[发明专利]一种超视距雷达的电离层相位污染校正方法

说明书

本发明针对天波超视距雷达的电离层污染问题，提出一种超视距雷达的电离层相位污染校正方法，包括步骤：Step1：从雷达回波信号中提取得到一个距离单元的回波数据；再通过对回波数据的处理估计得到杂波信号；Step2：利用杂波信号估计出电离层污染信号的瞬时频率；所述电离层污染信号为杂波信号与目标回波信号经电离层污染后的信号；Step3：将估计出来的电离层污染信号的瞬时频率与海杂波Bragg峰的瞬时频率相减，就可以得到污染相位的瞬时频率，再对其进行积分得到相位污染函数；Step4：利用相位污染函数对回波数据做补偿实现相位污染校正。本发明能在电离层相位污染快变时获得较好的解污染性能。

技术领域

本发明涉及电离层解污染技术，特别涉及天波超视距OTH雷达的电离层相位污染校正技术。

背景技术

天波超视距雷达利用电离层对高频电磁波的反射作用，实现对超远距离目标的探测。因此，在天波超视距雷达系统的工作过程中，电离层的特性能否保持平稳对目标检测而言是十分重要的。但是在实际天波雷达系统中，电离层这个传播媒介并不是一层不变的，电离层的电子浓度随着时间会发生变化，这种变化不仅体现在宏观上即电离层特性的季节性变化，还体现在短时间内的相位污染上。电离层相位污染主要是指，在天波雷达实际工作过程中，当高频电磁信号经过电离层反射传播时，由于电离层自身的非平稳特性，回波信号的相位信息会引入一个随机的污染，这种相位污染将导致多个回波信号不能实现有效的相干积累，从而引起雷达海杂波谱的展宽。图2是未添加相位污染前的目标距离单元频谱，可以看出海杂波频谱没有出现展宽现象，目标频谱与海杂波Bragg峰彼此分开。图3是添加了相位污染后的目标距离单元频谱。在实际中由于电离层相位污染的影响，海杂波的频谱会展宽，从而掩盖目标频谱，导致无法检测。从图3可以看出海杂波的Bragg峰展宽，与目标频谱重叠，无法判断哪个是目标。因此，在检测海上慢速目标前，校正回波信号中的相位污染显得十分必要。

传统的校正方法包括：

(1)最大熵谱分析(MESA)

该算法将回波数据分成若干段处理，假设在每个短时数据段内相位污染是线性变化的，应用高分辨谱估计算法得到该数据段的频率，最后通过插值算法将每个数据段的频率扩展到整个回波数据上，从而实现对回波信号的相位污染校正。由于MESA算法假设在每个短时数据段内相位污染是线性变化的，所以当相位污染带来的频率变化较快时，该算法的估计性能会变差。

(2)Hankel降秩

该算法先将某个距离单元的回波数据构造成Hankel矩阵的形式，再使用HRR算法估计得到回波信号的瞬时频率函数，从而实现对相位污染信号的校正。在此基础上，再利用奇异值分解方法，实现对海杂波的抑制效果。由于该算法构造Hankel数据矩阵的本质是将回波数据分段处理，因此HRR算法的补偿性能很大程度上取决于Hankel数据矩阵的构造方法。此外，HRR算法的补偿性能还受到污染相位幅度的影响。

(3)离散多项式相位变换

该算法的基本思路是用一个多项式来模拟相位污染函数，通过离散多项式相位变换算法来不断降阶求解多项式各项系数，从而得到估计得到的多项式相位污染函数。该算法估计多项式系数的误差是耦合的，即高阶系数的估计误差会影响到低阶系数的估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对天波超视距雷达的电离层污染问题，提出一种改进的基于多项式相位的电离层解污染方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种超视距雷达的电离层相位污染校正方法，包括以下步骤：

Step1：从雷达回波信号中提取得到一个距离单元的回波数据；再通过对回波数据的处理估计得到杂波信号；

Step2：利用杂波信号估计出电离层污染信号的瞬时频率；所述电离层污染信号为杂波信号与目标回波信号经电离层污染后的信号；