本文關(guān)鍵詞：天波超視距雷達(dá)干擾與雜波信號(hào)處理技術(shù)研究　出處：《西安電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：雷達(dá)在電子戰(zhàn)中扮演了重要的角色,其擔(dān)負(fù)著預(yù)警、探測(cè)、跟蹤、識(shí)別、制導(dǎo)等許多重要的任務(wù),因此被稱為是戰(zhàn)場(chǎng)中的“千里眼”。隨著科技的發(fā)展和信號(hào)處理手段的提高,現(xiàn)代雷達(dá)朝著多元化和多體制的方向發(fā)展。在不同體制的雷達(dá)中,天波超視距雷達(dá)(Over-the-Horizon Radar,OTHR)以其獨(dú)特的超視距探測(cè)優(yōu)勢(shì)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。作為一種復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng),天波超視距雷達(dá)工作在高頻段(3~30 MHz),通過(guò)利用電離層對(duì)高頻電磁波的折射實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測(cè),從而用于早期的預(yù)警功能,同時(shí)天波超視距雷達(dá)還具有反隱身、超低空探測(cè)、對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈探測(cè)、綜合情報(bào)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。盡管天波超視距雷達(dá)具有上述諸多優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也面臨著很多挑戰(zhàn)。天波超視距雷達(dá)的性能受外界環(huán)境因素影響較大,因此其信號(hào)處理過(guò)程也較普通微波雷達(dá)復(fù)雜的多。瞬態(tài)干擾抑制和雜波背景下艦船目標(biāo)檢測(cè)一直是天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理中的重點(diǎn)和難點(diǎn),許多學(xué)者運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理方法對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究,并取得了一定的成效。近年來(lái),低秩矩陣恢復(fù)理論得到了廣泛的研究與發(fā)展,并在圖像信號(hào)處理、雷達(dá)信號(hào)處理等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。本文主要將低秩矩陣恢復(fù)理論引入到天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理中,研究和探討了低秩矩陣恢復(fù)理論在瞬態(tài)干擾抑制、雜波抑制、艦船目標(biāo)檢測(cè)等方面的應(yīng)用,文中最后還探討了利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法中的盲信號(hào)處理技術(shù)對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。歸納起來(lái),主要包括以下幾個(gè)部分:第一部分主要是對(duì)低秩矩陣恢復(fù)理論進(jìn)行了分析,低秩矩陣恢復(fù)包括了低秩矩陣填充(Matrix Completion,MC)、低秩矩陣表示(Low-rank Representation,LRR)以及魯棒主成分分析(Robust Principal Component Analysis,RPCA)三個(gè)方面,文中主要圍繞RPCA理論展開(kāi)討論,并詳細(xì)介紹了幾種典型的RPCA算法。第二部分對(duì)天波超視距雷達(dá)中瞬態(tài)干擾抑制方法進(jìn)行了討論。通過(guò)對(duì)瞬態(tài)干擾的類型和特點(diǎn)進(jìn)行分析可知,其在慢時(shí)間域上表現(xiàn)為能量強(qiáng),持續(xù)時(shí)間短。將回波信號(hào)某一距離單元的信號(hào)構(gòu)造為Hankel矩陣,在Hankel矩陣中,瞬態(tài)干擾信號(hào)則具有一定的稀疏性;根據(jù)回波信號(hào)模型,目標(biāo)和雜波信號(hào)在Hankel矩陣中具有低秩性的特點(diǎn)。因此本文提出了將低秩矩陣恢復(fù)模型應(yīng)用到瞬態(tài)干擾抑制問(wèn)題上,并提出了一種基于復(fù)數(shù)條件下RPCA的瞬態(tài)干擾抑制方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需對(duì)瞬態(tài)干擾信號(hào)的位置進(jìn)行定位,同時(shí)還可以避免對(duì)缺損信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回波信號(hào)中多個(gè)瞬態(tài)干擾信號(hào)或能量較弱的干擾信號(hào)信號(hào)進(jìn)行抑制;此外算法還提高了回波信號(hào)的信噪比,可以改善OTHR中弱小目標(biāo)的檢測(cè)性能。第三部分主要討論了天波超視距雷達(dá)中短相干積累條件下雜波抑制問(wèn)題。對(duì)于艦船等慢速目標(biāo)來(lái)說(shuō),其多普勒頻率往往比較低,而天波超視距雷達(dá)回波信號(hào)中包含了強(qiáng)大的分布于零頻附近雜波信號(hào),因此目標(biāo)信號(hào)很容易被雜波信號(hào)湮沒(méi),在對(duì)這類目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)通常需要對(duì)強(qiáng)大的雜波進(jìn)行抑制。一種方法是通過(guò)增加相干積累時(shí)間提高頻率分辨率的方法實(shí)現(xiàn)雜波和信號(hào)的分離,但提高相干積累時(shí)間會(huì)帶來(lái)其他的諸如電離層擾動(dòng)概率增大等問(wèn)題�？紤]到回波信號(hào)中相鄰距離單元上雜波信號(hào)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性的特點(diǎn),本文提出了一種基于RPCA的短相干積累條件下雜波抑制方法。利用相鄰距離單元的回波信號(hào)構(gòu)造距離-掃頻信號(hào)矩陣,在該信號(hào)矩陣中,雜波信號(hào)表現(xiàn)出一定的低秩性;目標(biāo)信號(hào)往往存在于一到兩個(gè)距離單元,因此在矩陣中表現(xiàn)出一定的稀疏性;采用低秩分解的方法對(duì)低秩的雜波信號(hào)與稀疏的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行分離,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波信號(hào)的抑制。第四部分首先對(duì)非連續(xù)采樣導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失的OTHR目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了探討,目前針對(duì)這類問(wèn)題的研究比較少,本文在前人的研究基礎(chǔ)上,提出了一種基于矩陣填充的目標(biāo)檢測(cè)方法,利用目標(biāo)和雜波信號(hào)在重構(gòu)的Hankel矩陣中具有低秩性的特點(diǎn),在時(shí)域上對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)回波譜的重構(gòu)并完成目標(biāo)的檢測(cè),與傳統(tǒng)的基于壓縮感知方法相比具有更好的檢測(cè)效果。接著研究了利用盲信號(hào)處理技術(shù)對(duì)回波信號(hào)中雜波、目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行分離,從而實(shí)現(xiàn)雜波背景下目標(biāo)的檢測(cè)�？紤]到目標(biāo)信號(hào)和雜波信號(hào)源個(gè)數(shù)未知,且目標(biāo)信號(hào)與雜波信號(hào)在時(shí)域和頻域均可能存在交疊的問(wèn)題,傳統(tǒng)的盲信號(hào)處理方法效果并不理想,因此本文提出了一種基于張量正則分解的時(shí)頻混疊盲信號(hào)處理方法,利用該方法對(duì)天波超視距雷達(dá)中的回波信號(hào)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)。
[Abstract]:The radar plays an important role in electronic warfare, which bears a warning, detection, tracking, recognition, guidance and many other important tasks, so it is called the battle of the "TeleEye". With the development of science and technology and signal processing methods improve modern radar toward pluralistic and multi system the direction of development. In different radar OTHR (Over-the-Horizon, Radar, OTHR) with its unique advantages over the horizon detection by domestic and foreign scholars. As a kind of complex radar system, OTHR working in high frequency band (3~30 MHz), by using the ionospheric of ships, aircraft the refraction of high-frequency electromagnetic waves, long-range missile target detection, which can be used early warning function, at the same time OTHR also has anti stealth, low altitude detection, anti radiation missile detection, comprehensive information monitoring etc. Despite the advantages. The OTHR has many advantages, but also faces many challenges. The larger influence the performance of OTHR is affected by environmental factors, so the signal processing is more complex than ordinary microwave radar ship target. The transient suppression and clutter background detection has been the focus and difficulty over the horizon radar signal processing, many scholars use modern signal processing methods to study the above problems, and achieved certain results. In recent years, the recovery of low rank matrix theory has been extensive research and development, and in image signal processing, radar signal processing has been successfully applied in this paper. The low rank matrix recovery theory into the sky wave over the horizon radar signal processing, study and discuss the recovery of low rank matrix theory in suppressing transient interference, clutter suppression, ship The application of ship target detection, this paper finally discusses blind signal processing technology with modern signal processing method to detect ship targets. To sum up, mainly includes the following parts: the first part is mainly on the recovery of low rank matrix theory are analyzed, including the recovery of low rank matrix low rank matrix filling (Matrix Completion MC), said the low rank matrix (Low-rank Representation, LRR) and robust principal component analysis (Robust Principal Component Analysis, RPCA) three aspects, this paper mainly focuses on the theory of RPCA is discussed, and introduced several typical RPCA algorithm are discussed. The transient suppression method of second part on the horizon skywave radar. Analysis shows the types and characteristics of transient interference, the slow time domain showed strong energy, short duration. The echo signal of a The distance signal tectonic unit for the Hankel matrix, Hankel matrix, the transient interference signal has a certain sparseness; according to the echo signal model, the characteristics of target and clutter signals with low rank of the Hankel matrix. This paper presents low rank matrix recovery model is applied to the transient suppression problem, and a method was proposed to suppress the transient interference of complex conditions based on RPCA. The advantage of this method is no need to locate the position of transient interference signal, but also can avoid the data reconstruction of the defect signal can suppress interference signals to achieve echo signal in multiple transient interference signal or weak energy; in addition the algorithm also improves the signal to noise ratio can improve the OTHR detection performance of weak and small targets. The third part mainly discusses the OTHR in short coherent conditions Under the clutter suppression problem. For the ship slow target, the Doppler frequency is relatively low, and the sky wave over the horizon radar echo signal contains strong clutter signal distribution in near zero frequency, so the target signal can easily be clutter annihilation, in this category standard detection is usually required to inhibit in the strong clutter. One method is to separate the clutter signal and the method to improve the frequency resolution by increasing the coherent time, but increase the coherent time will bring other ionospheric disturbances such as probability problem. Considering the adjacent signal distance unit clutter signal shows the characteristics of a strong correlation the paper presents a short coherence clutter suppression method based on RPCA accumulation conditions. By constructing the signal from the adjacent distance unit of the sweep signal in the matrix. The signal matrix, the clutter signal shows a low rank of the target signal; often exists in a distance to two units, so as to show a certain sparseness in the matrix; the target signal clutter signal and sparse low rank method using low rank decomposition of the separation, suppression of the clutter signal from the first part of the fourth. And the realization of non continuous sampling OTHR target detection problems lead to missing data are discussed, current research on this problem is relatively small, on the basis of previous research, proposed a target detection method based on the characteristics of the matrix, target and clutter signals with low rank in the Hankel matrix reconstruction of the missing data in the time domain to complete, so as to realize the reconstruction of the echo spectrum and target detection, and the traditional compressed sensing method based on contrast detection has better Results. Then study the use of blind signal processing of echo signal in clutter, target signal separation, so as to realize the target detection in clutter background. Considering the target signal and the clutter signal source number is unknown, and the target signal and the clutter signal can exist overlapping problem in both time domain and frequency domain. The traditional methods of blind signal processing effect is not ideal, so this paper proposes a blind signal processing method based on frequency tensor canonical decomposition, using the method of echo signal of OTHR in processing, realize the target detection signal.

【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN957.51

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