分布式雙基地波雷達(dá)若干問(wèn)題研究.pdf

1、高頻地波雷達(dá)具有超視距探測(cè)能力,不僅能夠覆蓋常規(guī)微波雷達(dá)和天波雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū),而且在反隱身、反低空突防、抗反輻射導(dǎo)彈和遠(yuǎn)程預(yù)警等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。但由于發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)較長(zhǎng),現(xiàn)役高頻地波雷達(dá)普遍存在“陣地大、選址難、角度分辨率低、機(jī)動(dòng)性差”等問(wèn)題,干擾和雜波也是影響高頻地波雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的主要因素,特別是短波通信和廣播電臺(tái)等射頻干擾以及電離層雜波等問(wèn)題最為突出,亟待進(jìn)一步解決。
　　因此,結(jié)合“岸-艦雙基地波超視距雷達(dá)”課題,論文圍

2、繞分布式雙基地波雷達(dá)展開相關(guān)研宄,包括岸基收發(fā)陣列分布式陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分布式陣列下的DOA估計(jì)方法研宄、岸基收發(fā)陣列校準(zhǔn)、射頻干擾抑制方法研宄、雙基地體制下電離層雜波建模以及雜波抑制方法研宄,具體工作概括如下:
　　1.分布式雙基地波雷達(dá)方案設(shè)計(jì)及其DOA估計(jì)方法研宄。首先針對(duì)現(xiàn)役高頻地波雷達(dá)存在的“陣地大、選址難、角度分辨率低、機(jī)動(dòng)性差”等四大問(wèn)題,提出分布式雙基地波雷達(dá)的設(shè)計(jì)思想:分布式雙基地波雷達(dá)保留岸-艦雙基地波超視距雷達(dá)

3、的綜合脈沖孔徑技術(shù)以及海上接收平臺(tái)機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)引入分布式陣列技術(shù),改進(jìn)岸基發(fā)射陣列結(jié)構(gòu)為分布式收發(fā)陣列,使分布式雙基地波雷達(dá)具有單基地M IM O和雙基地M IS O兩種工作模式;其次給出了分布式雙基地波雷達(dá)的發(fā)射波形,并通過(guò)對(duì)信號(hào)處理流程的分析,得到兩種工作模式下的等效接收陣列模型;然后對(duì)分布式雙基地波雷達(dá)DOA估計(jì)進(jìn)行著重研宄,通過(guò)對(duì)信號(hào)處理流程和等效陣列模型的分析,指出雷達(dá)在單基地工作模式下用CBF、Capon和MUSIC

4、等常規(guī)方法作DOA估計(jì)會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)的接收數(shù)據(jù)處理量過(guò)大,在雙基地工作模式下,因其等效接收陣列具有分布式結(jié)構(gòu),陣列方向圖存在柵瓣,運(yùn)用上述常規(guī)的DOA估計(jì)方法會(huì)出現(xiàn)角度模糊問(wèn)題。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題,論文提出一種基于壓縮感知的DOA估計(jì)方法,利用壓縮感知通過(guò)少量觀測(cè)數(shù)據(jù)即可高概率獲取目標(biāo)準(zhǔn)確信息的優(yōu)勢(shì),在保證DOA估計(jì)精度的同時(shí),降低單基地工作模式下接收數(shù)據(jù)的處理量和DOA估計(jì)的運(yùn)算量,避免了雙基地工作模式下等效陣列方向圖柵瓣引起的角度模糊問(wèn)題。

5、仿真實(shí)驗(yàn)分析說(shuō)明了分布式雙基地波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)及其在DOA估計(jì)方面應(yīng)用常規(guī)方法時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題,驗(yàn)證了論文提出的基于壓縮感知的DOA估計(jì)方法的有效性及正確性。
　　2.分布式雙基地波雷達(dá)岸基收發(fā)陣列校準(zhǔn)。對(duì)兩種工作模式下的陣列誤差進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上探討利用這兩種工作模式對(duì)岸基收發(fā)陣列的發(fā)射陣元和接收陣元分別進(jìn)行誤差校準(zhǔn)的方案:首先在雙基地工作模式下對(duì)發(fā)射陣元進(jìn)行校準(zhǔn),采用岸-艦雙基地波超視距雷達(dá)的校準(zhǔn)方式,利用海上接收平臺(tái)接收到的直達(dá)波

6、信號(hào),并通過(guò)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣擬合(C M F)方法或子空間擬合(SF)方法校準(zhǔn)發(fā)射陣元的幅相誤差;然后在單基地工作模式下對(duì)接收陣元進(jìn)行校準(zhǔn),由于該模式下的等效陣列的陣元數(shù)較多,導(dǎo)致幅相誤差校準(zhǔn)的運(yùn)算量大,因此采用對(duì)等效陣列中部分陣元進(jìn)行校準(zhǔn)的策略,利用大型艦船目標(biāo)回波、有方向性的強(qiáng)射頻干擾和強(qiáng)電離層雜波,并通過(guò)基于MUSIC的陣列自校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)接收陣元的幅相誤差。論文還給出了陣列幅相誤差校準(zhǔn)的克拉-美羅界。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了岸基收發(fā)陣

7、列誤差校準(zhǔn)方案的可行性以及所用到的校準(zhǔn)方法的有效性。
　　3.高頻地波雷達(dá)射頻干擾抑制研宄。論文以分布式雙基地波雷達(dá)為研宄對(duì)象,首先分析了射頻干擾在該雷達(dá)下表現(xiàn)出的時(shí)域、距離域、多普勒域以及空域特性;其次介紹了射頻干擾時(shí)域剔除法,并指出該方法檢測(cè)閾值的設(shè)定會(huì)直接影響干擾抑制效果,且方法只能用于射頻干擾較少的白天,在干擾密集的夜間該方法失效,針對(duì)上述缺陷,論文提出一種基于壓縮感知的射頻干擾抑制方法,同樣利用射頻干擾的時(shí)域特性,方法通

8、過(guò)對(duì)每個(gè)調(diào)頻周期選取少量“干凈”的時(shí)域采樣數(shù)據(jù),利用壓縮感知重構(gòu)算法分別獲得目標(biāo)準(zhǔn)確的距離信息和速度信息。此外,論文還探討運(yùn)用盲信號(hào)處理的方法來(lái)分離射頻干擾的構(gòu)想,根據(jù)單載頻射頻干擾在各調(diào)頻周期間具有很強(qiáng)的相關(guān)性且與目標(biāo)回波不相關(guān)的特點(diǎn),在單接收通道對(duì)多個(gè)調(diào)頻周期采用獨(dú)立分量分析算法將射頻干擾與目標(biāo)回波分離開。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證了基于壓縮感知和基于獨(dú)立分量分析的射頻干擾抑制方法的有效性。
　　4.雙基地體制下的電離層雜波研宄

9、。首先介紹了高頻地波雷達(dá)電離層雜波的成因,并針對(duì)雙基地體制下電離層雜波的空域特性和多普勒特性進(jìn)行分析,給出了雜波在雙基地體制下方位、俯仰和錐角之間的關(guān)系,分析了海上移動(dòng)接收平臺(tái)接收的回波信號(hào)中電離層雜波多普勒頻率的組成,綜述了國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研宄的電離層雜波特性;其次,論文根據(jù)電離層雜波特性,采用隨機(jī)信號(hào)建模法分別建立了電離層鏡像折射雜波和電離層散射雜波模型;然后利用特征值分解方法,提出“時(shí)域信號(hào)”抑制方法,對(duì)電離層鏡像折射雜波這類強(qiáng)雜波進(jìn)行