基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究

基于多维联合的高频雷达杂波及干扰抑制方法研究高频地波超视距雷达利用垂直极化电磁波能够沿海面绕射传播
的特点实现对海面目标及低空飞行目标的超视距探测。

其工作在
3~30MHz的HF波段,使具有隐身设计的目标无所遁形。

其探测距离远、范围广、可全天候工作的特点吸引了众多国家投入大量精力进行高频地波超视距雷达的研制工作。

高频地波超视距雷达由于其自身体制的特点以及工作的频段十分拥挤,其面临的杂波及干扰背景是极其复杂的。

因此高频地波超视距雷达中的杂波及干扰抑制方法一直是各国学者和科研人员研究的重点问题。

本文针对高频地波超视距雷达,从杂波及干扰特性角度出发,致力于更深入的研究高频地波超视距雷达所面临的杂波及干扰的特点,提出了两种距离相关性分析方法:基于子
空间的距离相关性分析方法和基于压缩感知的距离相关性分析方法。

其中基于子空间的距离相关性分析方法利用统计的协方差矩阵获得
杂波及干扰子空间,再利用杂波及干扰子空间分析距离相关性。

由于该方法需要对数据进行统计,因此适用于统计特性强的杂波和干扰。

基于压缩感知的距离相关性分析方法能够在单次快拍条件下,对杂波分量进行分离,进而依据各杂波分量之间的关系综合计算其距离相关性。

本文利用基于压缩感知的距离相关性分析方法对实测的海杂波、电离层杂波、流星余迹进行了分析,同时比较了不同积累时间对杂波距离相关性的影响。

通过对海杂波和电离层的空域分布特性的分析,将其归为方位扩展杂波,并根据其空域相关性提出了利用杂波的旁瓣信息来估计主瓣内杂波信息的方法。

首先利用海杂波验证了该方法的
可行性,再通过对常见空域分布的仿真验证了该方法理论上的有效性,最后通过实测数据中的海杂波和电离层杂波进一步验证了该方法的
有效性。

但是该方法在实用中对阵列幅相一致性要求很高,并且对于目标方位与波束指向存在偏差情况下的鲁棒性不强。

针对上述问题,利用雷达信号处理理论中的空时等效性,提出了基于知识的方位扩展杂波抑制方法。

依据目标检测原则和输出信杂比最大原则,提出了空域阻塞滤波器的设计准则,其主要思想是利用系统的参数和预检测到的最大目标能量,自适应的设计空域阻塞滤波器,从而达到提高鲁棒
性的目的对于分布复杂的电离层杂波,基于知识的方位扩展杂波抑制方法适用范围有限。

因此本文基于对电离层杂波角度-多普勒频率二维谱分布特点的分析,提出了基于空时自适应处理方法的多维联合杂波及干扰抑制方法。

传统的空时自适应信号处理方法由于其巨大的计算量和对复杂杂波背景适应性不强,因此无法直接应用于高频地波超视距雷达。

本文比较了多种降维空时自适应处理方法,并结合对高频地波超视距雷达中的系统自由度和杂波自由度的分析,提出了多维联合处理方法中的局部处理单元大小的确定准则。

结合第2章对杂波及干扰距离相关性的分析,针对平稳杂波及干扰、丰富样本条件下的非平稳杂波和有限数据样本的杂波提出了等权重对角加载法、门限选择法和变权重加载法,由它们共同构成一套多维联合杂波及干扰抑制方法,并用实测数据验证了以上方法的有效性以及其在阵列存在幅相误差和目标方位偏差影响下的鲁棒性。

本文不仅从理论上提出了一系列杂波及干扰的特性分析方法和抑制方法,还从工程应用及实现角度提
出了多维联合抑制方法的系统工程框架,并分析了该系统工程框架的
计算复杂度。

由于计算量的提升,使常用的数字信号处理器(DSP)平台很难满足该框架对芯片处理能力的要求,因此本文提出了基于图形处
理单元(GPU)的信号处理平台。

通过对实测数据的处理,分析了基于GPU的信号处理平台的处理能力及计算实时性。

通过对连续工作的测试以及对杂波中目标的检测跟踪效果来看,该框架具有很强的实用性。