论文部分内容阅读
天波超视距雷达(Over-the-Horizon-Radar,OTHR)通过发射高频电磁波在大气电离层进行传播从而实现对较远视线距离的目标进行探测一种雷达,但由于电磁波经过电离层传播后会产生多模杂波,将严重影响对目标的探测。通过将多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)技术应用于OTHR构建MIMO-OTHR,使得其可以充分利用空域信息来实现非因果自适应波束形成,从而达到抑制多模杂波的效果。MIMO-OTHR通过在电离层折射、后向返回散射路径下传播高频电磁波来实现对1000～4000km视线距离外海面慢速运动船舶目标的探测,但电离层的多层结构,使得MIMO-OTHR在探测目标的过程中会返回多条散射探测路径,从而会引起多模杂波现象的产生。再加上电离层相位污染的影响,多模杂波的一阶Bragg峰将在多普勒谱上扩展,从而形成多普勒扩展杂波(Spread Doppler Clutter,SDC),其SDC杂波将严重影响OTHR对海面慢速运动船舶目标的探测性能。在MIMO-OTHR中,通常利用最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)来解决接收回波中的电离层多模杂波对目标的探测的影响。由于MIMO-OTHR的全向性发射、杂波噪声协方差矩阵估计不准确以及有限相干积累时间内训练样本数过少,使传统MVDR输出信杂噪比(Signal-to-Clutter-plus-Noise Ratio,SCNR)较低。针对这些问题,本文从两个方面对MVDR算法进行改进,主要工作包括:(1)对MIMO-OTHR中的传统MVDR算法进行改进,以改善其多模杂波的抑制能力。首先,利用二阶锥规划进行发射波束域预处理为基础,将发射能量集中到主模式角度;然后,在阵列接收端进行阵列平滑,抑制主模期望信号,提高杂波噪声协方差矩阵估计精度;最后,利用MVDR波束形成双迭代算法,降低对计算量与训练样本数的需求。通过仿真来验证算法的有效性,并对其性能做出分析,仿真结果表明:改进MVDR算法可有效抑制多模杂波;以较少训练样本及较小计算量,可以获取更高的输出SCNR。(2)为了进一步提高多模杂波的抑制能力,通过在MIMO-OTHR中进行杂波抑制的研究上的基础上引入频控阵(Frequency diverse array,FDA)技术,构建FDA-MIMO-OTHR新型雷达系统,以改善多模杂波在距离维上的抑制能力。首先,利用非均匀频率偏移进行发射波束域预处理为基础,将发射能量集中到主模式角度;然后,在阵列接收端进行阵列平滑,抑制主模期望信号,提高杂波噪声协方差矩阵估计精度;最后,利用MVDR波束形成双迭代算法,降低对计算量与训练样本数的需求,通过仿真验证其有效性,并对性能进行分析,仿真结果表明:在构建FDA-MIMO-OTHR新型雷达系统下的改进MVDR算法可有效抑制多模杂波;以较少训练样本及较小计算量,可以获取更高的输出SCNR,并实现具有距离上抑制需求的实际情况。