高频雷达海杂波特性研究与仿真分析

论文摘要

海杂波是高频雷达探测以海面为目标背景的重要杂波干扰源,会导致高频雷达工作的特定范围速度盲区。对于高频雷达,海杂波信号研究是一个必要的课题,对于不同体制的高频雷达单基地无电离层扰动的条件下的海杂波特征研究,以及海杂波背景下的检测与目标信号分离的方法,已经有着较为成熟的理论模型与深入的研究。而双基地高频雷达以及天波参与传播的高频雷达的海杂波信号及处理理论研究则还在逐步完善过程中。为了实际的高频雷达海杂波研究工作,本文从理论上提供了各种情况下的综述性的海杂波理论模型及仿真分析。主要内容为:首先从理论上分析了单基地高频雷达的海面散射机理,并对其进行仿真与比较。主要采用了Barrick推导的单基地海面散射截面积模型,考虑雷达实际工作环境要素,分析了海面散射的海态模型波高谱——海面波动能量分布状况与海风的关系,并对各种因素对海杂波谱形态的影响作出理论分析。然后则主要研究了双基地高频雷达的海面散射情况,并对其进行仿真分析。双基地的几何分布导致其海杂波的特性与单基地情况不同,双基地散射Bragg频率除与雷达工作频率相关外还与双基地角相关,根据此种情况,提出了宽波束的概念,并研究宽波束条件下海杂波谱的特性——展宽效应。随后我们采用对宽波束杂波单元内部进行分割处理的思想,以逼近窄波束条件,并应用Gill的双基地窄波束海面散射模型,得到宽波束条件下的海杂波谱表达形式,并做了仿真分析,而且验证宽波束条件展宽效应的理论分析。最后则研究了含有电离层干扰要素的海杂波信号情况,并对电离层相位污染进行去除处理研究。简要分析了电离层的特点与模型,并分析电离层干扰对于高频雷达回波信号的各种影响——多模效应、多径效应以及电离层相位污染。对于含有相位污染的情况对海杂波信号进行谱展宽评估,并应用目前处理电离层相位污染干扰较为有效的P&B算法,去除回波信号中的相位调制,还原回波谱形态,提取相位调制曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究的目的及意义
• 1.3 高频雷达海杂波理论研究状况
• 1.4 本文研究的主要内容及章节安排
• 第2章 单基地高频雷达海杂波分析及仿真
• 2.1 海杂波建模方法简述
• 2.2 高频段雷达海杂波产生机理
• 2.2.1 单基地高频雷达一阶海杂波产生机理
• 2.2.2 单基地高频雷达二阶海杂波产生机理
• 2.3 单基地高频雷达海面散射截面积数学模型
• 2.3.1 波高谱
• 2.3.2 一阶海面散射截面积模型
• 2.3.3 二阶海面散射截面积模型
• 2.3.4 影响单基地高频雷达海杂波形态的因素
• 2.4 单基地高频雷达海杂波谱数值仿真
• 2.4.1 单基地海杂波功率谱计算及参量设定
• 2.4.2 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 双基地高频雷达海杂波分析及仿真
• 3.1 双基地高频雷达海洋回波作用分析
• 3.1.1 双基地雷达的基本参量与几何关系
• 3.1.2 双基地雷达目标散射分析
• 3.2 双基地宽波束海杂波谱展宽效应
• 3.2.1 双基地雷达窄波束与宽波束
• 3.2.2 双基地一阶海杂波谱展宽机理
• 3.3 展宽效应空间分布
• 3.3.1 双基地海杂波展宽效应的描述
• 3.3.2 展宽效应的空间分布特点
• 3.3.3 影响展宽效应的因素
• 3.4 窄波束海面散射截面积数学模型
• 3.4.1 双基地一阶海面散射分析及数学模型
• 3.4.2 双基地二阶海面散射分析及数学模型
• 3.5 宽波束海面散射截面积数值建模
• 3.6 双基地海杂波谱模型与仿真
• 3.6.1 双基地海杂波功率谱计算及参量设定
• 3.6.2 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 天波传播高频雷达海杂波特性分析
• 4.1 电离层简介
• 4.1.1 电离层基本结构
• 4.1.2 电离层的形态特征
• 4.2 电离层对高频雷达回波的影响
• 4.2.1 高频无线电波在电离层中的传播
• 4.2.2 电离层干扰效应
• 4.3 相位污染效应下高频雷达的海杂波谱形态分析
• 4.3.1 相位污染效应的描述
• 4.3.2 相位污染效应对海杂波谱形态的影响
• 4.3.3 谱展宽程度的评估
• 4.4 相位污染效应对海杂波谱形态影响的模拟分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 海杂波相位污染效应的校正处理研究
• 5.1 海杂波谱去相位污染综述
• 5.2 基于P&B 算法去除海杂波相位污染
• 5.2.1 P&B 算法的基本原理
• 5.2.2 P&B 算法的具体处理步骤
• 5.3 基于P&B 算法校正相位污染效应仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢