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舰载高频地波雷达海杂波抑制方法研究

作　者: 郝忠文
导　师: 谢俊好
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 海杂波 DOA 小波变换斜投影 IMP
分类号: TN958.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统的微波雷达无法突破视距限制,探测距离有限,满足不了预警、保护专属经济区等情况的需求。高频地波雷达利用垂直极化电磁波沿海面绕射的原理,探测距离可以达到数百乃至上千公里,弥补了微波雷达的不足。舰载高频地波雷达与岸基高频地波雷达相比,由于舰载平台的运动导致海杂波谱展宽,使得低速目标被淹没,难以检测。本文研究内容的重点就是展宽海杂波中目标的检测与DOA估值问题。展宽的海杂波具有空时耦合特性,特定的频率对应特定的海杂波方向,时域难以区分的目标和杂波,可以在空域进行处理。空域正交加权方法将权矢量的零点设为处理单元对应的海杂波方向,能够在抑制杂波的同时实现目标检测和DOA估值。但当目标和杂波位于同一主瓣内时将产生主瓣分裂,因此本文引入斜投影算子代替正交权矢量。理想的斜投影方法能够在抑制杂波的前提下,对信号基本不产生影响。但实际应用中,理想斜投影算子的获得是困难的,一般只能采用协方差阵分解的办法进行估计。将斜投影算子和MUSIC算法结合也能抑制杂波,实现剩余信号的超分辨。本文从匹配滤波的角度出发,令斜投影算子的投影空间为扫描矢量,提出基于导向矢量的斜投影算法。该算法不会出现主瓣分裂问题,在抑制杂波实现信号检测的同时,功率谱的峰值可以作为对目标信号的DOA估计。此外,小波变换可用于岸基HFSWR海态遥感和信号检测方面,本文进一步探讨了将其移植到舰载HFSWR应用中的可能。在信号检测得到目标所在距离速度单元的基础上,本文研究了基于单次快拍的超分辨算法。IMP算法通过迭代不断抑制已检测到信号对输出谱的贡献,实现对剩余信号的精确定位。在未知信号个数或噪声功率的情况下,该算法不适合直接处理单次快拍数据,因此我们引入数据协方差阵降维估计方法和波束域方法,提出了改进的单次快拍IMP算法。改进算法在不牺牲估计偏差和均方差性能的前提下,提高了分辨概率,在低信噪比下尤为明显。通过对实测数据的处理,证明了本文提出的两种方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外相关领域的研究现状及分析  10-13
  1.3 本文研究内容  13-15
第2章舰载HFSWR 工作原理及阵列信号模型  15-22
  2.1 引言  15
  2.2 Bragg 谐振散射  15-16
  2.3 舰载海杂波模型  16-17
  2.4 阵列信号模型  17-21
    2.4.1 空间谱估计的假设条件  17
    2.4.2 均匀线阵列及信号模型  17-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章基于导向矢量的斜投影算法  22-35
  3.0 引言  22
  3.1 正交投影  22-24
    3.1.1 施密特正交化理论  22-23
    3.1.2 空域正交加权法  23-24
  3.2 斜投影的基础原理  24-26
  3.3 斜投影算子在MUSIC 算法中的应用  26-28
    3.3.1 WP-MUSIC 算法原理  26-28
    3.3.2 WP-MUSIC 算法仿真  28
  3.4 基于导向矢量斜投影的波束形成算法  28-30
  3.5 计算机仿真及结果分析  30-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章利用单次快拍和波束域方法估计协方差阵的IMP 算法  35-54
  4.1 引言  35
  4.2 IMP 算法原理  35-36
  4.3 IMP 算法性能仿真研究  36-47
  4.4 改进的单次快拍IMP 算法  47-53
    4.4.1 单次快拍构造协方差阵  47-48
    4.4.2 波束域方法  48-50
    4.4.3 改进的IMP 算法  50
    4.4.4 改进的IMP 算法的计算量  50-51
    4.4.5 改进的IMP 算法仿真分析  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章实测数据处理  54-65
  5.1 引言  54
  5.2 舰载HFSWR 系统参数及初始数据处理  54-55
  5.3 小波变换在HFSWR 信号处理中的应用  55-59
    5.3.1 小波变换简介  55-56
    5.3.2 小波变换在岸基HFSWR 信号处理中的应用  56-58
    5.3.3 关于小波变换在舰载HFSWR 信号处理应用中的讨论  58-59
  5.4 本文方法对半合作目标的处理结果  59-64
    5.4.1 信号检测  59-62
    5.4.2 目标DOA 估值  62-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  70-72
致谢  72

舰载高频地波雷达海杂波抑制方法研究

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