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岸舰双/多基地地波超视距雷达(CSB/M-SWOTHR)发射天线阵架设在海岸,每个天线发射信号的载频不同,并且相互正交,从而在功率意义上不形成发射方向图。接收天线在移动的舰船上,接收站不发射信号,具有良好的抗有源定向干扰、抗反辐射导弹和隐身的能力。接收系统最少可只采用一根接收天线,可以有任意多个接收站共享一个发射站辐射的信号。无论接收站相对于发射站的位置如何,目标相对于发射站的位置信息是可以在接收端通过信号处理综合得到的。由于SWOTHR距离分辨率和角度分辨率较低,因而通过加长积累时间,提高速度分辨率分辨目标。在长积累时间内,CSB/M-SWOTHR回波信号成为非线性的频率调制(FM)信号,该信号具有非平稳、低信噪比的特点。对此信号实现有效积累是该体制雷达目标检测的关键。
影响CSB/M-SWOTHR目标检测最重要的两个因素是海杂波和高频干扰。CSB/M-SWOTHR的海杂波谱因双/多基地结构和接收站的运动而展宽,从而可能遮蔽目标信号。高频段存在的多种干扰,如短波通信干扰、工业干扰和电离层干扰等,也严重影响了目标检测。
本文对CSB/M-SWOTHR的机动目标的检测、海杂波展宽及其抑制和电离层干扰抑制等问题展开研究,主要研究内容如下:
1.针对岸舰双基地地波超视距雷达(CSB-SWOTHR),分析了在接收站静止与运动时,目标的双基地多普勒在相干积累时间内的特征。仿真的结果证实了长积累时间内,无论接收站静止还是运动,CSB-SWOTHR吸的目标回波信号为非线性FM信号,这为CSB/M-SWOTHR的目标检测提供了依据。
2.针对CSB-SWOTHR海杂波谱不再是两根固定的谱线而是展宽的多分量信号,分析了一个发射综合波束之内一阶海杂波谱的展宽程度与“距离和”单元的椭圆离心率、雷达发射角和接收平台的运动等因素的关系。由仿真结果可知,因接收平台的运动导致CSB-SWOTHR的海杂波谱是“距离和”和方位非平稳的,但在相干积累时间内,相邻“距离和”单元的海杂波的时频特征具有一定的相关性。因此,提出利用相邻“距离和”单元的平均时频分布来抑制待检测单元的海杂波。仿真结果表明,该方法可以削弱强杂波凸显目标。
3.假设CSB-SWOTHR回波信号中的干扰与一阶海杂波均得到有效的抑制,剩余杂波与噪声的综合作用可近似看作白噪声,雷达目标信号没有距离模糊,针对白噪声背景、低SNR下、长观测时间内未知瞬时频率(IF)曲线是非线性的FM信号,提出应用时频分析和形态学滤波方法检测目标信号。首先提出最优窗平滑伪魏格纳分布(SPWVD)和最优核的Cohen类时频分布,应用TFD对目标信号能量进行第一次累积,实现在其IF曲线附近聚集信号能量并且最小化噪声的TFD方差。然后应用阈值处理和形态学滤波提取TFD中高能量时频支撑区域,在TFD平面上第二次累积信号能量,抑制噪声能量。最后利用信号与噪声聚集能量或聚集几何特征的差异,通过累加高能量时频支撑区域内的能量或累积高能量时频区域中时频点数,构造检测统计量进行信号检测。仿真分析和雷达实测数据加仿真机动目标的检测结果证实了该方法的可行性。 4.CSB-SWOTHR回波信号的IF含有目标与接收站的运动信息。运动补偿后的信号IF含有目标沿双基地角平分线的径向速度信息,可用于目标的跟踪与定位。低SNR下,IF估计曲线中大的估计偏差时频点(“野点”)的出现是导致估计性能很差的主要原因。为降低“野点”出现的概率,提出定向SPWVD(DSPWVD)。其利用伪魏格纳分布(PWVD)沿着特定时频方向加权平滑,每个DSPWVD能充分凸显待检测信号IF曲线上那些与给定核函数的平滑方向一致的线段。对于非线性FM信号连续光滑的IF曲线,可近似看作由不同斜率的线段组成。提出将不同方向的DSPWVD组自适应加权组合构造联合时频分布(JTFD),即使在低SNR下也能够最大程度匹配信号的局部时频特征,充分凸显强噪声背景中整个信号的IF曲线。
5.针对CSB-SWOTHR存在的电离层干扰,在接收端综合等效发射波束时,利用发射波束置零技术来抑制电离层干扰。首先计算得到电离层干扰区域的方位与俯仰角,随后通过调整等效发射波束权矢量实现对该区域的波束置零。发射波束权矢量可以通过遗传算法事先完成优化并存储备用。置零处理时,应当与载频、收发站间距离等环境因素匹配。加权综合发射波束对最近“距离和”单元强电离层干扰抑制的仿真表明,保持发射波束的主瓣不展宽情况下,置零区域的波束电平可在-20dB以下。采用发射波束置零处理是一种有效的抑制电离层干扰的方法。