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天波超视距雷达电离层去污染算法研究

作　者: 孙荣
导　师: 赵志钦
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 天波超视距雷达相位去污染 S变换杂波对消
分类号: TN958.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高频天波超视距雷达(over-the-horizon-radar:OTHR)工作在高频段,利用电离层对电波的反射来对视距以外的目标进行监测,因此具有覆盖范围广、预警时间长等天然的优势。但是天波OTHR利用电离层反射进行传播以及下视的工作方式也使得它的基本工作参数设计以及信号处理强烈地依赖于实时的电离层状态和我们对电离层的认识和研究。研究电离层去污染技术是发展天波超视距雷达的必然需要,也是进一步提高和改善雷达性能的关键。同时由于电离层的复杂性,使得该问题成为天波OTHR发展的难点和重点。本文工作可以归纳如下:(1)分析了电离层对电波传播的影响。从电离层的结构和电波在电离层中传播机理出发,阐述了电离层对天波OTHR回波信号的影响。(2)研究了天波OTHR电离层相位污染校正方法。首先从天波OTHR信号处理出发导出电离层相位污染和去污染的基本原理,然后对各种主流的电离层去污染算法进行了总结和分析。研究了基于S变换的电离层相位去污染算法,针对S变换瞬时频率估计存在的不足,提出基于广义S变换和修正的S变换电离层去污染算法。实验结果显示,相比其他文献给出的方法,本文提出的方法在低复杂度条件下可以得到更好的去污染性能。(3)研究了多模传播存在时的目标检测。对于多模传播的回波具有完全不同的相位污染,提出采用基于修正的Hankel矩阵奇异值分解杂波对消方法,通过引入两个门限判决准则有选择地对奇异值置零后对目标进行检测,仿真结果表明该方法在多模传播条件下可以有效地将杂波对消掉而不会影响目标信号的提取。(4)研究了短相干积累条件下的杂波遮蔽效应去除。当目标靠近Bragg峰时,若存在相位污染,通过相位去污染后有时候仍然不能很好地检测目标。本文提出采用最大熵谱估计和杂波对消级联的方法。该方法首先采用最大熵谱估计对相位污染进行校正,然后采用基于修正的Hankel矩阵奇异值分解杂波对消方法对杂波进行对消。仿真结果显示这种级联的方法能取得很好的杂波遮蔽去除效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 天波超视距雷达概述  9-11
  1.2 研究背景和现状  11-15
    1.2.1 研究背景  11-13
    1.2.2 研究现状  13-15
  1.3 研究内容和本文安排  15-17
第二章电离层及其对高频天波雷达的影响  17-27
  2.1 电离层概述  17-21
    2.1.1 电离层的结构和特点  17-18
    2.1.2 电离层模型  18-21
  2.2 电离层中的电波传播  21-24
    2.2.1 电离层对电波的折射和反射  21-23
    2.2.2 电离层对电波的散射和绕射  23-24
  2.3 电离层对天波OTHR 回波信号的影响  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章电离层相位污染的校正  27-47
  3.1 电离层对天波超视距雷达回波污染机理  27-32
    3.1.1 天波超视距雷达信号处理基本框架  27-30
    3.1.2 电离层相位扰动机制和相位污染的数学表示  30-32
  3.2 电离层相位去污染算法概述  32-35
    3.2.1 电离层相位去污染基本原理  32-34
    3.2.2 相位去污染算法总结和分类  34-35
  3.3 基于S 变换方法的电离层相位去污染算法  35-46
    3.3.1 标准S 变换和广义S 变换瞬时频率估计分析  36-39
    3.3.2 修正的S 变换方法及其瞬时频率估计分析  39-41
    3.3.3 基于S 变换的相位污染校正算法  41-42
    3.3.4 仿真结果和分析  42-46
  3.4 本章总结  46-47
第四章多模传播和短相干积累条件下的电离层去污染  47-61
  4.1 多模传播的数学表示及影响  47-48
  4.2 多模传播的解污染方法  48-49
  4.3 基于Hankel 矩阵奇异值分解的解污染  49-56
    4.3.1 奇异值分解和杂波抑制原理  49-52
    4.3.2 基于修正的Hankel 矩阵奇异值分解的解污染方法  52-54
    4.3.3 仿真实验和结果  54-56
  4.4 短相干积累条件下的电离层去污染  56-58
    4.4.1 最大熵谱估计相位去污染算法  57-58
    4.4.2 仿真实验和结果  58
  4.5 本章小结  58-61
第五章本文工作总结  61-64
  5.1 全文总结  61-62
  5.2 存在的其他问题及建议  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间的研究成果  68-69

天波超视距雷达电离层去污染算法研究

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