天波OTH雷达电离层相位污染校正与机动目标探测研究

摘要

天波超视距（Over-The-Horizon，OTH）雷达通过向空中发射高频电磁波，接收电离层反射的回波实现目标的探测。天波OTH雷达具有探测距离远、效费比高以及“四抗”的特点，使其被广泛地应用于远程战略预警、缉毒走私、空海交通管理、环境遥感、核爆炸监测等领域。
　　天波OTH雷达具有很多优势，同时也存在许多不足和挑战。首先，由于其通过电离层反射的工作机制，回波信号会受到电离层相位污染，使强大的海杂波谱展宽，给舰船目标的检测带来了困难。在者，目标的机动性会使回波的多普勒频谱扩展，OTH雷达长相干积累时间加重了扩展程度，这对目标参数的估计是不利的。另外，在天波 OTH雷达计算目标参数时，没有考虑电离层的先验误差信息，忽略了电离层探测设备的误差，使得估计的参数不够精确。
　　围绕以上问题，本文展开了深入研究，主要工作如下：
　　（1）基于最大似然法的电离层相位污染校正算法
　　提出了一种基于最大似然法的天波OTH雷达电离层相位污染校正算法。该方法将 Bragg峰建模为相位多项式，通过最大化信号的似然函数来实现污染相位的估计和校正。为了避免最大似然法中的矩阵求逆运算，该算法进一步将最大似然问题转化为最小二乘问题，再通过遗传算法求解相位系数。实验结果表明，该算法比已有算法的校正效果更好。
　　（2）基于Hankel矩阵分解的机动目标探测算法
　　提出了一种基于 Hankel矩阵分解的天波 OTH雷达机动目标探测方法。该算法将目标参数的估计问题转化为基于线性主成分分析的凸优化问题，将回波信号构造为Hankel矩阵并进行矩阵分解，然后分别求解低秩矩阵和稀疏矩阵的时频分布，从而实现多目标同时探测。本文给出仿真结果验证了该算法比已有算法具有更高的精度。
　　（3）目标与电离层参数联合估计算法
　　提出了一种天波OTH雷达目标与电离层参数联合估计算法。该算法利用了电离层探测设备的先验误差信息，把待估参数设置为目标与电离层联合参数，利用解析模型将电离层探测设备误差转化为目标参数误差，从而实现联合估计。仿真结果表明，该方法可以明显提升已有算法的精度，比传统算法更有优势。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作与章节安排

第二章 天波OTH雷达回波信号特性及信号处理方法

2.1 天波OTH雷达系统构成

2.2 天波OTH雷达回波信号特性

2.3 天波OTH雷达信号处理

2.4 小结

第三章 基于最大似然法的天波OTH雷达电离层相位污染校正算法

3.1 引言

3.2 电离层相位污染模型

3.3 基于最大似然法的相位校正算法

3.4 实验结果

3.5 小结

第四章 基于Hankel矩阵分解的天波OTH雷达机动目标探测算法

4.1 引言

4.2 天波OTH雷达目标回波模型

4.3 基于Hankel矩阵分解的机动目标探测算法

4.4 仿真结果

4.5 小结

第五章 天波OTH雷达目标与电离层参数联合估计算法

5.1 引言

5.2 联合估计问题分析

5.3 目标与电离层参数联合估计算法

5.3 仿真结果

5.4 小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果