。
孙明磊[5]2015年在《船载高频地波雷达海面电磁散射及风向提取研究》文中认为高频地波雷达(HFSWR)已经在早期预警和海态遥感领域得到了广泛的应用,它所发射的3~30MHz垂直极化电磁波可以沿海洋表面传播。由于海洋是良导体,高频电磁波具有较小的传播损耗特性。相比于传统的监测手段,如浮标、风速计、微波雷达,高频地波雷达可以对目标和海面进行不间断的、全天侯的、实时的超视距监测。根据雷达所处平台的位置,高频地波雷达可分为岸基高频地波雷达和船载高频地波雷达两种。由于岸基雷达大多沿海岸线分布,所以岸基高频地波雷达的有效作用范围大多被限定在近海海域。船载高频地波雷达除具有岸基高频地波雷达的优点外,还具有灵活机动性,可进一步地扩大雷达的适用范围。了解海面回波多普勒谱的特性将有助于高频地波雷达在目标检测与海态遥感领域的理论和应用研究。但是现有的文献中关于一阶、二阶海面电磁散射特性的研究大多是针对岸基高频地波雷达的,船载高频地波雷达海面散射特性的研究较少,本文对此进行了深入研究。此外,基于一阶海面回波谱的空–时分布特性及展宽机理,本文还研究了船载高频地波雷达进行海面风向提取的可行性。首先研究了岸基双基地高频地波雷达和船载高频地波雷达的一阶海面回波多普勒谱空–时分布特性。为了研究一阶海面回波谱的展宽特性,我们建立了双基地高频地波雷达一阶海面回波多普勒谱的空–时分布特性及展宽模型。仿真实验及外场实测数据进一步验证了本文所提出的双基地雷达一阶海面回波多普勒谱的空–时分布模型。此外,结合实际接收阵列的波束宽度,我们研究了匀速直线运动情况下的船载高频地波雷达一阶海面回波多普勒谱的空–时分布特性及展宽模型。该部分的理论分析为后续章节中所推导的船载高频地波雷达一阶、二阶海面散射截面积方程提供了理论基础与验证手段。从高频电磁波海面散射的角度,通过对时域场强方程进行自相关处理及傅里叶变换过程,我们推导了匀速直线运动情况下的船载高频地波雷达一阶海面散射截面积方程。该方程反映了船载高频地波雷达一阶海面回波谱的空–时分布特性,进一步地验证了Xie等人所提出的一阶海面回波谱的展宽机理。同时,该方程可以理解为由于平台匀速直线运动的影响,导致Barrick或Walsh等人的岸基推导结果发生了频谱展宽现象。基于“流体力学”及“角反射”两种散射机理,建立了匀速直线运动情况下的船载高频地波雷达二阶海面散射截面积方程。通过仿真实验研究了雷达系统参数及海洋表面状态参数对二阶海面回波多普勒谱的影响。本文所推导的一阶、二阶海面散射截面积方程均可退化为已有的Barrick或Walsh等人所提出的岸基单站结果。在真实的海洋环境中,由于船载平台与海洋环境的相互作用,如海浪、海风、洋流等,雷达海面回波谱的特性更为复杂。为了分析与研究海面回波谱的特性,本文推导了平台漂浮运动及匀速运动共存情况下的船载高频地波雷达一阶、二阶海面散射截面积方程,这里同时考虑了平台的匀速直线运动与漂浮运动的影响。基于船载高频地波雷达一阶海面散射截面积方程,我们分析了船载高频地波雷达进行海面风向提取的可行性,并提出了一种无模糊的海面风向反演方法。不同于基于大型接收阵列的岸基高频地波雷达海面风向提取方法,本文基于船载高频地波雷达一阶海面回波谱的空–时分布特性和展宽模型,利用单个接收天线即可实现对不同方位海域的海面风向进行提取。相比于岸基高频地波雷达方法,该方法可以提供更高的横向分辨率,具有方便简单、系统造价低等特点。
张雅斌[6]2010年在《高频地波雷达干扰与海杂波信号处理研究》文中研究表明近年来,高频地波雷达在军事和民用领域得到了广泛应用。该体制雷达能弥补常规微波雷达的低空盲区和天波超视距雷达的近距盲区,具有远程预警、反隐身、反超低空突防和反辐射导弹等优点。采用综合脉冲与孔径体制(SIAR)的岸舰双/多基高频地波雷达,接收平台可置于移动舰船上,具有良好的机动作战能力。影响高频地波雷达目标检测的主要因素是干扰和海杂波,前者包括短波通信、广播电台、雷电、流星余迹和电离层干扰等,后者包括接收平台运动或海态自身变化等因素产生的频谱展宽海杂波。本论文针对高频地波(综合脉冲与孔径)雷达工作中的各类干扰和展宽海杂波的抑制处理问题展开研究,主要内容和创新点如下:1.详细分析了射频干扰的相关性与能量分布特征,并对雷电、流星余迹瞬态干扰和电离层干扰特征进行了总结。分析表明,射频干扰的相关和能量分布在时域和距离域上都存在明显特征。如果利用干扰相关特性进行抑制,可从距离域出发只针对若干感兴趣距离单元处理,比时域直接处理运算量小。如果利用干扰能量分布特征进行抑制,可以从快时域出发直接进行剔除,剔除过程将减小目标的能量积累,并对海杂波产生时域加窗效应而在频域产生虚假旁瓣。雷电瞬态干扰在距离单元之间不具有相关性,低通滤波输出端上出现区间随调频周期变化,并会出现在所有的距离—多普勒分辨单元上,因此,可以考虑从时域出发利用干扰与目标杂波信号的差异进行检测与剔除。2.从单路接收信号出发,对已有射频干扰抑制方法进行了分析与改进:针对剔除法,借鉴线性调频体制中的时域剔除思想,提出了适合于脉冲编码体制的频域剔除法;针对特征子空间法,引入负距离单元训练样本,提出了通过相关性大小进行距离加权来估计相关矩阵的加权子空间法;针对相消法,根据射频干扰能量分布和信号本身参数之间的关系,给出了单频干扰特征频率的估计方法,然后从时域上反演构造出与原始干扰回波完全相干的参考信号,以此为基础提出了反演相消法。最后,针对包含单频和窄带成分的混合干扰,结合反演相消法给出了综合法的处理流程。仿真结果表明,与其它方法相比,反演相消综合法能够有效抑制射频干扰,具有较高的目标增益。本章方法和结论即适合于常规地波雷达,也适合于综合脉冲孔径雷达。3.基于雷电和流星余迹干扰信号的差异,改进了瞬态干扰抑制方法。对于雷电,提出了小波分析—矩阵分解抑制法:首先应用小波分析检测确定干扰出现区间,然后选取干扰邻近数据构造采样矩阵并进行奇异值分解,最终实现干扰的剔除和目标分量的有效积累。方法可以减小直接对原始序列等分处理进行矩阵构造与分解的计算量,提高置零区间回波的恢复精度。针对流星余迹,给出了海杂波约束条件下的空域自适应滤波法。方法在次累积时间内构造相关矩阵进行自适应波束形成抑制干扰时,考虑了时间分段处理对海杂波调制所产生的频谱展宽影响,使得回波中一阶海杂波时域相关特性不会发生破坏而在频域上虚假展宽,有利于后续频域处理中对落入Bragg峰附近的舰船目标进行检测。4.结合综合脉冲与孔径雷达信号处理流程,对电离层的干扰信号模型进行了分析。通过阵元和快时域联合采样构造空时快拍,给出了基于海杂波主成分随机约束的空时二维自适应滤波抑制法。其中,针对回波中的海杂波主成分,通过构造Hankel矩阵与SVD分解方法实现其瞬时频率的估计与预处理。仿真与实测数据结果验证了电离层干扰抑制方法的有效性。5.对综合脉冲孔径雷达接收平台运动情况下一阶海杂波频谱特征进行分析后,结合海杂波谱空时分布随距离变化和系统参数的先验信息,提出了直接数据域和时空插值联合的海杂波空时二维自适应处理抑制方法。方法首先对训练单元上的非均匀杂波样本进行空时二维插值,然后使用直接数据域法对得到的独立同分布训练样本矩阵进行目标相消与滑窗处理,以扩大空时二维快拍训练样本个数。通过这些训练样本对检测单元杂波相关矩阵进行估计后,构造空时二维滤波器实现了运动平台下的海杂波自适应抑制。6.在非平稳海杂波频谱变化特征与高分辨谱估计方法基础上,提出了基于AR过程的非平稳海杂波时域参数联合估计方法,对非平稳序列包含的多个AR过程出现区间和对应滤波系数进行最优估计,目的是从时域出发对非平稳参数进行估计以提高频谱分析的精度。期间,引入小波分析中的奇异信号检测缩小了各段AR过程分界点的搜索范围,给出了AR子段出现区间和阶数的快速搜索算法。在非平稳海杂波时域参数分析基础上,结合Wigner-Ville时频分析与Radon变换的机动目标运动参数估计,提出了基于海杂波时域参数估计的机动目标检测方法。仿真实验表明,方法能有效抑制非平稳一阶海杂波的频谱展宽与功率,提高机动目标的检测能力。
常广弘[7]2014年在《高频地波雷达海态反演算法研究》文中研究表明高频地波雷达，工作于高频(3～30MHz)频段，利用垂直极化电磁波沿海面绕射传播特性，能够探测到视距以外的区域，因此又称其为高频超视距雷达。同其它的海洋监测设备相比，高频地波雷达具有探测距离远、监测面积大和投资较少的优点，同时由于高频地波雷达架设在岸边或置于移动平台上，系统工作基本不受自然环境的影响，因此能够对海洋进行全天候的实时监测，在监测我国专属经济区、维护国家权益、保护海洋环境等方面具有重要作用。近几十年来，高频地波雷达的研究取得了长足的发展，例如运动目标航迹的实时监测、海表面矢量流场和风场的实时测绘等，但海浪谱反演及新体制雷达信号处理等方面所涉及的部分问题仍然处于研究探索阶段。本文针对高频地波雷达海态反演方面现存的问题，进行了以下两项研究工作：1.岸基高频地波雷达海浪谱反演。在岸基高频地波雷达海浪谱反演问题中，广泛采用的Barrick后向散射公式属于二维第一类非线性Fredholm积分方程。此类积分方程的解在本质上是不适定的，加之高频雷达二阶回波信号信噪比较低，使得反演海浪谱存在解不稳定的问题。本文提出了一种稳定且低复杂度的反演算法，此算法首先根据高频雷达一阶回波谱测量海浪方向，并将其引入积分方程求解过程，减少了求解变量的个数，降低了反演算法的复杂度。为解决反演结果不稳定的问题，本文使用了Tikhonov正则化方法并利用广义交叉验证法确定其正则化系数。通过在不同测试条件下对反演算法的仿真测试分析，表明此方法具有运算量小、稳定性好的特点。2.舰载高频地波雷达海流测量。根据一阶布拉格峰展宽原理，当舰载高频地波雷达平台以恒定速度运动时，我们采用多重信号分类算法确定雷达回波信号的波达方向。在相同方向上，测量信号的速度与平台理论速度的差值是由海流引起的，因此我们可以得到海流在此方向上的径向速度。当平台向前移动时，雷达在不同的位置观测海流，由此获得的海洋表面矢量流。仿真结果表明，该算法在雷达探测的重迭区域性能较好。
仇永斌[8]2011年在《双基地高频地波雷达海杂波特性研究》文中进行了进一步梳理海杂波是高频地波雷达舰船目标检测的主要背景,一阶海杂波形成速度检测盲区,在此背景下检测舰船目标,需要进行一阶海杂波检测或者通过杂波抑制处理使目标同杂波分离。多维杂波特征是杂波检测以及杂波抑制的基础和理论依据。双基地高频地波雷达一阶海杂波多普勒频移受双基地角、洋流、风向、地形和双基地布局等多重因素影响,其杂波特性相对单基地复杂得多,对目标检测造成的影响也更严重。本文以岸基双基地高频地波雷达系统为背景,从理论模型上探讨双基地海杂波特性,并在实测数据中验证理论分析的结论;同时,基于实测数据分析双基地海杂波多维特征并探讨杂波抑制方法,为杂波检测提供理论依据。本文首先定量分析了双基地海杂波谱展宽特性,给出了谱宽度空间分布特征。双基地高频地波雷达距离分辨率和角度分辨率通常较低,杂波单元上的双基地角会引起海杂波谱扩展。对于这种谱扩展,传统方法是把距离分辨率和角度分辨率分开来研究的,而实际上杂波单元上双基地角的变化范围由二者共同决定,因而传统方法导出的结论很难与实测数据相吻合。本文通过分析双基地角在杂波单元上的变化范围,给出了Bragg线宽度同杂波单元所在空间位置的关系,即展宽效应空间分布。分析表明:谱展宽效应在发射机附近以及基线附近表现最为明显,双基地一阶海杂波在距离-多普勒(RD)谱上表现为两条逐渐向零频收敛但渐近展宽的曲线带。这种谱展宽会恶化谱形态,但恶化的谱形态究竟会造成多大程度的影响,需要根据杂波谱能量分布特征(即杂波谱形态特征)来确定。能够描述海杂波谱形态特征的数学模型是海面散射系数。已有的海面散射系数模型都是基于窄波束的。所谓窄波束是指把杂波单元上的双基地角视为常量。谱宽度空间分布特征表明:忽略双基地角的影响而把杂波单元当做窄波束来处理,无法反映杂波谱的真实形态。本文把双基地角当做变量来处理(即宽波束),利用Gill窄波束双基地海面散射系数模型,通过细分波束的方法建立了宽波束散射系数模型和功率谱模型。仿真谱表明宽波束模型能够反映上述谱宽度空间分布特征。实测数据分析结果表明:上述谱展宽特性及宽波束海面散射系数模型反映的杂波谱形态特征与实际杂波谱形态特征具有较好的吻合度,这证实了双基地海杂波谱展宽特性分析的合理性及宽波束模型的有效性,从而也说明,宽波束模型在反映杂波谱真实形态上优于窄波束模型。由于理论分析和建模无法反应洋流、风场切变和双基地布局时的地形地貌等因素对谱形态产生的影响,因而基于实测谱数据对这些因素形成的谱形态特征进行分析,系统地提取了双基地海杂波谱多维特征。理论分析和实测数据表明双基地海杂波特征不同于单基地,在多重因素影响下,基于理论预测值的杂波检测方法失效,因而Bragg峰经常被当做目标来检测和跟踪。针对这一问题,本文提出了基于海杂波特征等先验知识及Clean算法的双基地海杂波抑制方法,探讨了MUSIC算法用于双基地海杂波抑制的可行性,并提出了结合Clean算法和MUSIC算法的联合杂波抑制方法。数据处理结果表明:上述方法能够有效抑制双基地海杂波。结合理论分析和实测数据处理,本文根据理论模型和实测数据探索的多维杂波特征能够为杂波检测以及杂波抑制方法提供较为可靠的参考和理论依据;提出的海杂波抑制方法能够解决实际系统中存在的问题,具有实际应用的潜力。
张柏强[9]2017年在《舰载高频地波雷达阵列误差建模与校正算法研究》文中进行了进一步梳理舰载高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar,HFSWR)是一种新体制雷达,由于其机动灵活性以及超视距探测能力使其无论在民用领域还是军用领域都有着极为广泛而深刻的应用价值。目前舰载HFSWR已经得到了较为深入的研究,整体处理流程也基本趋于成熟,但仍有部分问题没有得到充分解决,例如雷达的阵列误差校正问题。阵列误差是所有体制雷达均会存在的问题,特别是在舰载HFSWR中,这一问题尤为突出。本文的主要贡献即为对舰载HFSWR中的阵列误差进行数学建模,并在其基础之上研究了可能的校正算法。文章的主要工作如下:(1)研究了舰载HFSWR的主要信号处理流程,并在其基础之上研究了阵列误差可能产生的环节,并建立了舰载HFSWR中阵列误差的数学模型,然后仿真分析了四种不同阵列误差类型对舰载HFSWR信号处理算法(杂波抑制算法和超分辨算法)的影响,得出相关结论。(2)研究了基于校正阵元的误差校正算法。分别从盲估计和旋转不变子空间(Estimation of signal parameters via rotational invariance,ESPRIT)两个角度研究利用校正阵元实现通道幅相误差校正的算法。研究结果表明对于部分校正ESPRIT算法无论是校正性能还是算法兼容性,相较于部分校正盲估计算法都具有一定优势。此外,还研究了针对幅相误差和互耦误差同时存在的基于校正阵元的误差校正算法。该算法利用互耦系数是Toeplitz矩阵,并且有一定的长度这一特点,结合线性均匀分布阵列(Uniform Linear Array,ULA)的结构特点,通过巧妙的布局实现互耦误差矩阵与幅相误差矩阵的分离,从而实现目标方位的正确估计。(3)研究了阵列误差自校正算法。这类算法可以不通过引入外部信息即可完成阵列误差校正,本质上是参数寻优,因而存在着局部最优的问题。本文主要考察了分别针对通道幅相误差和互耦误差的自校正算法,并给出了相关的仿真与性能分析。并且本文还尝试研究了幅相互耦联合自校正算法,给出了仿真结果与性能分析。需要指出的是,自校正算法由于不接收外部信息,完全通过自身的迭代来获得优化值,所以优化性能必然受限于起始值。要打破这种困境,要么引入新的信息量,要么使用生物进化计算理论。自校正算法在工程应用有一定的局限性,适合精细化校正。(4)研究了基于流形分离技术(Manifold Separation Technique,MST)的误差校正算法。该算法本质上是有源校正,相较于其他有源校正算法,MST能够针对方向图误差进行校正。MST通过将阵列流形分离为只依赖于阵列结构的采样矩阵和只依赖于波场方向的参数矢量两部分,具有很强的阵列流形拟合能力。本文中在MST基础之上提出了阵元空间正交加权(Element Space-Orthogonal Weighting,ES-OW)算法、阵元空间斜投影(Elemnt Space-Oblique Projecting,ES-OP)算法以及阵元空间递增阶数多参数(Elemnt Space-Incremental Multi-Parameter,ES-IMP)算法。其中,ES-OW算法具有很强的工程应用价值,ES-IMP算法相较于已经提出的ES-MUSIC(Element Space-MUtiple Signal Classification)算法,具有更高的稳定性和校正精度。
夏共仪[10]2008年在《基于TBD方法的高频地波雷达弱目标检测与跟踪技术研究》文中指出在高频地波雷达工作的HF频段上,存在着大量的干扰源,如短波电台的广播、通讯信号以及多普勒零频率的附近存在Bragg一阶谱和二阶谱,和大气噪声,目标回波强度通常低于背景噪声,另外超视距雷达由于波段和带宽有限,距离分辨率为数千米左右,方位分辨率更低,这使得微弱目标的回波往往淹没在复杂的杂波和噪声中,即使通过二维相参积累后,信噪比还是也无法满足对目标进行有效检测。为了提高检测性能,必须对目标回波能量进行更长时间的非相参积累。随着积累时间的加长,目标可以会在积累周期里跨越距离单元或者多普勒单元,回波能量会散布在各个分辨单元,在目标加速度或速度比较大时这种情况更为突出。常规的非相参积累无法将散布在各个分辨单元的信号能量有效的积累起来。针对这种情况,采用检测前跟踪(Track Before Detect-TBD)方法是一个比较可行的方案。文章对几种在红外和光电图像处理领域中已经广泛使用并且可以适用于雷达目标检测的TBD算法进行了深入的分析,并与常规的非相参积累进行对比,指出其优缺点。针对基于动态规划法的TBD方法把雷达信号二维FFT后的RD谱平面当作普通二维图像来处理,而忽略了目标运动特性对积累路径的约束的情况,本文提出了一种预先生成积累轨迹的TBD方法,根据目标运动参数,建立长时间非相参积累条件下的目标运动模型,去掉不符合目标运动特性的积累轨迹,并在预先生成存到存储器备用。然后在积累品质函数上进行CA-CFAR检测,达到提高检测概率,减少计算量的目的。最后对该方法进行了性能分析,讨论了恒虚警率检测的实现方法,得到虚警概率和检测概率的数学表达式。并通过蒙特卡洛仿真实验,显示了该方法在检测概率约为100%时,相对常规非相参积累方法有约1.4dB的信噪比提高。
参考文献：
[1]. 舰载高频地波雷达目标检测与估值研究[D]. 谢俊好. 哈尔滨工业大学. 2000
[2]. 舰载HFSWR运动补偿技术研究[D]. 段再扬. 哈尔滨工业大学. 2012
[3]. 舰载高频地波雷达虚拟孔径方法研究[D]. 蒋坤. 哈尔滨工业大学. 2017
[4]. 舰载高频地波雷达海杂波抑制方法研究[D]. 郝忠文. 哈尔滨工业大学. 2011
[5]. 船载高频地波雷达海面电磁散射及风向提取研究[D]. 孙明磊. 哈尔滨工业大学. 2015
[6]. 高频地波雷达干扰与海杂波信号处理研究[D]. 张雅斌. 西安电子科技大学. 2010
[7]. 高频地波雷达海态反演算法研究[D]. 常广弘. 中国海洋大学. 2014
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[10]. 基于TBD方法的高频地波雷达弱目标检测与跟踪技术研究[D]. 夏共仪. 哈尔滨工业大学. 2008
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