天发舰收高频雷达海杂波建模与抑制方法研究

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1、博士学位论文天发舰收高频雷达海杂波建模与抑制方法研究MODELINGANDSUPPRESSIONOFSEACLUTTERFORSHIPBORNEHFHYBRIDSKY-SURFACEWAVERADAR朱永鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN958.93学校代码：10213国际图书分类号：621.396.96密级：公开工学博士学位论文天发舰收高频雷达海杂波建模与抑制方法研究博士研究生：朱永鹏导师：位寅生教授申请学位：工学博士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TN958.93U.D.C:621.396.96DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringMODELINGANDSUPPRESSIONOFSEACLUTTERFORSHIPBORNEHFHYBRIDSKY-SURFACEWAVERADARCandidate：ZhuYongpengSupervisor：Prof.WeiYinshengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAf

3、filiation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要混合体制高频雷达系统的提出是为了综合高频天波雷达和高频地波雷达的优点，形成优势互补，进一步提高雷达系统的目标探测能力。混合传播模式下的天波发射站通常架设在内陆，根据地波接收站架设位置的不同可分为天发地收或天发舰收两种方式。天发舰收高频雷达作为天发地收高频雷达系统的进一步延伸和发展，接收平台由岸基

4、变为舰载移动平台，显著提高了这一新体制雷达系统的机动性和灵活性，提升了其对远洋海域的探测能力。海杂波作为海面回波信号重要组成成分，受电离层传播信道、双基地系统布局以及舰载接收平台运动影响，海杂波谱展宽严重且形态复杂，成为了检测舰船等慢速目标的主要背景杂波。对展宽的海杂波进行抑制是实现目标检测的一种有效手段，而有效的杂波抑制方法需要建立在对海杂波的展宽机理、特性充分了解基础之上，杂波建模为解决这一问题提供了理论保障。为此，本文对天发舰收高频雷达海杂波的建模与抑制问题进行了深入研究。首先，分析了电离层对于高频雷达信号的空时扰动机理，给出了电离层空时扰动影响的模拟方法。为

5、了分析方便，将整个电离层传播介质建模成由背景电离层和含有不规则体的扰动电离层两部分组成。在对背景电离层相径扰动的研究过程中，基于解析射线追踪技术，提出了一种联合电离层国际参考模型和准抛物线模型的相径扰动模拟方法。根据扰动电离层不规则体对高频电波空时扰动作用机理，理论推导得到了电离层空时相关函数，实现了对回波信号空时相关损失过程的定量描述。结合扰动相位幅度统计特性分布结果，提出了一种针对电离层不规则体所引起的扰动相位时域模拟方法。仿真和实测数据对电离层空时扰动影响进行了验证。其次，对天发舰收高频雷达海杂波展宽特性进行了研究，分析了双基地角以及舰载接收平台运动对海杂波谱

6、展宽效应的影响：类比双基地高频地波雷达海杂波展宽特性分析过程，通过引入形状因子，进一步完善了双基地角作用下海杂波展宽效应的分析方法；以海杂波散射截面积为研究对象，理论推导得到了舰载平台匀速运动条件下的一阶、二阶海杂波散射截面积理论计算公式；基于舰船六自由度运动作用下的修正一阶电场方程，给出了包含六维运动影响的一阶海杂波散射截面积计算公式，所得结果为定量研究不同雷达工作参数、舰载平台运动状态、海态条件下海杂波展宽特性提供了理论支撑。随后，在前两部分研究内容基础之上，开展了综合电离层空时扰动、双基地角以及舰载接收平台运动等多因素复合作用下天发舰收高频雷达海杂波模型-I-

7、哈尔滨工业大学工学博士学位论文的建模研究工作。基于参数化建模思路，将一阶海浪回波信号幅相变化特征与电离层相径扰动、海杂波散射截面积建模结果相联系，结合随机信号谱分析方法，最终得到海杂波多普勒谱建模结果；根据电离层空时扰动相位模拟结果，联合平台运动对一阶海杂波的空时调制机理，共同完成了海杂波空时二维回波信号模型的建立。基于两种模型建模结果，仿真分析了海杂波谱在不同电离层扰动条件和平台运动状态下的分布特性，为后续海杂波抑制算法的设计提供了基础。最后，结合海杂波特性分析的相关结论，研究了天发舰收高频雷达海杂波抑制方法，具体包括电离层空时扰动补偿的预处理方法以及基于空时