[发明专利]高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法及应用

说明书

本发明属于雷达技术领域，公开了一种高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法，利用高频地波雷达电离层杂波的非线性动力学特性与弱目标非混沌的特点，建立弱目标信号提取模型，进行弱谐波信号提取。高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法包括以下步骤：确定电离层回波信号时间序列，进行混沌时间序列相空间重构；确定流形维度；进行流形投影线性化，重构电离层时间序列；进行弱信号提取。本发明无需过多考虑外部环境，使用更为便捷；与时频分析和图像算法相比，本发明提出的算法计算简单，容易实现。本发明将为解决高频地波雷达在强电离层杂波背景下弱目标信号检测提供新的方法。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法及应用。

背景技术

目前，高频地波雷达探测性能受电离层杂波影响严重，目标回波淹没在电离层杂波之中难以被发现。那么如何找到强杂波背景下的弱目标信号是提升高频地波雷达性能的关键。高频地波雷达电离层杂波信号具有哪些特征？如何提取高频地波雷达电离层杂波的非线性动力学特征以及如何利用电离层杂波的非线性动力学特征构造弱目标信号的检测方法？这是国内外具有挑战的发明科题，也是本发明主要期待解决的科学问题。高频地波雷达电离层回波受太阳辐射、地磁环境、季节、经纬度等多种因素影响，是一种结构十分复杂的非线性信号。

现有对高频地波雷达电离层杂波的研究主要是对电离层杂波进行抑制，通常采用两种方法：一种是主要利用现有的时频分析算法及多种改进的时频算法对电离层杂波进行抑制；二是对高频地波雷达电离层杂波在距离多普勒谱上的分布进行分析，主要研究其形态特征，通过相关的图像方法进行抑制。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术无法解决在强电离层杂波背景下高频地波雷达的弱目标信号检测问题；同时现有的高频地波雷达电离层回波抑制方法往往会将电离层杂波和被其遮蔽的弱目标信号同时抑制掉，无法检测淹没在强电离层杂波背景下的弱目标信号。

解决以上问题及缺陷的难度为：解决以上问题的难度非常高，其难点在于以下三个方面。一是电离层变化状态非常复杂，受地理环境、太阳黑子、地磁环境、时间等众多因素影响，导致难以预测；第二是电离层杂波强度极高，往往比目标回波强度高很多，造成严重遮蔽；第三是电离层回波覆盖面积大，尤其是冬季夜晚，遮蔽大部分雷达探测范围，因此从电离层中提取弱信号是非常困难的。

解决以上问题及缺陷的意义为：电离层严重回波严重影响高频地波雷达目标探测威力，导致雷达探测范围减少，严重时甚至无法探测到目标。因此从电离层回波中分离弱目标信号的意义非常重大，可以提升雷达的探测能力，增强雷达威力范围。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法。

本发明是这样实现的，一种高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法及应用，所述高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法包括：

利用高频地波雷达电离层杂波的非线性动力学特性与弱目标非混沌的特点，建立弱目标信号提取模型，进行弱谐波信号提取。

进一步，所述高频地波雷达电离层噪声中弱谐波信号的提取方法包括以下步骤：

步骤一，记录保存电离层杂波回波数据，确定电离层回波信号时间序列，进行混沌时间序列相空间重构；

步骤一的作用是将单一维度的雷达回波信号变换成高维度信号，信号维度的增加有利于对不同信号的分离，这一步是后续计算的基础。

步骤二，确定电离层杂波信号的流形维度；进行非线性电离层杂波信号流形近似线性化处理，重构电离层时间序列；

步骤二的作用是利用杂波和目标信号不同流形维度，并利用线性化处理降低运算难度、提升运算速度，并将步骤一中的高维度时间序列重新还原为一维序列，这个新的一维序列是一个估计序列。