高频地波雷达探测距离估算

高频地波雷达探测距离主要受环境噪声和海杂波的制约.对于环境噪声占领优或海杂波占优的情况,已有相应的距离估算公式.但对环境噪声或海杂波可比拟的情况,使用上述公式所算得的结果误差较大,对雷达总体设计会产生一定影响.文中根据环境噪声和二阶海杂波的特性,从理论上推导了噪声与二阶海杂波共同作用下,通用高频地波超视距雷达探测距离估算公式,并在给定参数情况下计算了不同时段、不同海态下雷达对舰船目标的探测距离,从而为地波雷达总体设计提供依据.     

高频地波雷达电离层杂波统计特性研究

高频地波雷达是一种理想的早期预警雷达,但是其检测性能受到电离层杂波的严重影响。从理论上分析了电离层对雷达信号的反射及多普勒展宽特性,利用实测数据对电离层杂波幅度的统计特性进行了研究,同时研究了电离层杂波的时间相关性和距离相关性,并从电离层的结构特性对其时间、距离相关性进行了分析,为抑制电离层杂波、优化高频地波雷达设计和改善低速目标检测方法提供了依据。     

高频地波雷达的电离层杂波识别新试验

为了验证电离层杂波干扰的存在及研究其对高频地波雷达性能的影响,武汉大学电波传播实验室在浙江舟山东沙试验基地利用高频地波雷达完成了电离层杂波干扰识别新试验.试验采取改变地波雷达发射天线结构即改变发射天线的波束指向,使得电磁波垂直向上发射,进行电离层垂直探测试验;同时也有部分能量向海洋传播,从而获得海面Bragg散射回波.与此相对应地采用垂直极化的三元八木天线向海洋表面发射电磁波,同时获取海洋回波与电离层杂波.详细介绍了试验过程并对实测结果进行了初步分析,并介绍了新近研制的便携式高频地波雷达OSMAR-S的系统结构及其工作参数.     

高频地波雷达协同检测新方法

电离层杂波、海杂波以及射频干扰的存在造成高频地波雷达目标检测上的困难。针对高频地波雷达的极化特性和目标在距离-多普勒谱中的扩张特性,先设计一种改进的二维恒虚警检测算法,后将该方法与极化处理方法融合设计一种新的协同检测算法,该检测算法实现了能量域和极化域的协同检测,突破传统极化检测方法计算复杂等问题。高频地波雷达实测数据中的仿真和检测结果表明:在电离层杂波背景中,协同检测算法性能优于恒虚警方法。     

高频地波雷达中电离层杂波的时频特征

高频地波雷达中的电离层杂波通常可分为聚集区和扩展区,聚集区杂波对应于经电离层直接反射的回波,距离扩展较小,表现为单(或多)分量调幅-调频(AM-FM)信号;扩展区对应于复杂混合路径的回波,具有较大的距离域和时频域扩展.电离层聚集区杂波在距离上的相关性明显高于正常海洋回波,而扩展区杂波的距离相关性则相对较弱.利用雷达杂波的时频特征,可以对电离层聚集区回波进行时频面掩模处理抑制强杂波,或利用相邻距离元上的回波信号进行杂波对消.雷达实测数据处理结果表明上述分析和杂渡抑制方法是有效的.     

高频地波雷达垂直向电离层电子浓度估计方法

高频地波雷达工作时, 往往同时接收到大量的电离层反射回波, 这些电离层杂波会对目标检测造成严重影响, 因此, 电离层杂波抑制是当前高频地波雷达领域的研究热点.文章将电离层回波视为可用信源, 从中反演出垂直方向电离层对应的电子浓度与等离子体频率.对R-D(Range-Doppler)谱图进行预处理, 获取垂直方向的电离层回波谱, 建立其回波功率与电离层雷达散射截面积之间的数学模型, 进而得到对应的电子浓度.在高频地波雷达站进行了实验, 并将反演结果与IRI-2012进行对比, 验证了该方法的可行性和有效性.     

高频地波雷达的脉冲压缩和波形参数设计

高频地波雷达发射线性调频中断连续波信号,采用去斜方式的脉冲压缩.该脉压实际上是根据目标距离平移门控脉冲的梳状谱,所以雷达的距离分辨率等于梳齿宽度,文中给出了仿真实例;对于避免距离和速度模糊的波形参数设计进行了原理性的讨论,给出了避免距离和速度模糊的波形设计原则.对文献中的子脉宽限制条件进行了深入分析,指出该条件是不必要的.文中的研究对于设计高频地波雷达波形参数具有参考意义.     

基于块稀疏恢复的高频雷达空间角谱和极化谱联合估计方法

高频地波雷达（high-frequency surface wave radar,HFSWR）中电离层杂波的存在,会极大地影响雷达系统的性能,降低对目标的探测能力.为了精确获得杂波参数,从而更好地抑制电离层杂波,提出了一种基于压缩感知（compressive sensing,CS）的单快拍参数估计方法,用于对电离层杂波的空域和极化域参数估计.该方法基于极化敏感阵列的块稀疏估计模型,应用块正交匹配追踪（block orthogonal matching pursuit,BOMP）算法实现距离-多普勒域的单快拍空间角度和极化参数联合估计,并进一步获得目标和杂波的空间角谱和极化谱.该方法适用于任意极化敏感阵列,在距离-多普勒域单快拍条件下,其估计性能优于传统方法,且计算复杂度极低,可以实现实时处理.仿真结果和某HFSWR系统实测数据处理结果表明了参数估计方法的有效性.     

天波雷达中抑制距离多跳回波的波形设计方法

高频天波超视距雷达所独有距离多跳现象,使得位于雷达威力覆盖范围以远的杂波通过地面与电离层的多次反射进入到雷达的接收阵列。该距离多跳回波在某些特定的距离单元呈现较强的扩展杂波,淹没位于该区域的目标信号,形成检测盲区。采用了一种脉间相位编码波形,多跳扩展杂波经过距离-多普勒处理后会附加一个多普勒频移,从而可搬移到任意设定的多普勒区间,使原本掩盖的目标显现出来。通过实验仿真表明,该波形能够有效的移除扩展杂波,增强位于扩展杂波区目标的可视性。     

双基地高频返回散射探测前沿修正研究

高频电离层探测中某一电路形成的斜向探测电离图上各层传播模式的结合频率点应该位于包含该电路的返回散射前沿上,实测数据表明两者有差异.基于返回散射收发异地引起的差异,运用返回散射系统电波传播原理,对返回散射探测群距离P进行改进,通过改进前后自南到北三个方位的结果对比表明,返回散射前沿和斜测最高可用频率(Maximum Usable Frequency,MUF)均方根误差分别改善了12.2%、12.4%、12.8%,这对电离层高频斜向探测和返回散射探测模式信息融合有重要意义.     

基于冗余小波变换的高频地波雷达目标检测算法

为了从高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar, HFSWR)信号生成的复杂距离多普勒(Range Doppler, RD)图像中准确提取运动点目标, 提出了一种基于冗余小波变换(Redundant Discrete Wavelet Transformation, RDWT)的RD图像点目标检测算法.该算法根据点目标与海杂波、电离层杂波等特征的差异, 首先在距离方向进行自适应RDWT以去除海杂波和地杂波, 并在多普勒方向进行自适应RDWT以去除电离层杂波; 然后利用图像形态学运算对背景噪声进行了抑制; 最后进行阈值自适应分割以得到点目标.实验结果表明:该算法能有效抑制RD图像中的海杂波、电离层杂波和背景噪声, 能从复杂的RD图像中实现点目标的有效检测, 其检测性能优于改进的恒虚警率(Constant False Alarm Rate, CFAR)算法.     

基于IAVOA-GRU网络的高频地波雷达电离层杂波预测

电离层杂波的精确预测对提升高频地波雷达的探测性能具有重要作用。提出了一种基于改进非洲秃鹫优化算法优化门控循环单元(Improved African Vultures Optimization Algorithm Optimization Gated Recurrent Unit, IAVOA-GRU)网络的电离层杂波预测方法。首先,依据电离层杂波的混沌特性,通过相空间重构方法对接收到的电离层杂波进行相空间重建,构建GRU网络的输入、输出样本集;然后,利用IAVOA对GRU网络的隐层节点数、迭代次数及初始学习速率3个超参数值执行优选;最后,重新训练优化后的GRU网络,并进行预测。实测结果表明,相较其他6种对比预测模型,所提出的IAVOA-GRU网络模型具有较高的预测精度和可靠性,为有效改善高频地波雷达的探测性能提供了一种思路和方法。     

高频地波雷达电离层杂波的空域极化域协同抑制方法

高频地波雷达（High Frequency Surface Wave Radar,HFSWR）能够探测视距外的海上目标和超低空飞行器,但其性能通常被电离层杂波严重影响。该文使用一种空域极化域协同滤波算法用于电离层杂波抑制。针对其中电离层杂波空域和极化域参数的估计问题,在距离-多普勒域上利用基于压缩感知（Compressive Sensing,CS）的DOA测角方法进行空域参数估计,并提出一种基于统计特性的极化参数估计方法完成极化参数估计。这两种估计方法可获得更高的参数估计精度,从而提高了电离层杂波空域极化域抑制方法的性能。某HFSWR系统实测数据处理结果表明了参数估计和电离层杂波抑制方法的有效性。      

基于杂波聚类与贪婪策略的电离层杂波智能处理方法

在高频地波超视距雷达系统中,电离层杂波作为一种时变、非均匀、非高斯的复杂杂波,其抑制方法一直是困扰国内外的研究难点。针对传统杂波抑制方法对电离层杂波的处理能力单一、普适性差的问题,该文开展了杂波智能分类抑制处理方法的研究,通过对电离层杂波的成因与特性分析,提出了一种基于杂波聚类与贪婪策略的电离层杂波智能处理方法,对电离层杂波进行分类分情况处理。实验分析表明该方法对电离层杂波的抑制性能优于典型传统算法。      

Noncausal Adaptive Spatial Clutter Mitigation in Monostatic MIMO Radar: Fundamental Limitations

The problem of a point target detection masked by clutter distributed over range and Doppler, including the range and Doppler of the target, is considered for a multimode propagation scenario commonly encountered in quasimonostatic HF over-the-horizon radars (OTHR). Here, a clutter signal spread in Doppler frequency due to propagation via a disturbed ionospheric layer competes with a target and narrowband clutter returns propagating via a stable ionospheric layer with the same group delay (radar range). Mitigation over all ranges of spread clutter propagating via a “mixed mode” path with indistinguishable direction-of-arrival (DoA) relative to the target requires (potentially adaptive) transmit beamforming to exploit the direction-of-departure (DoD) difference, which varies as a function of radar range. This range-dependent beamforming can be implemented only via the use of multiple-input multiple-output radar technology. In this paper, we explore the fundamental limitations that exist for the maximal dimension of the area in range-Doppler space occupied by spread clutter and the required properties (cardinality) of the orthogonal waveform set for efficient spread clutter mitigation.      

天波雷达电离层污染校正与海杂波抑制

在天波超视距雷达（OTHR）中,舰船目标的多普勒频率与海杂波谱接近,电离层污染会导致海杂波频谱展宽,从而淹没邻近的舰船目标信号。考虑到电离层污染会导致OTHR回波信号的相位缓慢变化,提出了采用相位梯度法对回波信号进行电离层污染校正;利用污染校正后的海杂波可以近似为两个单频信号之和这一特点,提出了应用奇异值分解来实现对海杂波的抑制。仿真结果表明,文中算法可以有效地校正电离层污染,抑制海杂波,显著提高信杂比,从而有效解决强海杂波对舰船目标的遮蔽问题。与现有的HRR—SVD算法相比,文中算法可以适用于相干积累时间较长和电离层污染较大的情况,防止残留的海杂波形成虚警,提高了OTHR对海杂波附近舰船目标的检测能力。     

基于已知传播模式数目的海杂波抑制方法研究

天波超视距雷达海杂波谱受电离层多模传播影响大幅展宽, 需进行杂波抑制才可实现舰船目标检测, 利用电离层返回散射探测可获得海杂波谱先验模式数目信息.针对常用的两种海杂波抑制方法——特征值分解法和循环对消法, 仿真分析了传播模式数目识别准确性对海杂波抑制效果的影响.结果表明:若传播模式数目识别错误, 则会造成目标漏检或虚警.在传播模式数目已知的前提下, 利用仿真和试验数据研究了目标与一阶海杂波多普勒相对位置和多普勒分辨率对上述两种方法海杂波抑制效果的影响.目标与一阶海杂波越接近, 海杂波抑制效果越差, 当二者相对多普勒位置小于分辨率时, 两种方法均失效; 多普勒分辨率越低, 海杂波抑制效果越差; 目标与海杂波越接近, 对多普勒频率分辨率要求越高.     

高频地波雷达中电离层杂波的自适应抑制

首先分析了高频地波雷达中电离层杂波的类型，并给出了电离层杂波的仿真结果。在此基础上，给出了利用相参旁瓣对消滤波器对电离层杂波进行自适应抑制的方法。利用辅助天线输出中的干扰成分，自适应的调整其加权系数，最大程度的估计出主天线输出中的干扰。然后在主天线的输出中减去这个估计出的干扰。最后，对现有的相参旁瓣对消滤波器进行改进，并且给出了改进的相参旁瓣对消滤波器的抑制结果。