超视距雷达抗干扰与目标检测方法

【摘要】： 超视距雷达通常工作在高频波段，分为两种：天波超视距雷达（OTHR）通 过电离层的反射达到远距离探测目标的目的，地表波超视距雷达又称高频地表波 雷达（SWHFR），利用电磁波在地球表面（海面）的绕射效应使电波沿着地球表 面传播来探测目标。超视距雷达具有探测距离远，覆盖面积广、反隐身等特点， 因此军事上主要用于大气中核武器试验的探测，大型导弹发射过程中在电离层燃 烧产生的烟柱的探测，弹道导弹、低空远程轰炸机和巡航导弹以及构成海上水域 潜在威胁的攻击性舰队预警工作。利用高频电磁波与海浪各次谐波所产生的 Bragg 效应，超视距雷达在民用方面还被广泛地用于海态的遥感工作。 本论文针对超视距雷达信号处理中存在的一些问题，结合国防十五预研基 金项目、国防科技预研跨行业基金项目和国防科技重点实验室基金项目，提出一 些新的方法，并成功地应用到实践中。利用特征子空间投影、小波变换、时频分 析、波束形成等方法对超视距雷达抗干扰问题进行了深入的研究。同时，利用进 化算法等解决超视距雷达方位超分辨估计问题，将空时自适应处理方法用于超视 距雷达杂波的抑制和目标检测方面。论文的主要创新点如下： (1) 为了解超视距雷达外部干扰在空域、时域和频域的分布特性，本文用 FFT 变换、STFT 变换、小波变换以及波束形成等技术，利用实测数据，系统 地从不同角度对各种干扰进行了分析和比较。 (2) 在超视距雷达抗干扰系统中，最佳工作频率点的选择至关重要，本文提 出了一种基于波束形成的最佳工作频率点选择方案，先进行自适应波束 形成，在空域上对干扰抑制进行之后，再对接收机输出信号频谱分析， 选择干扰最小的频率点作为最佳实时频率点。 (3) 在超视距雷达抗干扰问题的研究中，本文提出了三种在时域上抗干扰的 方法。第一种方法利用特征子空间理论抑制瞬态干扰，首先进行特征分 解，通过 MTI 滤波，除去海(地)杂波，检测出瞬态干扰时域中存在的位 置并挖除，然后用 AR 预测模型进行插值，对挖掉的有用信号进行恢复。 第二种方法是利用二进小波分解和完全重构特性，构造滤波器，在尺度 域检测和消除瞬态干扰，然后重构得到消除干扰后的有用信号。与第一 雷达信号处理重点实验室 WP=6 II 西安电子科技大学博士学位论文 种方法不同的是这种方法对干扰的检测和消除以及剩余信号的恢复，都 是在小波分解和重构过程中完成的，更易于工程实现。第三种方法利用 两次 MTI 滤波抑制长干扰，第一次将干扰和目标信号与强大的海杂波分 离，第二次 MTI 滤波将干扰和目标信号分离，并消除长干扰，最后将剩 余的信号合成。实测数据表明这三种方法是实用和有效的。 (4) 进化算法是一类借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法， 它尤其适用于处理传统搜索方法难于解决的复杂的多目标优化问题。本 文提出了一种基于进化算法的最大似然 DOA 估计算法，用进化算法求解 最大似然 DOA 估计算法中似然函数的极值，它可用于解决传统的最大似 然算法的精度和收敛速度的问题，应用于超视距雷达的测向问题，取得 了满意的结果。 (5) 本文在空时自适应信号处理用于岸基高频地表波雷达目标检测方面做了 尝试。提出了两种消除海杂波遮盖效应的方法，第一种方法，在所在距 离单元以时间滑窗为快拍估计杂波协方差矩阵，然后进行自适应波束形 成，达到杂波抑制的目的。另一种方法使用与目标邻近的若干个距离门 作为快拍估计杂波协方差矩阵，然后进行自适应波束形成。 (6) 在分析动态规划算法进行弱小目标检测的机理的基础上，通过对两类动 态规划算法的分析对比，找出了两类动态规划算法的共性和区别，并在 此对比分析的基础上对两类动态规划算法加以改进，通过加入目标的一 些先验信息，给出了一个统一的递推关系式，进一步改善了检测性能。 仿真结果表明此算法对弱小目标具有较强的检测能力，将改进的动态规 划算法应用到雷达弱目标检测中，结果令人满意。