高频雷达海面回波谱反演与海面慢目标检测

The mathematical expression of the geometric intersection formation of the muilti-receiver antenna-patterns in a sea clutter area and its signal processing algorithms are researched according to the theory of space-time signal processing, statistical processing theory, combined with the multi-base MIMO experimental radar project. Because this intersection is much smaller than a attenna beam-forming clutter area, the SNR of the sea clutter area can be greatly improved. By use of multi-base system with space diversity, multi-channel transmission characteristics of observational data in several ten seconds maybe provide the center processor with a long time integral of the echo signal,for example,several minutes; the research of the space for time is benefited for pulse accumulation and the better phase relationship. Using the International Reference Ionosphere model and the China Ionospheric Standard Model, ray-tracing equation of wave propagation is studied to give the empirical formula of the ionosphere group-delay-autocorrelation-time of a high-frequency radar and the time length for Doppler processing of the radar signals passing through different ionosphere layers. Surface radar data from Canada and Germany are utilized to study the recursive extraction and parameter estimation. of the sea clutter harmonic component,based on the Wash radar cross-section model. The subject aims at the theoritical and technique expression for multi-base radar ocean surveillance and a slow target detection over the sea.

根据空时信号处理理论、统计相关处理理论，结合多基地MIMO实验雷达项目，研究多接收天线波束在同一个杂波区交叉覆盖形成几何交集的数学表达和信号处理算法。由于这个交集远小于一个波束形成的杂波面积，故可提高海杂波单元的信杂比。利用多基地体制具有的空间分集多信道传输特性，研究多通道数十秒观测数据在处理机同时实现时间积分的信号增强效果；研究以空间换时间获得脉冲积累的理论和算法及相位关系问题。结合国际参考电离层模型和中国电离层标准模型，分析电波传播的射线跟踪方程，研究经过电离层时高频雷达信号群延迟的自相关时间特性，给出群延迟时间的经验公式，得到不同层传输多普勒处理的时间长度。利用加拿大和德国地波数据，基于Wash雷达横截面模型，研究海杂波谐波分量的递推提取方法和参数估计。为多基地天波雷达海洋监视和海面目标检测提供基础理论支持和和有效算法。

项目一直紧紧围绕立项目标和技术路线进行，结合合作单位在研的多基地高频雷达天地一体化实验系统项目展开研究。技术方案分别对俄罗斯高频雷达仿真软件其仿真数据与实验系统实测高频雷达电离层特性和海面回波数据进行了分析和比较研究。研究了多基地MIMO体制高频雷达目标参数估计方法和信号处理算法；研究了基于压缩感知的MIMO雷达信号检测方法与技术实现问题；研究了基于MIMO-STAP特点的雷达波束优化设计方法。结合实验系统的多基地雷达和网络雷达特点，提出了一种能够动态调整对角加载值的MIMO雷达角度估计算法，能够根据黄金分割法则选取最优的对角加载值，降低快拍数较小对自适应波束形成算法性能的影响，显著改善了自适应波束形成算法的稳健性；提出了一种二维MUSIC算法的改进研究, 先进行基于单天线MUSIC算法的DOD估计，然后进行单快拍采样平滑法的DOA估计, 具有利用部分数据获得较好估计和运算量小的优点；提出了基于MIMO-STAP特点的雷达波束优化设计方法，得到了接收端等效阵列波束形成与波束到达角估计方法；采用MIMO体制雷达波束优化和问题和空时自适应处理问题，正交频分体制传输短波信号的宽带方法和相关参数选择问题，提出了采用MIMO技术实现宽带天波超视距雷达信号多载波调制的方法，以及参数优化选取方法；提出了短波信道的电离层模型和相应的宽带信号传输技术实现仿真算法，编写能够进行多基站雷达电波传播的计算机仿真软件；从无线探测组网和定位角度，提出了一种基于压缩感知理论（CS）的DV-Hop定位算法CS DV-Hop算法。项目组将课题MIMO体制雷达波束优化方法和信号检测算法，以及数据方法与算法用于合作单位的试验系统方案论证和设计，进行了大量数据分析和验证，解决了实验系统的一些关键技术问题。项目实施过程中获得了一批有价值的多基地MIMO雷达实测数据和仿真数据，对进一步深入具有重要价值。研究结果对多基地高频雷达系统设计具有一定参考价值。