天波超視距雷達干擾與雜波信號處理技術(shù)研究.pdf

1、雷達在電子戰(zhàn)中扮演了重要的角色，其擔負著預警、探測、跟蹤、識別、制導等許多重要的任務(wù)，因此被稱為是戰(zhàn)場中的“千里眼”。隨著科技的發(fā)展和信號處理手段的提高，現(xiàn)代雷達朝著多元化和多體制的方向發(fā)展。在不同體制的雷達中，天波超視距雷達(Over-the-Horizon Radar, OTHR)以其獨特的超視距探測優(yōu)勢引起國內(nèi)外學者的關(guān)注。作為一種復雜的雷達系統(tǒng)，天波超視距雷達工作在高頻段(3~30 MHz)，通過利用電離層對高頻電磁波的折射實現(xiàn)

2、對艦船、飛機、導彈等目標的遠距離探測，從而用于早期的預警功能，同時天波超視距雷達還具有反隱身、超低空探測、對抗反輻射導彈探測、綜合情報監(jiān)測等優(yōu)點。
　　盡管天波超視距雷達具有上述諸多優(yōu)勢，但同時也面臨著很多挑戰(zhàn)。天波超視距雷達的性能受外界環(huán)境因素影響較大，因此其信號處理過程也較普通微波雷達復雜的多。瞬態(tài)干擾抑制和雜波背景下艦船目標檢測一直是天波超視距雷達信號處理中的重點和難點，許多學者運用現(xiàn)代信號處理方法對上述問題進行研究，并取得

3、了一定的成效。近年來，低秩矩陣恢復理論得到了廣泛的研究與發(fā)展，并在圖像信號處理、雷達信號處理等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。本文主要將低秩矩陣恢復理論引入到天波超視距雷達信號處理中，研究和探討了低秩矩陣恢復理論在瞬態(tài)干擾抑制、雜波抑制、艦船目標檢測等方面的應(yīng)用，文中最后還探討了利用現(xiàn)代信號處理方法中的盲信號處理技術(shù)對艦船目標進行檢測。歸納起來，主要包括以下幾個部分：
　　第一部分主要是對低秩矩陣恢復理論進行了分析，低秩矩陣恢復包括了低秩矩

4、陣填充(Matrix Completion, MC)、低秩矩陣表示(Low-rank Representation, LRR)以及魯棒主成分分析(Robust Principal Component Analysis, RPCA)三個方面，文中主要圍繞RPCA理論展開討論，并詳細介紹了幾種典型的RPCA算法。
　　第二部分對天波超視距雷達中瞬態(tài)干擾抑制方法進行了討論。通過對瞬態(tài)干擾的類型和特點進行分析可知，其在慢時間域上表現(xiàn)為能量

5、強，持續(xù)時間短。將回波信號某一距離單元的信號構(gòu)造為Hankel矩陣，在Hankel矩陣中，瞬態(tài)干擾信號則具有一定的稀疏性；根據(jù)回波信號模型，目標和雜波信號在 Hankel矩陣中具有低秩性的特點。因此本文提出了將低秩矩陣恢復模型應(yīng)用到瞬態(tài)干擾抑制問題上，并提出了一種基于復數(shù)條件下RPCA的瞬態(tài)干擾抑制方法。該方法的優(yōu)點是無需對瞬態(tài)干擾信號的位置進行定位，同時還可以避免對缺損信號進行數(shù)據(jù)重構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對回波信號中多個瞬態(tài)干擾信號或能量較弱的

6、干擾信號信號進行抑制；此外算法還提高了回波信號的信噪比，可以改善OTHR中弱小目標的檢測性能。
　　第三部分主要討論了天波超視距雷達中短相干積累條件下雜波抑制問題。對于艦船等慢速目標來說，其多普勒頻率往往比較低，而天波超視距雷達回波信號中包含了強大的分布于零頻附近雜波信號，因此目標信號很容易被雜波信號湮沒，在對這類目標進行檢測時通常需要對強大的雜波進行抑制。一種方法是通過增加相干積累時間提高頻率分辨率的方法實現(xiàn)雜波和信號的分離，但

7、提高相干積累時間會帶來其他的諸如電離層擾動概率增大等問題?？紤]到回波信號中相鄰距離單元上雜波信號表現(xiàn)出很強的相關(guān)性的特點，本文提出了一種基于RPCA的短相干積累條件下雜波抑制方法。利用相鄰距離單元的回波信號構(gòu)造距離-掃頻信號矩陣，在該信號矩陣中，雜波信號表現(xiàn)出一定的低秩性；目標信號往往存在于一到兩個距離單元，因此在矩陣中表現(xiàn)出一定的稀疏性；采用低秩分解的方法對低秩的雜波信號與稀疏的目標信號進行分離，從而實現(xiàn)對雜波信號的抑制。
　　

8、第四部分首先對非連續(xù)采樣導致數(shù)據(jù)缺失的OTHR目標檢測問題進行了探討，目前針對這類問題的研究比較少，本文在前人的研究基礎(chǔ)上，提出了一種基于矩陣填充的目標檢測方法，利用目標和雜波信號在重構(gòu)的Hankel矩陣中具有低秩性的特點，在時域上對缺失的數(shù)據(jù)進行補全，從而實現(xiàn)對回波譜的重構(gòu)并完成目標的檢測，與傳統(tǒng)的基于壓縮感知方法相比具有更好的檢測效果。接著研究了利用盲信號處理技術(shù)對回波信號中雜波、目標信號進行分離，從而實現(xiàn)雜波背景下目標的檢測?？紤]