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空间超分辨技术在舰载OTHR信号分辨与定位中的应用

作　者: 李琳
导　师: 袁业术
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 舰载OTHR 一阶海杂波多普勒频率空间超分辨到达方位角
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

舰载OTHR（Over The Horizon Radar）在海上舰船作业和信号探测等方面，具有广阔的应用空间，成为各国目前争先研究的焦点。舰载OTHR信号分辨和检测的过程中，必须要面对海上复杂的电磁环境，主要影响因子就是强海杂波带来的干扰。目前的舰载OTHR的信号检测方法就是通过二维FFT获得回波信号的多普勒频谱图。由于Bragg谐振散射，一阶海杂波将在回波信号的多普勒频谱图中形成一阶Bragg峰，在雷达平台静止时，其成尖锐的对称的谱峰。雷达平台的运动，将会在雷达接收天线的波束方向上引入不同方位的一阶海杂波，它们具有不同的多普勒频移，一阶Bragg峰被展宽。展宽的一阶Bragg峰将覆盖大部分的低速舰船目标的检测区，使得舰载OTHR无法从回波信号的多普勒频谱图中检测和分辨出目标信号。因此，如何从展宽的一阶海杂波中分辨和检测出目标信号是目前舰载OTHR研究必须要攻克的技术难题和研究的重点。除了展宽的一阶海杂波外，舰载OTHR在进行信号检测和分辨还要面对的应用背景主要来源于两方面。一是海面上多径效应的广泛存在，形成相干信源。另外，二阶海杂波和大气噪声构成了海面检测的主要噪声背景，在被接收天线阵列接收时，就形成了阵元间空间相关的色噪声。本文将根据舰载OTHR的几何探测模型，推导动态点目标回波信号和一阶海杂波的多普勒频率，并在此基础上建立舰载OTHR的接收信号阵列模型。仿真验证了所建立的模型的正确性，同时也比较不同雷达平台运动速度下的一阶海杂波谱的展宽。通过建立的回波信号模型，本文推证了在同一多普勒分辨单元的一阶海杂波和目标回波信号具有不同的到达方位角。因此，可以应用空间超分辨的算法获得回波信号的空间谱图，测得目标回波信号的到达方位角，从而在空域将回波目标信号从展宽的一阶海杂波谱中分辨和检测出来。本文对理想情况下舰载OTHR回波信号进行处理，结果表明了空间超分辨算法在对舰载OTHR进行目标定位和分辨时的可行性。进一步对相干信源和空间相关的色噪声进行处理时，都出现了目标缺失和造成较大的测量误差，需要对传统的空间超分辨算法进行改进，鉴于此，本文提出了前后向对称空间平滑算法对实际情况下的舰载OTHR回波信号进行检测，仿真验证了方法的有效性，具有较高的定位精度和较好的角度分辨力，具有一定的实际应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-13
    1.2.1 舰载 OTHR 国内外研究及发展现状  10-11
    1.2.2 国内外对海杂波的研究进展  11-12
    1.2.3 舰载 OTHR 目标检测在国内外的发展  12-13
    1.2.4 舰载 OTHR 目标定位在国内外的发展  13
  1.3 本文研究内容及组织结构  13-15
第2章舰载 OTHR 工作原理  15-27
  2.1 二维 FFT  15-18
  2.2 海杂波原理  18-20
  2.3 多径效应  20-22
  2.4 主要噪声背景  22
  2.5 阵列模型  22-25
    2.5.1 阵列模型应用的前提假设  22-23
    2.5.2 天线阵列模型  23-25
    2.5.3 均匀线阵  25
  2.6 本章小结  25-27
第3章舰载 OTHR 信号检测和分辨模型  27-38
  3.1 动态点目标的多普勒频率  27-31
  3.2 一阶海杂波的多普勒频率  31-32
  3.3 回波信号和海杂波模型  32-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章空间超分辨算法对舰载 OTHR 信号分辨和定位  38-54
  4.1 空间超分辨算法应用于舰载 OTHR 信号检测的理论基础  38-39
  4.2 空间超分辨技术应用于舰载 OTHR 目标检测和分辨  39-46
  4.3 MUSIC 算法对舰载 OTHR 进行信号分辨与定位  46-52
  4.4 本章小结  52-54
第5章前后向对称空间平滑算法  54-63
  5.1 空间平滑算法  54-56
  5.2 IMUSIC 算法对舰载 OTHR 进行空间超分辨  56-58
  5.3 前后向对称空间平滑算法  58-61
  5.4 本章小结  61-63
结论  63-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

空间超分辨技术在舰载OTHR信号分辨与定位中的应用

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