短相干积累条件下天波超视距雷达的舰船检测

天波超视距雷达(OTHR)的观测范围非常广,实战中经常要求在短相干积累条件下检测出舰船目标.然而短相干积累时间带来的低多普勒分辨率很难从强大的海杂波中区分出舰船。为了解决这一问题.可以采用海杂波循环对消法,这就要求对杂波参数进行精确估计。传统方法直接利用Fourier谱中的最大幅度估计杂波参数,估计精度不高从而导致对消性能不太理想.该文提出了一种新的基于FFT相位分析的杂波对消法.该方法与传统的杂波对消相比,有效提高了参数估计精度,减小了剩余杂波强度和扩散程度,有利于舰船目标的峰值显露和从剩余杂波中区分出舰船.以上分析和比较得到了实测数据的检验。

一种改进的OTHR自适应海杂波抑制方法

海杂波抑制严重限制天波超视距雷达(over-the-horizon radar,OTHR)系统对低速舰船目标检测能力的主要原因之一。针对自适应海杂波抑制方法中当杂波与目标多普勒频率接近时存在目标谱峰分裂或目标谱峰偏移的问题,提出一种采用运动目标显示(moving target indication,MTI)与基于特征值分解的自适应杂波抑制相结合的改进的特征值分解(modified eigen-value decomposition,MEVD)海杂波抑制方法。该方法通过MTI滤波器抑制目标谱峰内杂波,之后通过自适应抑制方法抑制其他杂波,具有同时抑制一阶和高阶海杂波的能力,提高了目标信杂噪比,有助于提高OTHR对舰船目标的检测性能。理论分析、仿真实验和实测数据处理结果均验证了MEVD方法的有效性。

OTHR海杂波抑制典型方法综合性能评估

为在实际工程中实现海杂波抑制、发展新的OTHR海杂波抑制方法和提升短相干积累时间条件下OTHR舰船目标检测性能,建立了典型海杂波抑制方法统一模型及其与谱分析的关系,并对典型OTHR海杂波抑制方法进行了综合评估.主要从实现方式、输出信杂噪比(SCNR)、抑制与目标多普勒频率接近杂波能力、海杂波相关性要求、运算量与实现复杂度、应用限制等方面进行了比较与分析,为实际工程提供参考.

基于扩展Prony算法的海杂波循环对消法

在分析海杂波产生机理的基础上,提出了一种基于扩展Prony算法的海杂波循环对消法,在传统的海杂波循环对消法中用扩展Prony方法对频率进行估计,从而提高对正弦信号的频率、幅度、相位的估算精度。在相同数据点数、信噪比的条件下,运用2种对消法对短相干积累条件下的海面背景舰船目标检测情况进行仿真分析。仿真实验验证了基于扩展Prony算法的海杂波循环对消法检测舰船目标的有效性,提高了短相干积累条件下的海面背景下的舰船目标检测性能。

双基地高频雷达一阶海杂波多普勒频移展宽效应

通过分析杂波单元上双基地角的变化,定量分析了双基地高频地波雷达一阶海杂波多普勒频移展宽效应,给出了展宽效应在雷达探测区域上的空间分布,分析了展宽效应的影响因素。同时分析了极限双基地角时的谱展宽效应和零频附近的一阶海杂波能量分布。分析表明,双基地杂波单元上的一阶海杂波Bragg峰多普勒频移是一个连续谱,因而在基线和发射机附近会形成雷达盲区。

基于信号阻塞矩阵检测OTHR舰船目标

为了提高天波超视距雷达目标检测效能,实战中要求在短相干积累条件下检测舰船目标。但是短相干积累时间会导致回波谱的多普勒分辨率降低,增加从强大的海杂波中检测出舰船目标的难度。针对这一问题,提出了一种基于信号阻塞矩阵检测海面舰船目标的新方法。该方法通过构造阻塞矩阵对海杂波进行抑制,使舰船目标最终显现出来。与传统的Root海杂波迭代对消法相比较,新方法不需要估计信号的幅度和初相,缩短了计算时间,减小了估计误差,且能在低信噪比或目标多普勒频率靠近一阶Bragg峰的情况下获得更佳的目标检测性能。以上结论和比较得到了模拟和实测数据的验证。

双基地高频地波雷达海杂波抑制

由于地貌、双基角和洋流等因素的影响,双基地海杂波形成的目标检测盲区会导致杂波被当作目标来检测和跟踪,形成大量的虚假目标.针对这一问题,提出一种快速抑制杂波方法:利用双基地海杂波频率特征的先验知识,结合海面的平稳特性,在距离多普勒(RD)谱上获取海杂波抑制的频率范围;应用Clean算法,先对通道时域数据进行海杂波抑制,之后进行数字波束形成,得到能够正常进行目标检测的谱数据.实际处理结果表明,该方法快速有效,能够实时进行数据处理.

宽波束双基地高频雷达海杂波谱特性研究

双基地角在杂波单元内的连续变化导致宽波束双基地高频雷达的海杂波谱不同于窄波束.为了揭示这种差异,在G ill和W alsh窄波束双基地海面雷达散射截面积(RCS)基础上,提出了宽波束双基地海面RCS模型;结合高频地波雷达方程,得到宽波束双基地海杂波功率谱密度模型,通过仿真计算得到海杂波谱的具体形态.理论分析和仿真结果表明,在发射机附近以及基线附近的雷达探测区域,宽波束海杂波谱具有明显的展宽效应.

机载GNSS海面回波信号的模拟

为了模拟较为真实的GNSS海面回波信号,除了GNSS海面反射信号外,海杂波信号也是必不可少的.海杂波的建模和仿真是回波信号模拟逼真度的决定因素.文章运用网格映像法划分海面杂波单元,并确定合适的幅度分布模型和功率谱模型,完成机载海杂波信号的建模.最后,进行了海面回波信号的模拟仿真,并与机载实验的实测数据进行了比较,结果表明仿真数据与实测数据的相关系数可优于0.9,从而验证了该方法的有效性和合理性.

星载海洋监视雷达系统

文中在比较星载海洋监视设备特点的基础上,指出了雷达用于海洋监视的独特优势,并对假设的星载海洋监视雷达系统的工作波段、工作模式、威力覆盖、检测能力进行了具体讨论,分析了星载海洋监视雷达的关键技术。最后指出随着技术的发展,雷达必将成为下一代星载海洋监视的首选设备。

基于物理模型的动态海面电磁仿真方法研究

针对微波海洋遥感中复杂海面电磁环境难以准确建模的问题,给出了粗糙海面及目标的电磁仿真方法。通过海浪谱模型建立了与实际情况相符的三维海面,设置相应的电磁参数,准确复现海洋环境。采用时域有限差分方法(FDTD),将空间和时间离散化并进行迭代运算,计算动态实时的电磁分布状态。最后通过仿真对海面模型进行验证,并给出了相应的电磁分布状态。结果表明,该方法能够有效实现完整的海洋电磁散射仿真系统。

地海环境中目标监测的微波遥感信息技术

空对地海目标的监测、识别是用电磁波(可见光、红外、微波、毫米波等)与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的。作为空间遥感信息机理基础的地海环境中电磁散射辐射传输的研究直接在国家安全、军事环境监测、导弹制导、背景中目标识别与跟踪、军事预警、电子对抗等军事高科技中有着十分关键的应用。介绍近年来对于地海环境中目标监测的研究,包括:雷达监测与截获海杂波环境中舰船目标的双站电磁散射数值仿真,弹道导弹寻的雷达目标跟踪时地表散射杂波的模拟与多普勒频移的仿真,SAR图像中船行尾迹对舰船目标的识别,从空间微波遥感SAR,SSM/I等图像数据中反演特定区域的气象等环境特征的研究等。

基于海杂波图像的海表层流信息提取算法研究

海表层流信息提取是X波段雷达测量海浪信息的关键技术之一。为了获取实时、高精度的海表层流信息,解决目前常用算法依靠经验选取阈值精度不高、适应性差的缺点,提出了基于自适应阈值选取技术与平均加权最小二乘法的海表层流反演算法。自适应阈值选取技术能够根据图像中海浪信号的强弱不同,实现雷达图像谱中海浪信号与背景噪声的准确分离,从而最大限度地提取海浪谱,反演海表层流信息。平均加权最小二乘法考虑整体海浪谱影响,将所有的谱分量同等对待,得出测量海区的平均表层流。运用实测X波段雷达图像进行实验,结果表明改进算法的反演精度较常用算法有较大的提高。

天发舰收高频雷达一阶海杂波电磁散射特性分析

天发舰收高频雷达是对传统固定平台条件下天地波雷达系统的延伸,由于舰载平台运动和传播信道中电离层的影响,使得一阶海杂波谱呈现出更多特点.本文根据Walsh模型中一阶电场方程,推导得到了天发舰收传播模式下一阶海面散射截面积的解析表达式.然后,根据表达式对不同因素对一阶谱的影响进行仿真分析.仿真结果表明雷达工作频率、舰载平台运动和电离层水平漂移运动是引起一阶海杂波谱多普勒展宽的主要原因,风向主要影响一阶海杂波谱的形态变化,而这一特点为根据一阶海杂波谱进行海洋遥感提供了可能.

用MUSIC算法解决海杂波背景下相干源探测问题

强海杂波背景下进行相干源检测是舰载高频地波雷达 (HFSWR)进行海上目标探测面临的一个主要问题 .本文利用对称阵列法对阵列输出信号的协方差矩阵进行了重构 ,以解决相干源引起的降秩问题 ,在此基础上通过对背景噪声的预白化处理来抑制一、二阶海杂波 .MUSIC算法对实录海杂波数据处理结果表明 。

天波雷达短驻留时间下海杂波抑制的改进算法

在高频天波雷达的舰船目标检测中,为消除电离层变化带来的谱展宽效应,采用了短驻留时间下基于奇异值分解(SVD)的海杂波抑制算法.该算法对构造出的Hankel矩阵进行奇异值分解,将对应于海杂波分量的奇异值置零,再重新构造出数据序列,达到海杂波抑制的目的.相对于原有的迭代杂波对消算法,该算法无需估计众多参数及设置对消截止门限,并且可以获得更好的抑制效果.为了有效地识别分解后的海杂波与目标所对应的奇异值以避免错误对消,还提出了一种改进方案,可以在抑制前分辨出海杂波分量和目标所对应的奇异值,当回波目标的能量与海波处于相近量级以及多目标情况下,能够避免错误对消现象的出现.仿真结果验证了所提算法的有效性.

一种改进的天波雷达海杂波循环对消算法

在天波超视距雷达中,舰船等慢速目标的频谱通常靠近强大的海杂波谱,检测难度大,在短相干积累条件下,回波频谱的多普勒分辨率降低,进一步增加了目标检测难度。目前的海杂波抑制方法主要是循环对消法,但是传统的循环对消方法仅通过傅里叶变换后最大谱线来估计频率,频率估计精度不高,杂波残留严重,而且容易将目标信号也对消掉。针对该问题,提出了一种改进的循环对消算法,该算法中,首先给出了短相干积累下海杂波频率的高精度估计算法,利用最大的3根谱线进行插值来对粗估计得到的频率进行校正,从而精确估计海杂波频率,在此基础上估计时域的海杂波信号;为了避免将目标信号也对消掉,进一步给出了海杂波的频率界限,只在杂波界限内进行海杂波循环对消;与传统算法相比,所提算法能够对海杂波参数进行高精度估计,从而减少了对消过程中剩余杂波的能量,有利于舰船目标的峰值显露,而且杂波频率界限的使用能够避免将目标信号对消掉,提高了目标的检测效能。仿真和实测数据处理结果均表明,与传统循环对消法相比,所提算法能用更少的对消次数凸显出舰船目标,而且残留杂波能量更低。

基于知识辅助的天波雷达海杂波抑制方法

针对天波雷达海杂波难以抑制且现有方法未充分利用先验知识的问题,提出基于知识的天波雷达海杂波抑制方法。所提方法利用脉冲重复周期、雷达工作频率、海平面风向、风速作为先验知识,结合海杂波谱模型及提出的基于知识的海杂波协方差矩阵估计方法,构造出基于知识的天波雷达海杂波协方差矩阵,将该矩阵加入最优滤波器设计中,得到基于知识辅助的天波雷达海杂波抑制方法。仿真结果表明,与现有方法相比,所提方法的海杂波抑制效果可提升3dB以上。

复杂杂波背景下海洋SAR图像中舰船目标的检测

针对卫星SAR图像海洋背景和舰船目标特点,文献[1]提出了基于小波多分辨率分析的卫星SAR海洋图像舰船目标检测的新方法。在此基础上,本文针对不同海情杂波服从不同概率密度分布的特点,讨论了复杂杂波背景下基于小波变换检测海洋SAR图像中舰船目标的性能,给出了不同海情下的检测性能,并与传统门限检测方法比较,给出了不同信杂比下虚警概率曲线。仿真结果表明,该方法实用、有效。

天波超视距雷达一阶海杂波后向散射特性分析

为了得到天波超视距雷达一阶海杂波后向散射系数变化范围及总体变化规律,以及雷达频率、海面风速、风波角、海浪有向波高谱关于海面风向的扩展程度等各参数对一阶海杂波后向散射的影响规律,针对天波超视距雷达探测的特点,引入Barrick等给出的高频雷达一阶海杂波后向散射系数模型,运用仿真分析的方法得知,无向幅度谱达到饱和时,一阶海杂波后向散射系数大概在-39 dB--14 dB,无向幅度谱未达到饱和时,一阶海杂波后向散射系数范围在-460 dB--18 dB,且频率与风速的相对大小决定了探测环境处于饱和区或非饱和区,又进一步仿真分析雷达频率、海面风速、风波角、海浪有向波高谱关于海面风向的扩展程度等参数对一阶海杂波后向散射的影响,得出各参数对一阶海杂波后向散射影响的规律,这对天波雷达目标探测策略及高频海杂波建模和滤除有指导意义。