高频地波雷达的射频干扰抑制研究

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1、高频地波雷达的射频干扰抑制研究摘要：本文研究了线性调频体制的高频地波雷达的射频干扰(RFI)抑制问题，分析了RFI的基本特点及其表现形式，建立了相应的干扰模型。在抑制干扰的方法上，分别提出了时域处理方法和基于动目标显示(MTI)技术的多普勒域处理方法，从不同的角度对RFI进行抑制。本文引入了多普勒域的MTI滤波方法，利用RFI在多普勒谱上表现出很强的距离相关性的特点，通过方差矩阵分解为信号子空间，回波数据对信号子空间进行投影来滤除RFI，对雷达实测数据的处理表明上述方法是有效的。关键词:高频地波雷达;射频干扰;线性调频;时频分析

2、;动目标显示18前言自从1992年新的《联合国海洋法公约》将各海洋主权国家对海洋的管辖权扩大到200海里专属经济区之后，世界各临海国家都在大力发展先进的海洋监测设备和技术。高频地波雷达作为超视距雷达OTHR(over-The-HorizonRadar)的一种，利用高频段(3-30MHz)的垂直极化波沿海洋表面传播时衰减较小的特点，实现海洋表面环境和海上低速移动目标的超视距探测。和其它的海洋监测设备相比，高频地波雷达具有测量精度高、监测面积大、投资较少的优点，同时由于高频地波雷达架设在岸边，系统工作基本上不受自然环境的影响，因此能

3、够对海洋进行全天候的实时监测。此外，高频地波雷达对探测隐形目标具有潜在的效能(存在使目标隐形失效的频率)，而且能有效地对抗反辐射导弹，生存能力较强，因此在军事上也有着重要用途和巨大潜力.毫无疑问，高频地波雷达海洋环境和目标探测技术是一门正在积极发展中的新兴技术，在经济建设和国家安全防卫方面具有重要的作用。相对于微波波段而言，高频段雷达的工作环境十分复杂，密布着各种不同的短波无线电系统，如各种短波电台、广播、电视等。而为了获得较高的距离分辨率，高频雷达的工作带宽往往设计得很大，因此在实际工作中很难完全避开这些外部干扰的频段。这些干

4、扰信号进入雷达接收机，就形成了射频干扰(RFI)。资料表明在高频段，雷达的外部干扰和噪声通常比接收机的内部噪声高20-40dB，成为限制雷达性能的主要因素。虽然脉冲压缩过程本身可以提高信噪比，但大多数情况下，RFI的功率远大于目标回波，其存在严重影响了后续的信号处理算法的有效性。对雷达的接收系统而言，RFI的影响主要表现在两方面:一是容易造成接收机饱和而无法正常工作，并损失目标回波的有效动态范围，给接收机硬件设计带来困难；另一方面，RFI的存在降低了HF雷达回波谱的质量，减低了有效探测距离，使得海态信息的有效提取及目标信息的检测

5、与识别任务更为艰巨。因此研究如何抑制这种噪声及干扰消除便成为雷达信号处理技术中的重要一环。针对高频段RFI的特点和线性调频连续波雷达的信号处理方式，本文分别从时域和多普勒域这两个角度分析了RFI的特点，推导了RFI经雷达接收机解调后在时域和多普勒域的表达式，并提出了与之相对应的抑制方法。181射频干扰分析1.1OSMAR2000的工作体制为了提高雷达检测能力，现代雷达多采用脉冲压缩技术，以解决探测距离和分辨率的矛盾，增加系统的时间带宽积。在工程实现上，高频雷达多采用发射线性调频信号(LFM)的调频连续波(FMCW)和调频中断连续

6、波(FMICW)的体制，便于以较小的峰值功率和较简单的形式获得较大的时间带宽积，提高距离分辨率，其解调过程如图1-l示:低通滤波A/D解距离解速度回波信号本振信号图1-l高频雷达接收机示意图其中解距离信息和解速度信息由两次傅立叶变换来完成，因此通常我们分别把解距离和解速度的过程称为第一次傅立叶变换和第二次傅立叶变换。研制的高频地波海态雷达OSMAR2000系统即采用了FMICW的体制，其发射信号为门控脉冲调制的线性调频信号(LFM)，波形如图1-2所示:图1-2FMICW的发射波信号在一个扫频周期之内，未门控的发射信号可以写成（

7、1-1）其中a=B/T为线性调频率，为信号的初始相位(1-2)g(t)为门控信号。若目标的延时为，则目标散射回波信号可以表示为（1-3）18其中，为传播衰减因子，1-g(t)为压地波信号。尽管接收机采用匹配滤波器能获得最大的信噪比，但为了减小距离旁瓣电平，通常采用失配的脉冲压缩滤波器，即对匹配滤波器在频域或幅度上进行加权。回波信号的失配滤波过程是由混频、通滤波和傅立叶变换来等效完成的。接收机的本振信号是未门控的FMCW信号，输出可以表示为（1-4）其中FT表示傅立叶变换，LPF表示低通滤波器，*代表卷积。通常，低通滤波器拥有足够

8、的带宽以至可以忽略对门控脉冲的影响。观察上式可以发现，[l-g(t)]g(t-)约这一项只是对不同距离元的回波乘了一个不同的系数，表明接收机对其时间利用率不同，而不影响单个距离元上解调信号的频率成分，因此我们后面的分析通常略去门控信号的影响。1.2RFI的特点R