天地波高頻雷達(dá)陣列校準(zhǔn)和直達(dá)波抑制.pdf

1、天地波高頻雷達(dá)利用天波反射/地波繞射的傳播模式，能夠探測(cè)到視距以外的海面艦船和低空飛行目標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)的天波雷達(dá)和地波雷達(dá)，天地波雷達(dá)具有更大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)岸基和艦載接收，且天地波雷達(dá)屬于雙基地雷達(dá)，地波接收機(jī)“靜默”接收目標(biāo)回波，提高雷達(dá)的生存能力。此外易于建立天波、地波結(jié)合的TR-RN型多基地高頻雷達(dá)信息網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)天波和地波超視距雷達(dá)資源共享。目前已成為高頻超視距雷達(dá)研究的熱點(diǎn)。天地波雷達(dá)是一種新體制雷達(dá)，在信號(hào)處理方面有許多難點(diǎn)，

2、本文針對(duì)天地波雷達(dá)陣列補(bǔ)償和直達(dá)波抑制兩方面內(nèi)容進(jìn)行研究。
　　本文主要研究岸基地波接收天地波雷達(dá)系統(tǒng)，首先分析了天地波雷達(dá)工作方式，并給出了其信號(hào)處理基本過程。為了抑制強(qiáng)大的干擾、雜波和噪聲，天地波雷達(dá)采用距離-方位-多普勒三維聯(lián)合處理方法，詳細(xì)推導(dǎo)了其處理過程。文中就天地波雷達(dá)直達(dá)波問題進(jìn)行特性分析，直達(dá)波是高頻無線電波經(jīng)電離層反射直接到達(dá)接收機(jī)，不經(jīng)過海面繞射傳播。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析出直達(dá)波具有能量強(qiáng)、方向穩(wěn)定且包含發(fā)射站信息

3、、零多普勒頻率和存在多徑傳播現(xiàn)象等特點(diǎn)，在信號(hào)處理中是理想的參考信號(hào)和校準(zhǔn)源，但同時(shí)也是一種強(qiáng)干擾，需要進(jìn)行抑制。文中還簡(jiǎn)單介紹了天地波雷達(dá)信號(hào)處理中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括收/發(fā)同步、陣列校準(zhǔn)、直達(dá)波抑制、電離層污染和目標(biāo)定位問題，本文主要對(duì)陣列校準(zhǔn)和直達(dá)波抑制兩方面問題進(jìn)行研究。
　　本文研究了高頻雷達(dá)陣列校準(zhǔn)技術(shù)，提出了一種基于空間相關(guān)矩陣（SCM）的陣列校準(zhǔn)算法。根據(jù)天地波雷達(dá)直達(dá)波特點(diǎn)，選取直達(dá)波作為校準(zhǔn)源，利用直達(dá)波構(gòu)造空

4、間相關(guān)矩陣，陣列相位誤差可從空間相關(guān)矩陣的相位中估計(jì)得到，幅度誤差可從空間相關(guān)矩陣的主對(duì)角線估計(jì)得到?？臻g相關(guān)矩陣可以從時(shí)域和頻域估計(jì)得到，研究在不同信噪比和快拍次數(shù)情況下，時(shí)域和頻域方法性能。結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真研究SCM算法所適用的信噪比和陣列誤差范圍，結(jié)果表明SCM算法在陣列誤差較大情況下性能依然良好，在低信噪比情況下，頻域方法性能良好。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的正確性和實(shí)用性。
　　接著，本文探討了穩(wěn)健的自適應(yīng)波束形成技術(shù)，分析了常規(guī)

5、波束形成和Capon波束形成在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的問題，引入了穩(wěn)健的波束形成問題。重點(diǎn)研究了對(duì)角加載方法（LSMI）、穩(wěn)健的最小方差波束形成（RMVB）和穩(wěn)健的Capon波束形成（RCB）三種方法，詳細(xì)分析了三種方法提高波束形成器穩(wěn)健性的原理，深入討論了三種方法參數(shù)的選取、陣列方向圖以及輸出信干噪比（SINR）。比較這三種算法性能，LSMI方法簡(jiǎn)單易行，但缺點(diǎn)在于無法確定加載量，信號(hào)功率估計(jì)偏低；RMVB方法對(duì)干擾抑制能力最強(qiáng)，在干擾方向

6、形成的零陷最深，但代價(jià)是旁瓣高，對(duì)噪聲抑制能力弱，信號(hào)功率估計(jì)接近真實(shí)值；RCB方法在同樣條件下輸出信干噪比較高，能同時(shí)抑制干擾和噪聲，且估計(jì)信號(hào)功率最準(zhǔn)確。
　　最后，對(duì)天地波雷達(dá)直達(dá)波抑制進(jìn)行仿真，考慮陣列幅相誤差，利用SCM算法進(jìn)行校正，由于正交投影算法對(duì)誤差敏感，本文主要采用穩(wěn)健的波束形成方法進(jìn)行直達(dá)波抑制。為了評(píng)判直達(dá)波抑制性能，定義自適應(yīng)方法輸出SINR與常規(guī)波束形成輸出SINR之比為目標(biāo)改善因子。詳細(xì)分析了影響直達(dá)波