混合體制高頻超視距雷達(dá)抗電離層干擾方法研究.pdf

1、超視距雷達(dá)具有大范圍的監(jiān)視能力，主要用于預(yù)警，是低空防御的一種有效探測手段；同時(shí)也可用于探測海面艦船等目標(biāo)、采集海面環(huán)境數(shù)據(jù)等，因此也是實(shí)時(shí)監(jiān)測專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的有效手段?；旌象w制高頻超視距雷達(dá)則是一種采用天波發(fā)射-地波接收工作模式的新體制雷達(dá)，這種混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的提出是希望可以同時(shí)發(fā)揮高頻天波超視距雷達(dá)和高頻地波超視距雷達(dá)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)各自的缺陷，進(jìn)一步提高雷達(dá)的工作性能。由于電離層在雷達(dá)系統(tǒng)工作過程中扮演著不可忽視的角色，因此電離層對(duì)于工

2、作在高頻波段的混合體制雷達(dá)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生各種影響。一方面，電離層運(yùn)動(dòng)造成的電離層污染會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)回波譜的多普勒展寬，其中海雜波的展寬會(huì)淹沒 Bragg峰附近的海面艦船等慢速目標(biāo)；另一方面，電離層雜波的產(chǎn)生則會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)回波譜噪聲基底的抬高，有可能會(huì)淹沒不同距離上存在的目標(biāo)。因此電離層的存在會(huì)降低混合體制雷達(dá)的目標(biāo)探測能力，影響雷達(dá)系統(tǒng)的整體性能，限制其應(yīng)用和推廣。
　　現(xiàn)在還沒有人專門研究電離層對(duì)這種混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的影響，因此相關(guān)內(nèi)容

3、和抑制電離層干擾技術(shù)的研究就成為了混合體制雷達(dá)系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題。本文在介紹混合體制高頻超視距雷達(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究了電離層對(duì)混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的各種具體影響，并且分別給出了相應(yīng)的抑制方法。本文將針對(duì)上述問題展開研究，全文的主要內(nèi)容如下：
　　1.本文對(duì)這種混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究。結(jié)合混合體制高頻超視距雷達(dá)的特點(diǎn)，討論了電離層對(duì)混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的影響，并且分析了各種影響的特點(diǎn)。
　　結(jié)合混合體制高頻超視距

4、雷達(dá)系統(tǒng)的幾何布局特點(diǎn)解釋了系統(tǒng)的基本工作原理，同時(shí)給出了系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)方程，推導(dǎo)了系統(tǒng)的定位原理，并分別在考慮地球曲率和忽略地球曲率的情況下分析了系統(tǒng)的定位精度。選擇了適合本系統(tǒng)工作的信號(hào)形式，還討論了用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理的距離處理方法和多普勒處理方法的原理和用途。這些內(nèi)容為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　介紹了電離層的分層結(jié)構(gòu)、各層的特點(diǎn)和電離層雜波的產(chǎn)生原理等。分別從混合體制高頻超視距雷達(dá)的天波發(fā)射過程和地波接收過程這兩個(gè)角度

5、出發(fā)，討論了電離層對(duì)混合體制雷達(dá)系統(tǒng)造成的兩種主要影響，即電離層擾動(dòng)（相位污染）導(dǎo)致的回波譜展寬和電離層雜波導(dǎo)致的噪聲基底抬高。同時(shí)，分析了每種影響的產(chǎn)生和作用原理，并且分別與電離層對(duì)高頻天波雷達(dá)和高頻地波雷達(dá)造成的影響進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明它們的區(qū)別主要在于：高頻天波雷達(dá)中是雙程污染，混合體制雷達(dá)系統(tǒng)中則是單程污染；高頻地波雷達(dá)中包含垂直向電離層雜波和水平向電離層雜波，混合體制雷達(dá)系統(tǒng)中則僅包含垂直向電離層雜波。
　　在混合體制雷

6、達(dá)系統(tǒng)的背景下，針對(duì)實(shí)驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果中觀察到的海雜波展寬等現(xiàn)象，分析了產(chǎn)生這些現(xiàn)象的機(jī)理，并利用實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)這些理論進(jìn)行了驗(yàn)證。即海雜波的展寬是電離層污染和雙基地角的共同作用造成的，同時(shí)海雜波的展寬程度受雙基地角的影響隨不同方位輕微變化。針對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果中出現(xiàn)于特定高度范圍的電離層雜波，提出了擴(kuò)散Es層雜波的概念將其歸類。利用多重信號(hào)分類法（MUSIC），通過對(duì)大量雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到了混合體制雷達(dá)系統(tǒng)中電離層

7、雜波的方向性特性。即占據(jù)較少距離單元的電離層雜波具有一致性的方向性；占據(jù)較多距離單元的電離層雜波則不具有。此外，還研究了其方向性特性不會(huì)隨工作頻率變化的特點(diǎn)。這些結(jié)果將是研究抑制電離層干擾方法的重要依據(jù)。
　　2.針對(duì)電離層污染問題，給出了基于分段多項(xiàng)式建模的電離層污染校正算法。
　　在原有基于分段多項(xiàng)式建模的電離層相位污染校正方法基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)所獲實(shí)測數(shù)據(jù)的相位污染特點(diǎn)，針對(duì)原有方法部分處理細(xì)節(jié)上的不適用性，分析

8、給出了相位緩變信號(hào)應(yīng)采用的分段原則。根據(jù)分段后每段數(shù)據(jù)的相位變化情況，提出了改進(jìn)的階數(shù)選擇方法，降低了原有算法的復(fù)雜度，提高了算法效率，特別是對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)中常出現(xiàn)的分段后每段數(shù)據(jù)相位變化很小的情況，算法的改善效果更加明顯。同時(shí)，對(duì)于相位補(bǔ)償時(shí)可能出現(xiàn)的相位殘差跳變對(duì)補(bǔ)償效果的影響進(jìn)行了分析，并給出了相應(yīng)的跳變補(bǔ)償方法，即對(duì)相位殘差的跳變進(jìn)行平滑處理。此外，還分析了電離層幅度污染對(duì)回波信號(hào)的影響，并提供了初步的補(bǔ)償方案。給出了電離層污染校

9、正算法的完整實(shí)現(xiàn)流程，實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果表明了算法的有效性，也表明該算法更適合應(yīng)用于工程實(shí)際。
　　3.針對(duì)電離層雜波問題，研究了基于自適應(yīng)陣列的電離層雜波抑制方法。
　　介紹了自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的相關(guān)理論，根據(jù)混合體制雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇了利用原有天線陣元的最小均方自適應(yīng)陣列作為本文算法研究的基礎(chǔ)?；谒惴ㄒ獙?shí)現(xiàn)的目的，利用大量的實(shí)測數(shù)據(jù)，分析并選擇了算法中適合實(shí)際雷達(dá)系統(tǒng)的最優(yōu)權(quán)值定義。分析了算法對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)中海雜波的

10、影響，根據(jù)是否需要保留海雜波信息，分別給出了相應(yīng)的處理辦法。討論了可能影響電離層雜波抑制算法性能的其他因素，分別給出了適合本雷達(dá)系統(tǒng)的相應(yīng)選擇。就訓(xùn)練樣本而言，選擇一個(gè)距離單元上的所有多普勒單元數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本；就輔助天線陣列的陣元個(gè)數(shù)而言，選擇3-4個(gè)陣元為宜。在前面的基礎(chǔ)上，提出了一種新的輔助天線陣列構(gòu)成，給出了相應(yīng)的電離層雜波抑制算法處理流程。實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果證明了算法帶來的改善，新的算法優(yōu)于原算法。此外，對(duì)在利用算法處理大量實(shí)