高頻地波雷達的射頻干擾抑制研究

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1、高頻地波雷達的射頻干擾抑制研究摘要：本文研究了線性調(diào)頻體制的高頻地波雷達的射頻干擾(RFI)抑制問題，分析了RFI的基本特點及其表現(xiàn)形式，建立了相應(yīng)的干擾模型。在抑制干擾的方法上，分別提出了時域處理方法和基于動目標顯示(MTI)技術(shù)的多普勒域處理方法，從不同的角度對RFI進行抑制。本文引入了多普勒域的MTI濾波方法，利用RFI在多普勒譜上表現(xiàn)出很強的距離相關(guān)性的特點，通過方差矩陣分解為信號子空間，回波數(shù)據(jù)對信號子空間進行投影來濾除RFI，對雷達實測數(shù)據(jù)的處理表明上述方法是有效的。關(guān)鍵詞:高頻地波雷達;射頻干擾;線性調(diào)頻;時頻分析

2、;動目標顯示18前言自從1992年新的《聯(lián)合國海洋法公約》將各海洋主權(quán)國家對海洋的管轄權(quán)擴大到200海里專屬經(jīng)濟區(qū)之后，世界各臨海國家都在大力發(fā)展先進的海洋監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)。高頻地波雷達作為超視距雷達OTHR(over-The-HorizonRadar)的一種，利用高頻段(3-30MHz)的垂直極化波沿海洋表面?zhèn)鞑r衰減較小的特點，實現(xiàn)海洋表面環(huán)境和海上低速移動目標的超視距探測。和其它的海洋監(jiān)測設(shè)備相比，高頻地波雷達具有測量精度高、監(jiān)測面積大、投資較少的優(yōu)點，同時由于高頻地波雷達架設(shè)在岸邊，系統(tǒng)工作基本上不受自然環(huán)境的影響，因此能

3、夠?qū)Ｑ筮M行全天候的實時監(jiān)測。此外，高頻地波雷達對探測隱形目標具有潛在的效能(存在使目標隱形失效的頻率)，而且能有效地對抗反輻射導(dǎo)彈，生存能力較強，因此在軍事上也有著重要用途和巨大潛力.毫無疑問，高頻地波雷達海洋環(huán)境和目標探測技術(shù)是一門正在積極發(fā)展中的新興技術(shù)，在經(jīng)濟建設(shè)和國家安全防衛(wèi)方面具有重要的作用。相對于微波波段而言，高頻段雷達的工作環(huán)境十分復(fù)雜，密布著各種不同的短波無線電系統(tǒng)，如各種短波電臺、廣播、電視等。而為了獲得較高的距離分辨率，高頻雷達的工作帶寬往往設(shè)計得很大，因此在實際工作中很難完全避開這些外部干擾的頻段。這些干

4、擾信號進入雷達接收機，就形成了射頻干擾(RFI)。資料表明在高頻段，雷達的外部干擾和噪聲通常比接收機的內(nèi)部噪聲高20-40dB，成為限制雷達性能的主要因素。雖然脈沖壓縮過程本身可以提高信噪比，但大多數(shù)情況下，RFI的功率遠大于目標回波，其存在嚴重影響了后續(xù)的信號處理算法的有效性。對雷達的接收系統(tǒng)而言，RFI的影響主要表現(xiàn)在兩方面:一是容易造成接收機飽和而無法正常工作，并損失目標回波的有效動態(tài)范圍，給接收機硬件設(shè)計帶來困難；另一方面，RFI的存在降低了HF雷達回波譜的質(zhì)量，減低了有效探測距離，使得海態(tài)信息的有效提取及目標信息的檢測

5、與識別任務(wù)更為艱巨。因此研究如何抑制這種噪聲及干擾消除便成為雷達信號處理技術(shù)中的重要一環(huán)。針對高頻段RFI的特點和線性調(diào)頻連續(xù)波雷達的信號處理方式，本文分別從時域和多普勒域這兩個角度分析了RFI的特點，推導(dǎo)了RFI經(jīng)雷達接收機解調(diào)后在時域和多普勒域的表達式，并提出了與之相對應(yīng)的抑制方法。181射頻干擾分析1.1OSMAR2000的工作體制為了提高雷達檢測能力，現(xiàn)代雷達多采用脈沖壓縮技術(shù)，以解決探測距離和分辨率的矛盾，增加系統(tǒng)的時間帶寬積。在工程實現(xiàn)上，高頻雷達多采用發(fā)射線性調(diào)頻信號(LFM)的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)和調(diào)頻中斷連續(xù)

6、波(FMICW)的體制，便于以較小的峰值功率和較簡單的形式獲得較大的時間帶寬積，提高距離分辨率，其解調(diào)過程如圖1-l示:低通濾波A/D解距離解速度回波信號本振信號圖1-l高頻雷達接收機示意圖其中解距離信息和解速度信息由兩次傅立葉變換來完成，因此通常我們分別把解距離和解速度的過程稱為第一次傅立葉變換和第二次傅立葉變換。研制的高頻地波海態(tài)雷達OSMAR2000系統(tǒng)即采用了FMICW的體制，其發(fā)射信號為門控脈沖調(diào)制的線性調(diào)頻信號(LFM)，波形如圖1-2所示:圖1-2FMICW的發(fā)射波信號在一個掃頻周期之內(nèi)，未門控的發(fā)射信號可以寫成（

7、1-1）其中a=B/T為線性調(diào)頻率，為信號的初始相位(1-2)g(t)為門控信號。若目標的延時為，則目標散射回波信號可以表示為（1-3）18其中，為傳播衰減因子，1-g(t)為壓地波信號。盡管接收機采用匹配濾波器能獲得最大的信噪比，但為了減小距離旁瓣電平，通常采用失配的脈沖壓縮濾波器，即對匹配濾波器在頻域或幅度上進行加權(quán)。回波信號的失配濾波過程是由混頻、通濾波和傅立葉變換來等效完成的。接收機的本振信號是未門控的FMCW信號，輸出可以表示為（1-4）其中FT表示傅立葉變換，LPF表示低通濾波器，*代表卷積。通常，低通濾波器擁有足夠

8、的帶寬以至可以忽略對門控脈沖的影響。觀察上式可以發(fā)現(xiàn)，[l-g(t)]g(t-)約這一項只是對不同距離元的回波乘了一個不同的系數(shù)，表明接收機對其時間利用率不同，而不影響單個距離元上解調(diào)信號的頻率成分，因此我們后面的分析通常略去門控信號的影響。1.2RFI的特點R