[发明专利]一种天波雷达电离层污染校正方法及系统

说明书

本发明涉及一种天波雷达电离层污染校正方法及系统。本发明根据电离层污染的特点选取样条函数作为参数化时频变换的核函数，针对电离层污染后的信号估计核函数参数，利用核函数来估计污染序列，进行污染校正。对于多模传播条件下的电离层污染，采用校正后滤除的方式，多次迭代完成污染的校正。采用本发明所提供的天波雷达电离层污染校正方法及系统，能够适用于多模情形下的污染，提高校正精度。

技术领域

本发明涉及天波雷达电离层污染校正领域，特别是涉及一种天波雷达电离层污染校正方法及系统。

背景技术

天波超视距雷达工作在短波波段(3-30MHz)，利用电离层对短波电磁波的反射效应，完成对数千公里外的空中或海/地面目标的超视距探测。由于其“下视”的工作方式，海/地面目标的探测时，海/地杂波干扰严重。海/地面目标运动速度较慢，要从强大的海/地杂波中检测目标，需要长的积累时间以获得足够的多普勒分辨力，在多普勒域中分离杂波和目标。对于海/地面目标的检测，典型的相干积累时间为10-40s。在该时间范围内，电离层信道是起伏的。电离层的起伏使得穿行其间的短波电波信号相位的起伏，破坏了脉冲之间的相干性，造成杂波和目标的多普勒频谱展宽，从而限制了天波雷达海/地面目标的检测。

虽然天波雷达在其自适应信道管理子系统的支持下可选择起伏相对较小的频率点工作，一定程度上可缓解电离层污染的问题，但污染仍不能完全避免。为保证目标检测的顺利进行，需进行电离层污染的校正。电离层污染的估计和校正最直接的方法是在观测区域内设置应答器，而实际应用中，受环境条件限制，无法在所有的观测区架设。为此，人们利用强的海/地杂波信息来估计和校正电离层污染。从多普勒域来看，地杂波主要集中在零多普勒附近，可用于电离层污染的校正，而海杂波则由一对一阶Bragg峰和多个二阶Bragg峰构成。海杂波Bragg峰的位置雷达发射频率、电离层状态、海面状态和收发站之间的几何关系等因素有关，且其一阶Bragg峰较强，可用于电离层污染的估计和校正。

天波雷达电离层相位污染在慢时间域表现为乗性干扰，且其变化是非线性的，无法采用常规的时频滤波器进行滤除，另外，电离层信道的多层性导致不同层污染不同，并在接收端叠加起来，使得污染更加复杂。为此人们提出了多种电离层污染校正方法，基本可分三个步骤：一、提取用于电离层污染校正的特征信号，一般在频域进行，多采用带通滤波滤出一个单频分量展宽后的多普勒谱峰；二、污染信号的提取；三、构造校正算子进行污染校正。目前的研究主要关注第二步，区别也主要体现在该步骤，按实现方式不同，主要有以下两类，一是利用频率和相位之间的关系，直接估计瞬时频率，积分得到污染相位序列，如相位梯度法、基于WVD的方法等；二是将数据进行分段，对每个分段的瞬时频率或者相位进行估计，再合成相位污染序列，如最大熵谱法，基于奇异值分解的估计方法，分段多项式相位建模方法等。

从各种污染校正方法的具体原理来看，相位梯度法、基于WVD的方法以及分段多项式相位建模方法需要提取一个单频分量展宽后的多普勒谱峰。相位梯度法是以信号序列的首个数据的相位为准，依次计算相位梯度的方式来估计污染信号，只有在单频信号时准确度较高。基于WVD的方法为二阶时频方法，当待分析信号为多分量时会出现交叉项，导致计算精度急剧下降，而分段多项式相位建模方法也是针对单分量信号，对其分段后的信号相位用多项式建模来估计多项式系数，多段联合起来完成污染的估计和校正。当提取的信号不是单分量信号时，上述几种算法性能会大打折扣。特征信号的提取一般在多普勒域进行，准确提取特征信号而不引入其它干扰，需谨慎选择杂波滤波器带宽，为较准确地提取特征信号，李雪给出了一种基于最小熵的杂波滤波器带宽自适应选择算法，但前提是多个分量扩展后频谱不重叠，且需要配合污染校正算法进行搜索，运算量较大。故准确提取特征信号的困难导致了单分量分析类的污染算法校正效果难以保证。