非相干散射雷达弱信号处理方法的研究

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1、非相干散射雷达弱信号处理方法的研究第一章绪论1.1选题背景及意义自第一颗人造地球卫星发射以来，经过半个多世纪以来的发展，空间技术愈发成熟的同时，人们注意到的问题也愈来愈多。电离层[1]，对人类的通讯领域有着关键作用，尤其在航天通讯领域中，对电离层空间天气的变化尤为敏感。电离层是一种不均匀介质，它的变化有时会严重增加短波中波的信道衰减。这一性质对卫星的发射和日常通讯有很大影响。不仅如此，在今天它的一举一动已经和我们的生活息息相关。为此，人类在上世纪开展了电离层探测及其相关工作的研究。电离层的探测方法主要包括在点探测和遥感探测[2]，非相干散射雷达[3][

2、4]便是遥感探测方法中一种利用了各种高新数字设备的全电离层距离（60-2000km）探测的手段。非相干散射雷达为军事，人们的日常生活等方方面面提供信息，相当于在做电离层的天气预报。但是由于电离层空间环境复杂，探测距离远，导致非相干散射雷达回波非常微弱，正常情况下，具备兆瓦级发射功率和巨大雷达阵列的情况下，其信噪比一般在10dB水平。在硬件技术及软件编程技术有了长足发展的今天，基于软件无线电技术[5]的非相干散射软件雷达[6]被提了出来。在高效，低功耗的标签背后，牺牲的是回波信号的信噪比它的回波信号信噪比一般在-10dB的水平，这样的弱信号，完全无法用来

3、进行下一步科学研究。弱信号[7][8][8]，是指的信号的状态：声、光、电等信号中的有用部分强度很弱，在时域和频域中，这些有用的部分都被强噪声掩盖了，大大增加了设备的接收难度，即使接收到了，往往也很难察觉其存在，或者是难以将其从噪声信号中识别、分离出来，处于这种状态的信号，就是所谓的弱信号。随着科学技术的不断发展，人们所要从事的工作越发精细，弱信号去噪变得越来越受重视本文所研究的非相干散射雷达回波弱信号便是如此。这时对回波信号弱信号进行有效的去噪，尽可能多的去除其噪声，使回波信号的信噪比恢复到较高水平，对于整个非相干散射软件雷达系统有着重要的作用和意义

4、。可以使得非相干散射软件雷达系统后期的参数反演、提取工作能够顺利展开，为雷达系统的顺利工作奠定基础。.........1.2国内外信号去噪的研究历史与现状傅里叶变换[9]可以将信号使用由正弦波组成的一组谐波转换成随频率变化的波形，如果信号的相位在时间轴上是线性变化的，那么傅里叶变换就可以在傅里叶频域中对信号的频谱进行完美的分析。它的提出为信号处理技术翻开了崭新的一页，其中便包括去噪技术。首先是一系列基于傅里叶变换的模拟滤波器的产生，它们按照幅度特性可以分成低通、高通、带通和带阻。早在1930年，巴特沃斯滤波器[11]就出现在英国的《无线电工程》期刊的一

5、篇由工程师斯替芬?巴特沃斯（StephenButterdash;发射波形的一些特征，本章将对发射波性的若干编码的特点和发射波形将会经历的空间信道的特点进行简单的介绍。2.1非相干散射软件雷达工作原理图2.1中展示的是非相干散射软件雷达的基本构成。它使用的是多基地雷达结构，包括中心短信收发站和三个接收站。首先由中心短信收发站将信号发送到电离层，接收到的回波会到接收站1、接收站2和中心短信收发站，然后信号将由中心短信收发站发送到接收站3。其中每个接收站与中心短信收发站的距离都是140km。这些地点的位置和他们到中心短信收发站的范围有着明确的条例规定。只有遵

6、循规定，非相干散射软件雷达就可以实现各种功能。非相干散射软件雷达可以在多个模式和雷达波形下工作，而且可以很方便的设置这些参数。由于其发射功率的很低(约200千瓦），该系统可以连续工作[38]，扫描预定电离层。信号的去噪过程就发生在接收站1、2和中心短信收发站的接收回波过程中。因为各站之间的距离非常远，站与站之间的无线通信过程中也会有大量的干扰，同时因为非相干散射软件雷达是连续工作的，所以其需要分析的数据量非常大，无法使用去噪时间达到分钟级别的非相干累加方法。所以本文的方法，旨在保证去噪效果的同时，大大缩短弱信号去噪的时间。........2.2非相干散

7、射软件雷达波形巴克码编码是一种二元相位调制技术。在巴克码调制的时候，发射脉冲将被划分为几个码元，其中的每一个码元都会有一个明确的相位值[40]。实际的应用中，单个的二进制相位编码波形，它的幅度值为0和?，其对应的码元分别会有1和-1或1和0的包络序列。目前在众多科研学家的努力下已经发现了7中编码方式，如表2.1所示。长脉冲编码是一种非常传统且简单的非相干散射雷达发射波形调制技术。在计算的过程中，长脉冲信号将被划分为若干个单元，它们的相位值都是1。此外，长脉冲的回波信号冲激响应宽度仅为发射信号一个单元的宽度。图2.4为长脉冲编码的发射波性。.......

8、..第三章快速傅里叶变换数据筛选预处理........123.1快速傅里叶变换原理及性质...