[发明专利]一种高频地波雷达中电离层干扰抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达抗干扰技术领域，尤其涉及一种高频地波雷达中电离层干扰抑制方法。

背景技术

高频地波雷达(HF Ground Wave Radar)利用垂直极化高频电磁波在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点和海洋表面对电波的一阶、二阶散射机制，能超视距探测风场、浪场、流场等海洋动力学参数和舰船、飞机等海上移动目标。发射波主要通过海洋表面进行传播，实际工作中由于硬件与发射阵列场地等原因，部分电磁波还会向上传播，经过电离层的反射后进入接收机。电离层一般指60km以上包含自由电子的大气层，该层内各种带电粒子的浓度随高度而变化，在E层高度上，存在不规则的Es层，一般在90至120km。电离层干扰主要指经Es层电离云块的反射而到达雷达接收端的高频电波，只要电离层Es层存在，无论雷达工作在何种频率，一般都会出现电离层干扰。

地波雷达电离层干扰具有以下主要特性：(1)电离层干扰主要由发射电波经过电离层的反射和散射作用产生，能量远强于海杂波和目标回波，在多普勒谱上都具有明显的扩展，并具有明显的距离特征；(2)积累周期内，电离层干扰入射方向稳定不变，空间上可认为是平稳的；(3)一般情况下，电离层干扰平稳时间在300—500ms左右，要短于脉冲重复周期，因此在时间上和空间上是起伏变化的，有一定的随机非平稳特性。

目前现有的高频雷达抗干扰方法中，主要有：空域自适应波束形成、极化滤波法、在时域和频域进行滤波的特征子空间法、自适应滤波对消法、。其中自适应波束形成电离层抑制方法需要在水平面上配置二维阵列(高火涛，秦晨清，杨子杰：基于天线子阵的高频地波雷达抗干扰方法，CN100380135C)，而极化滤波方法需要架设占地较大的水平天线(H leong:‘Adaptive nulling of skywave interference using horizontal dipole antennas in a coastal surface HF wave radar system',Radar 97,14-16 October 1997,Publication No.49:26-30),这两种方法实现起来都较为复杂，而在时域和频域或其联合域进行滤波的特征子空间法(熊新农，万显荣，柯亨玉，肖怀国，基于时频分析的高频地波雷达电离层杂波抑制，系统工程与电子技术，2008年第8期)则由于其需对信号进行正交分解存在杂波残留和一定的信号损失。对于便携式高频地波雷达的自适应滤波对消的方法(周浩，文必洋，吴世才，石振华，用于便携式高频地波雷达中抑制电离层杂波的方法，CN101581782A)实现电离层干扰抑制，由于其参考通道的信号接收结构存在，增加了系统复杂度。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明采用时频分析方法,利用电离层干扰在空域、时域和多普勒域的特征，对被电离层干扰的数据段(时间上与距离元上)进行检测并消除。

本发明提供的技术方案为：

(1)高频地波雷达的N个接收通道经采样获得原始采样数据,进行第一次FFT处理(FT1变换),实现距离分离,得到各距离元上的采样数据X_i(r,t)t＝1…L,r＝1…R，L为FT1帧数，R为距离元数；再对各通道的每个距离元数据进行第二次FFT(相干时间采用10～20分钟)，获得各通道的距离多普勒谱S_i(r,f)i＝1…N,r＝1…R，N为通道数，R为距离元数，f为多普勒频率，其中，N>4；

(2)对N个通道的距离多普勒谱进行能量平均：为长时FFT后，多通道能量平均后的距离多普勒谱；

(3)利用电离层干扰只出现在一定的离散距离单元上，其能量远强于海杂波与目标回波的特点，在距离多普勒谱上一阶海杂波的周围频带内进行电离层干扰位置检测，确定可能存在电离层干扰的回波距离元；

3.1)确定待检测的频率区间Δf，以海流最大多普勒频移为准，取0.3f_B，其中f_B为当前雷达工作频率对应的布拉格(bragg)散射频率。计算所有距离元在待检测频率区间的功率和：