基于稀疏重建的MIMO-OTH雷达多模杂波抑制算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252015V01．36No．72310．2318ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CFI基于稀疏重建的MIMO—OTH雷达多模杂波抑制算法窦道祥，李茂，何子述*电子科技大学电子工程学院，成都611731摘要：针对由多模传播引起的多普勒扩展杂波(SDC)严重影响天波超视距雷达(0THR)对慢速船舰目标的检测这一问题，在基于多输入多输出体制的新一代天波超视距(MIMO-

2、OTH)雷达系统下，利用空域信息抑制多模SDC。传统处理方法需要目标角度先验信息，而在实际中，该信息往往很难获得。为此，提出一种新的基于稀疏重建的多模杂波抑制算法。该算法将二维的稀疏角度搜索转变为一维的角度搜索，使运算量大大降低，且估计出的收发角(DOA—DOD)自动配对，同时可获得各个传播路径下信号的时间多普勒信息，达到了理想的MIMO-OTH雷达多模杂波抑制效果。仿真结果证明了所提算法的有效性。关键词：MIMO-OTH雷达；多模传播；杂波抑制；DOD估计；DOA估计；稀疏重建中图分类号：V557+．5；TN958文献标识码：A文章编号

3、：1000—6893(2015)07—2310—09天波超视距雷达(OTHR)利用大气电离层对短波的反射使电磁波在电离层与地面之间跳跃来探测远距离目标。作为OTHR的主要传输媒介，电离层的分层结构易引起多模传播现象的产生，导致地海杂波频谱大幅度展宽，形成多普勒扩展杂波(SDC)。SDC在多普勒频谱图上易掩盖慢速船舰目标，造成OTHR对慢速船舰目标的检测困难¨1J。不同电离层的对应高度不同，如稳定E层高度约为100km，不稳定的扰动F层在250～350km之间。由于各层对应的发射离开方向角(DOD)不同，故可以在信号与杂波在时频域上不可分的

4、情况下，利用空域信息，通过发射自适应处理来抑制多模SDC[5。7]。但常规OTHR无法实现发射自适应处理。另外，当出现两路回波信号以相同的接收角(DOA)到达接收阵元时，对传统相控阵而言，会将这两路信号误认为是一路信号。为此，引入基于多输入多输出(MIMO)体制的新一代天波超视距(MIMO—OTH)雷达，结合MI—MO技术，可以在接收端针对实时的电离层环境实现等效发射自适应波束形成，从而利用DOD的不同，区分出以相同DOA到达接收阵元的两路多模回波信号。已有研究[81表明，MIMO-OTH雷达可以在接收端实时地作非因果自适应发射波束形成。

5、在传统OTHR中，基于多模转单模的方法[9]受传播模式数目、多普勒频移及各模式信号幅度等的估计误差影响较大。另外，文献[10]提出利用海杂波循环对消法抑制多模传播。该方法在多模条件下去除多个Bragg峰，从而发现目标。但此方法受初相、多普勒频率和各模式信号幅度的估计精度的影响，一般需要多次对消以应对杂波收稿日期：2014—07-18；退修日期：2014—09-23；录用日期：2014-12-10；网络出版时间：2015-01—1508：32网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929V．20150115．0

6、832．001．html基金项目：国家自然科学基金(61032010，61201280)*通讯作者Tel：028-61830123E-mail：zshe@uestc．educrt引用格武

7、DouDX．LiM，HeZS．Multi-modecluttersuppressionalgorithmofMIMO-OTHradarbasedonsparsereconstructionEJ．]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015。36(7)：2310一2318．窦道祥．李茂．何子述．基f稀疏重建的MIMO

8、-OTH雷达多模杂渡抑铂算法￡J]i航空学报，2015．36(7)：2310-2318．窦道祥等：基于稀疏重建的MIMO—OTH雷达多模杂波抑制算法剩余。而基于二维阵列的多模抑制算法[11]需要较高的俯仰及方位分辨率，对应天线造价昂贵。文献[12—13]在MIMO体制下抑制SDC，采用传统的最小方差无失真响应(MVDR)算法。该算法存在的问题是：需要一定数量的采样快拍数；对于未知目标角度先验信息的情况，效果不理想。压缩感知理论口们是一种新颖的信号重构及参数估计方式。该理论以远少于经典理论所需的测量数据就可以精确恢复满足稀疏性的信号或者估计

9、其相应的信号参数，将其应用于信源DOA估计的一个关键问题是建立信源信号的稀疏化模型。文献[15]将稀疏性的思想引入到阵列DOA估计中。文献[16]运用稀疏性的方法进行双基地MIMO雷达中的多目