新體制天波超視距雷達信號處理研究.pdf

1、傳統(tǒng)天波超視距雷達（OTHR）一般基于相控陣雙基地體制，發(fā)射和接收陣列均采用線陣，雷達理論已基本成熟，工作性能和信號處理方法受到傳統(tǒng)體制的制約。本文研究新體制天波超視距雷達，引入兩個關(guān)鍵要素：多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)和二維發(fā)射/接收陣列。MIMO技術(shù)可以增加雷達信號個數(shù)，多頻信號工作可利用電離層傳播特性實現(xiàn)對目標進行多徑探測，提高檢測和估計性能。發(fā)射信號之間相互正交，超視距雷達可擴展為分布式多站體制。雷達陣列采用二維布陣，具有俯仰角

2、分辨力，因此信號處理端可進行二維波束形成，分辨和運用多徑信號及其內(nèi)在關(guān)系。此外，新體制超視距雷達可采用環(huán)境認知的工作方式，設(shè)計隨環(huán)境變化的發(fā)射信號或濾波器，使雷達能在復雜干擾情況下穩(wěn)健工作。
　　本文針對新體制天波超視距雷達的信號處理進行了研究，主要工作和貢獻如下：
　　(1)二維陣列超視距雷達實時頻點選擇方法
　　二維陣列可進行俯仰維波束形成，借助射線追蹤技術(shù)，對 OTHR選頻工作有重要意義。傳統(tǒng) OTHR在獲取返回

3、散射電離圖后，無法分辨多徑或多模信號，因而不能針對任務(wù)區(qū)域地面距離選取最優(yōu)頻點。OTHR在具備二維陣列后，可對電離圖進行方位和俯仰角二維波束形成，借助電離層模型和射線追蹤技術(shù)，為雷達選取針對任務(wù)區(qū)域地面距離具有最大信噪比的頻點。
　　(2)干擾和噪聲環(huán)境下的波形設(shè)計
　　超視距雷達所在高頻環(huán)境復雜且時變，傳統(tǒng)方法采用固定波形（如線性調(diào)頻信號），依靠選取頻點來避開干擾，在密集干擾頻段可能遇到困難。本文提出基于環(huán)境感知的波形設(shè)計

4、及工作方案，使 OTHR能夠在干擾和噪聲下進行工作，無需改變信號處理架構(gòu)?？紤]到雷達波形的主旁瓣性能，波形設(shè)計引入相似度約束條件。本文推導了約束下最優(yōu)化輸出信干噪比的波形解析解。
　　(3)濾波器設(shè)計抑制干擾和噪聲
　　考慮到波形設(shè)計和更新對 OTHR發(fā)射硬件要求高，本文還研究了抑制干擾和噪聲的濾波器設(shè)計，推導了在相似度約束下最優(yōu)化輸出信干噪比的濾波器解析解。比較其他波形和濾波器方案，濾波器設(shè)計能有效抑制干擾噪聲，輸出主旁瓣

5、穩(wěn)健。并且，OTHR濾波器設(shè)計無需訓練數(shù)據(jù)，可直接采用正常接收數(shù)據(jù)，實用性強。
　　(4)新體制超視距雷達測高理論研究
　　傳統(tǒng)超視距雷達對空中目標的高度測量一直是個難題。新體制 OTHR從二維陣列和多徑的角度考慮該問題。借鑒分布式MIMO普通雷達（非超視距雷達）通過多徑對目標進行定位和速度矢量估計，新體制 OTHR多徑回波可由不同工作頻點或電離層分層產(chǎn)生，且二維陣列可分辨路徑俯仰角。本文從理論上推導了OTHR對目標高度估計

6、可行的充分條件，并給出了估計方差下限即克拉美-羅界（CRB）。
　　(5) MIMO-OTHR聯(lián)合估計目標狀態(tài)和污染頻移
　　超視距雷達對海面目標的估計受到電離層相位污染的影響。本文建立了OTHR在采用MIMO技術(shù)和二維陣列情況下，受到海雜波和相位污染影響的接收信號模型，其中相位污染建模為未知確定頻移。推導了聯(lián)合估計目標距離和速度及污染頻移的最大似然估計方法和克拉美-羅界。
　　(6) MIMO-OTHR多站多徑信號聯(lián)