利用CEMD抑制高频地波雷达射频干扰的工程应用

为了抑制高频地波雷达(high frequency ground wave radar, HFGWR)射频干扰(radio frequency interference,RFI),本文提出了复数经验模态分解(CEMD)方法,在抑制射频干扰的同时,最大程度上保留有用信号。通过模拟及实测数据的验证分析：该方法在不损失有用信号的基础上有效抑制了射频干扰,且处理速度快,满足高频地波雷达实时工作要求。     

基于EMD的高频地波雷达抑制射频干扰研究

提出了一种新的抑制射频干扰(RFI)方法,通过短时傅里叶变换找到干扰的时间位置,应用经验模态分解(EMD)方法,去除满足一定频域条件的射频干扰,达到在抑制射频干扰的同时,最大程度上保留有用信号的目的.实测数据分析表明:该方法在不损失有用信号的基础上有效抑制了射频干扰,且处理速度快,满足高频地波雷达(HFGW)实时工作要求.     

高频雷达中非平稳射频干扰的分析及其抑制

为抑制高频雷达中的非平稳射频干扰,推导并分析了其距离-多普勒谱形式及时频特征,指出在时频域上射频干扰表现为单(或多)分量时频脊,且在不同距离元上的时频分布仅有一个相位因子的差别.利用射频干扰特征提出了时频掩模法来抑制非平稳射频干扰.高频地波雷达OSMAR-S实测数据处理结果表明,关于射频干扰的分析正确,干扰抑制方法有效,能够显著提高高频雷达的抗射频干扰能力.     

基于压缩感知的时域抗射频干扰方法

射频干扰是高频地波雷达中一种不可避免的干扰,在海态探测应用中,会对海洋回波信息的提取造成极大困难。基于射频干扰在原始时域数据上的短时性特征,提出了基于压缩感知的时域抗射频干扰方法。该方法利用少量的无干扰采样数据即可对干扰数据段的海洋回波进行估计,以完成射频干扰抑制。经过仿真和实测数据的检验,射频干扰被完全抑制且海洋回波保持完好,表明该方法对射频干扰有良好的抑制效果。     

冲击干扰对高频地波雷达目标检测的影响

高频地波雷达依靠垂直极化电磁波沿海洋表面超视距传播,在军事和民用领域发挥着非常重要的作用。本文根据冲击干扰在雷达多普勒域存在的奇异性特征,利用小波分析法在距离分选后的距离时间序列上检测冲击干扰,并在此基础上进一步采用多种多普勒信号恢复方法,对不同的恢复效果进行了比较,成功地改善了冲击干扰对高频地波雷达的影响。     

高频地波雷达射频干扰抑制研究

针对射频干扰与回波信息在幅度和频域分布上的不同特性,提出了一种改进的经验模态分解(EMD)算法.该方法首先对包含回波信息和射频干扰的原始信号乘以给定的高频信号,将其搬移至高频带,然后通过EMD将回波信息和射频干扰分解到不同的本征模态函数(IMF),在每个IMF中对高出阈值的干扰部分置零,最后将处理后的IMF相加重构信号,并搬移回原频带.达到在抑制射频干扰的同时,无损干扰位置处的回波信息.该方法处理速度快捷,满足雷达实时处理要求.实测数据验证表明:提出的算法改进了原始EMD算法的缺点,并且在不损失回波信息的基础上最大程度地抑制了射频干扰.     

高频地波雷达通信干扰抑制方法研究

工作在高频段的地波超视距雷达，受到高频频段无线电严重干扰，如何避免和减少此类通信干扰一直是研究难题。本文分析了高频通信干扰的产生及特点，通过无目标距离单元干扰样本值估计出干扰的统计特性，并利用特征分解及投影的方法抑制高频通信干扰。对实测数据的处理结果表明，该方法能有效地抑制高频通信干扰。     

分布式高频超视距雷达探测与组网技术研究

高频地波雷达海洋环境监测技术在国家863计划持续支持下已形成较为完整的自主知识产权体系,并已开始了产业化进程。随着国家海洋资源开发、生态与环境保护、防灾减灾以及国防战略等需求的日益增长,一方面要求提高雷达对沿岸海洋要素探测的精细化程度,另一方面也要求显著提升雷达对远海的探测能力,突破地波雷达目前仅能沿海岸线布设的模式。该项目研制并建设成一个分布式高频超视距雷达海洋环境监测示范网,它由一部浮标式高频地波雷达、三部具有"多发多收"工作模式的双/多频岸基高频地波雷达和一个高频天波发射站构成,通过卫星同步组成可协同工作的天-地波综合海洋环境探测网。实现近岸200 km精细化观测、岸基350 km探测、浮标式高频地波雷达条件下远至离岸1 000 km范围(涵盖日本附近、台湾以东的远海)海洋表面动力学要素信息的快速获取。开展规范化比测试验,推动高频超视距雷达风、浪、流探测尤其是对灾害性海洋天气和海上环境事故的监测进入业务化运行水平,为我国大面积海洋环境监测提供新型骨干设备。     

高频地波雷达中电离层Es层杂波分析及其抑制

针对电离层杂波这一目前限制中远程高频地波雷达发展的主要因素,分析了突发E层(Es)杂波的信号特征．观察到电离层Es层杂波会在1 d内多个时间段出现,每次持续时间为2～3 h,且历经由单分量时频分布到扩展型散乱分布的变化．Es层杂波在能量上显著高于雷达海洋回波,且在距离上的相关性明显高于海洋回波,据此提出了杂波抑制的距离相关对消法,利用相邻距离元上回波信号估计杂波子空间,对杂波进行正交投影滤波．雷达实测数据处理结果表明上述分析和杂波抑制方法是正确和有效的．     

浮标式高频地波雷达研制

浮标式高频地波雷达是一种能够突破传统地波雷达仅能沿海岸线布设的限制,通过接收天-地混合路径回波,将探测范围扩展至远海区域,大大增强雷达系统部署的灵活性的新型高频地波雷达。该系统具有可拓展性,具备进一步接纳雷达节点的能力,为多样性的应用提供了可能,该系统在国内是首次论证并自主设计,是我国海洋技术领域在十二五期间的863重点课题。浮标式高频地波雷达主要由地波雷达分系统、浮标平台分系统、软件子系统、电源通信运管分系统组成,其结构紧凑、功耗低,环境适应性好。通过研究浮标式高频地波雷达总体技术、多频段多通道并行的被动相参接收技术、基于多径多源信息融合算法反演技术、运动与姿态(多谱勒频移)补偿技术、圆形天线阵列及其自适应波束形成技术、浮标平台稳定性设计技术、海洋环境密闭防腐设计技术、电源通信运行管理控制技术,并在软件算法设计、浮标平台设计、低功耗雷达主机设计、雷达全自动化工作等方面进行重点突破,基本完成了浮标式高频地波雷达的研制开发任务。目前产品初装已全部完成,并已完成硬件联调,具备进行软件联调及外场试验阶段的条件。     

便携式高频地波雷达双频接收天线的设计与实现

现有高频地波雷达大多采用单一工作频率,较易受外部干扰影响,且回波包含信息有限。设计与实现了一种便携式高频地波雷达双频接收天线,通过对原有单频接收天线电路进行修改,增加频率控制端和开关电路,实现了三元交叉环/单极子接收天线同时双频工作的功能。室内测试及现场实验结果均验证了该双频接收天线的有效性。     

基于RCS的风电机对高频雷达信号干扰特性分析

基于高频雷达工作机理,确定风电机对高频雷达的干扰水平采用风电机雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)为参量进行评估。以实际高频雷达工作频段(3~30 MHz)进行研究,根据Hallen方法建立了风电机RCS计算用线模型,并采用矩量法对风电机线模型远场散射场进行求解。对不同偏航角及旋转角下的风电机姿态进行建模,分别计算风电机各姿态下的RCS值,从而获取风电机对高频雷达信号的干扰特征。研究结果表明,风电机RCS可以作为风电机对高频雷达干扰的评价参量,风电机在不同偏航角及不同旋转角下干扰水平会发生较大变化,在高频雷达频率为30 MHz时,其干扰最大值为51.01dBm2.     

组网高频地波雷达中电离层杂波分析及其抑制方法

组网高频地波雷达引入了多种收发模式,在增加探测信息量获取的同时使电离层杂波更加复杂。介绍了OSMAR071组网高频地波雷达系统,结合实测数据分析了组网条件下电离层杂波距离、多普勒分布特征,以及不同路径的电离层杂波及海洋回波的相关性。利用多路径杂波相关性远大于海洋回波的特性,提出了一种基于自适应滤波的杂波抑制方法,利用其他路径的电离层杂波估计杂波分量,从而实现杂波对消。雷达实测数据分析表明了上述分析的正确性以及杂波抑制方法的可行性和有效性。     

X波段FMCW导航雷达射频前端设计与实现

针对基于锁相环技术的雷达射频前端无法快速变频,以及传统雷达采用多次倍频、混频带来较大杂散的问题,提出一种将直接数字频率合成(direct digital synthesizer, DDS)技术、上变频技术和倍频技术相结合的射频收发前端设计方案。该设计方案中DDS具有输出信号灵活、变频快速等特点,使输出的雷达信号具有高稳定性和高准确度;同时该设计采用零中频接收机方案,降低设计的复杂度并减少镜像频率的干扰。对系统方案进行了对比分析,得到了较优设计方案,并根据设计方案完成芯片选型;利用ADS2012仿真软件进行了链路仿真并参考芯片数据手册完成原理图绘制和印制电路板(printed circuit board, PCB)布局布线;完成了元器件焊接和硬件测试。实测结果显示,此设计方案基本满足X波段调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)导航雷达射频前端的设计要求。     

基于改进的AR-MUSIC算法实现方位超分辨

针对高频地波雷达角度分辨率受限于阵列孔径的问题,利用AR模型循环外推法,对单快拍下回波数据进行合理的外推处理,增加数据长度,相当于接收阵元孔径虚拟增大,然后用MUSIC(multiple signal classification)算法进行DOA(direction of arrival)估计。仿真数据实验表明,改进方法比传统的MUSIC测向分辨率和精度都有明显的提高,且运算量不大,满足高频地波雷达的实时或者准实时高分辨测向要求。     

多频高频地波雷达同步控制系统设计

针对高频地波雷达多频探测的同步时序要求,提出了一种基于以太网的多频雷达同步控制系统设计方案.该方案利用DSP搭建以太网通信平台,由上位机将同步控制配置参数通过以太网下载到FPGA中,并根据GPS同步时钟产生一系列雷达时序控制脉冲信号,用于控制多频雷达发射、接收及数据采集与处理.与传统单频地波雷达同步控制相比,该系统可使雷达工作在多种工作状态,具有参数变更灵活、方便试验等优点,提高了雷达的整体性能.实验结果验证了设计方案的正确性.     

基于S变换的浮标式高频地波雷达相位补偿算法

针对浮标式高频地波雷达系统,分析了雷达平台晃动对回波信号相位的影响,并且提出一种基于S变换的相位补偿方法。该方法利用信号窄带分量中能量最大者作为相位补偿的标校信号,采用S变换的时频分析方法对雷达信号的瞬时频率以及相位进行估计,实现对回波信号相位补偿。仿真结果显示一阶海洋回波谱得到了很好的锐化,与相位污染前的多普勒频谱相近,从而验证了方法的有效性。     

跳频技术在高频地波雷达中的应用

为提高高频地波雷达的抗干扰能力,提出了一种在线性调频中断连续波的基础上基于跳频技术的新高频地波雷达体制.并从整体上对这一新体制进行了阐述.在分析了这一新体制优缺点的基础上,对由跳频引起的旁瓣过高这一缺点,采用三次样条插值方法实现对不可靠数据的替代来进行弥补.最后给出了这一体制雷达的理论分析和系统仿真结果.     

OFDM雷达信号模糊函数分析

为了解决正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号雷达波形设计的问题,推导了OFDM雷达信号的单周期模糊函数,给出了单周期模糊函数与调制码字序列的关系。讨论了多周期模糊函数,分析了其旁瓣特性,提出一种抑制OFDM信号雷达多普勒旁瓣的相参脉冲串处理方法。以Barker码作为调制码字序列,给出了仿真结果。与传统方法相比,该文的方法不需要对已调制信号进行计算,而直接由调制码字序列得到OFDM雷达信号的周期模糊特性。     

EMD去噪法在FMCW雷达信号处理中的应用

针对调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)雷达信号在传播过程中会受到各种噪声影响的情况,提出了一种新型的基于自相关函数能量特性的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)降噪算法。该算法首先对差频信号进行EMD分解,得到包含原信号不同尺度信息的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量;其次对每一IMF分量进行无偏自相关运算,并计算其能量;第三,根据IMF分量的自相关函数能量变化曲线,确定出有用信号贡献率最大的IMF分量;最后进行EMD重构。实验结果表明:该方法在各种信噪比条件下,能够准确判断出有用信号主导的IMF分量,对差频信号具有良好的去噪效果,同时该方法具有自适应性,不受主观因素的影响,适合应用在FMCW雷达系统中。