天地波高频雷达一阶海杂波特性分析与抑制

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本文针对高频雷达天发岸收模式下一阶海杂波的特性与抑制这一问题进行了深入分析和仿真研究,其中分别从模型建立和信号处理两个角度,重点研究了新模式下一阶海杂波的展宽特性、统计特性、散射截面积特性以及结合杂波特性的级联抑制问题。针对一阶海杂波的展宽特性问题,首先分析了一阶海杂波的空间分布特性,从理论和仿真角度证明了在回波延时固定的条件下,其分布可以用一个椭圆来描述,并据此进一步得到了Bragg散射频率的计算公式。此外,考虑到杂波单元内双基地角变化所导致的一阶海杂波展宽现象,定量计算了由双基地角所引起展宽的空间分布情况。由仿真结果可以看出,其展宽程度随着接收波束方位角的增大而减少。而关于电离层的非线性相径扰动和多径现象所引起的一阶海杂波展宽问题,本文结合了电离层的粗糙面模型对不同层所引起展宽程度分别进行了计算。结果表明,电离层引起的展宽主要与积累时间、发射波束宽度、电离层相关距离等参数有关。随后,对一阶海杂波幅度统计特性的检验问题,本文采用计算高阶累计量的方法,将一个高斯检验问题转化为一个二元假设问题。首先,基于最大后验概率准则对一阶海杂波进行了分段,得到了一段近似平稳的回波数据,并且对分段后的数据进行了AR模型参数估计,结合AR模型参数以及多个距离门的平稳回波数据,构建三阶、四阶累积量的协方差矩阵并计算检验统计量,结果表明,在置信概率为95%的门限下,多个距离门回波数据的检验结果服从高斯分布。关于一阶海杂波的散射截面积特性,本文首先推导得到了电离层为球面分层、电子浓度服从准抛物线模型条件下色散系数的计算公式,仿真分析了电离层色散效应对高频窄带信号传播的影响,从匹配滤波角度研究了电离层对距离分辨率的作用,从而进一步得到了其对实际杂波分辨单元的影响,随后以限制杂波单元为参考对实际杂波单元进行了划分,结合Gill提出的双基地散射截面积计算公式,仿真分析了在考虑电离层对杂波分辨单元影响下的一阶海杂波散射截面积。为了对展宽的一阶海杂波进行抑制,本文从实际杂波回波信号成分入手,提出了一种基于EMD分解以及杂波对消的级联抑制处理方案。由算法仿真结果可以看出,EMD分解可以有效提取出展宽的一阶海杂波分量,从而为相径扰动函数的提取提供基础,考虑到锐化后的回波谱一阶海杂波仍然占优,本文随后结合杂波多维特性,提出了一种基于FBLP的杂波对消方法,由对消结果可以看出,一阶海杂波得到了抑制,并且可以有效的检测到目标信号。
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