基于極化信息的高頻地波雷達(dá)干擾抑制方法研究.pdf

1、高頻地波雷達(dá)(High Frequency Surface Wave Radar, HFSWR)工作在短波波段，其所處的外部電磁環(huán)境極其復(fù)雜，各種干擾如短波電臺(tái)、電離層雜波以及其他工業(yè)干擾對(duì)高頻地波雷達(dá)的目標(biāo)探測性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。抑制這些干擾、改善雷達(dá)回波質(zhì)量、提高雷達(dá)探測性能是高頻地波雷達(dá)信號(hào)處理面臨的主要問題。在各種抗干擾方法中，極化抗干擾方法不受信號(hào)來波方向及頻譜重疊等因素制約，成為高頻地波雷達(dá)抗干擾的一個(gè)重要手段。本文在現(xiàn)有極

2、化濾波研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入研究了高頻地波雷達(dá)的極化抗干擾方法。主要研究內(nèi)容總結(jié)如下：
　　1、基于大量實(shí)際錄取的高頻地波雷達(dá)數(shù)據(jù)，分析了高頻地波雷達(dá)中存在的短波電臺(tái)干擾和電離層雜波的特征。在線性調(diào)頻體制下，短波電臺(tái)干擾經(jīng)過高頻雷達(dá)接收機(jī)的多次混頻處理，原來的單一頻率的電臺(tái)干擾在零中頻輸出信號(hào)中變?yōu)榫€性調(diào)頻信號(hào)，在距離速度譜中表現(xiàn)為“條狀”分布。其極化特性表現(xiàn)為一個(gè)脈沖內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，一個(gè)掃頻周期內(nèi)變化不是很大，而在一個(gè)積累周期內(nèi)受

3、短波電離層信道的影響極化參數(shù)變化較為劇烈。在P4相位編碼體制下，經(jīng)過脈內(nèi)匹配處理后，目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過積累其譜峰變得更加尖銳。而干擾相對(duì)于匹配濾波器而言是“失配”的，經(jīng)過脈壓后抬高了回波信號(hào)的基底。對(duì)于電離層雜波干擾，本文分析了電離層雜波的成因、距離域和多普勒域特性以及電離層干擾的極化特征，為電離層雜波極化抑制奠定了基礎(chǔ)。
　　2、提出了基于FrFT的信號(hào)極化狀態(tài)估計(jì)方法，更好地解決了線性調(diào)頻體制下高頻地波雷達(dá)的目標(biāo)和干擾的極化狀態(tài)估計(jì)

4、問題，為下一步進(jìn)行極化信號(hào)處理奠定了基礎(chǔ)。普通極化濾波通過構(gòu)造與干擾極化參數(shù)相正交的極化濾波矢量來抑制干擾，因此準(zhǔn)確估計(jì)干擾的極化參數(shù)是進(jìn)行干擾抑制的前提。傳統(tǒng)的時(shí)域、頻域極化狀態(tài)估計(jì)方法雖然能夠準(zhǔn)確估計(jì)干擾的極化狀態(tài)，但對(duì)于頻譜重疊的信號(hào)卻無能為力。特別是對(duì)于在雷達(dá)中經(jīng)常使用的線性調(diào)頻信號(hào)，若它們的頻譜互相重疊，頻域估計(jì)方法將失效。基于此，本文提出了一種利用信號(hào)極化信息的分?jǐn)?shù)域不變性，在分?jǐn)?shù)域估計(jì)信號(hào)極化參數(shù)的方法。該方法特別適用于多

5、個(gè)在時(shí)頻域都有重疊的LMF信號(hào)的極化狀態(tài)估計(jì)，解決此種條件下傳統(tǒng)極化參數(shù)估計(jì)方法無法估計(jì)信號(hào)極化狀態(tài)的問題。
　　3、在傳統(tǒng)極化濾波的基礎(chǔ)上提出了斜投影極化濾波的概念。傳統(tǒng)的極化濾波以正交投影為基礎(chǔ)，當(dāng)目標(biāo)和干擾不完全正交時(shí)，在抑制干擾的同時(shí)會(huì)對(duì)目標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生影響。零相移極化濾波器盡管解決了這一問題，但需要極化矢量變換和幅度相位補(bǔ)償。為此，本文基于斜投影技術(shù)提出一種斜投影極化濾波方法。當(dāng)干擾和目標(biāo)不正交時(shí)，經(jīng)斜投影極化濾波后干擾仍能

6、被完全消除，而且不會(huì)對(duì)目標(biāo)信號(hào)造成任何極化損失。此外，斜投影極化濾波后輸出信號(hào)仍為矢量信號(hào)，可以再次進(jìn)行極化濾波，而普通極化濾波后信號(hào)變?yōu)闃?biāo)量，極化信息無法再次利用。在實(shí)際高頻雷達(dá)系統(tǒng)中，目標(biāo)信號(hào)基本不變而干擾極化狀態(tài)很難估計(jì)，基于此本文提出了一種改進(jìn)的斜投影極化濾波方法，該方法不需要估計(jì)干擾的極化狀態(tài)，而是通過估計(jì)回波信號(hào)中噪聲的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)斜投影極化濾波矢量的構(gòu)建，避免了干擾極化參數(shù)估計(jì)不準(zhǔn)確對(duì)濾波器性能的影響。
　　4、提出了

7、一種基于斜投影的極化域空域聯(lián)合濾波方法。在極化敏感陣列信號(hào)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建信號(hào)和干擾的空間極化參數(shù)子空間，計(jì)算斜投影極化濾波矢量。詳細(xì)分析了該算法下極化敏感陣列的輸出信號(hào)干擾噪聲比(SINR)與目標(biāo)信號(hào)和干擾的空間入射方向及極化參數(shù)之間的關(guān)系，導(dǎo)出了基于斜投影的空域極化域聯(lián)合濾波時(shí)陣列輸出SINR解析表達(dá)式，揭示了其內(nèi)在的物理意義。當(dāng)信號(hào)和干擾從不同方向入射到接收陣列時(shí)，空域?yàn)V波性能占優(yōu)，而極化狀態(tài)的差異對(duì)陣列的濾波性能影響不大。當(dāng)有用

8、信號(hào)和干擾的到達(dá)角接近或相同時(shí)，空域?yàn)V波能力顯著下降，極化濾波起主要作用。此時(shí)可以通過極化特征來區(qū)分有用信號(hào)和干擾，達(dá)到增強(qiáng)有用信號(hào)抑制干擾的目的。僅當(dāng)有用信號(hào)和干擾的特征參數(shù)完全相同時(shí)，該聯(lián)合濾波方法完全失效。
　　最后通過對(duì)高頻雷達(dá)系統(tǒng)錄取的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，驗(yàn)證了所研究極化抗干擾方法的正確性，通過對(duì)高頻地波雷達(dá)中存在的短波電臺(tái)干擾和電離層雜波進(jìn)行極化抑制，進(jìn)一步改善了高頻地波雷達(dá)的性能，提高了雷達(dá)探測目標(biāo)的能力，有著重要的應(yīng)