基于杂波聚类与贪婪策略的电离层杂波智能处理方法

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高频地波超视距雷达具有探测距离远、范围广、全天候全时段工作等特点，其工作的高频（High Frequency, HF）频段在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，作用距离可达300km以上。同时，高频地波雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，可以从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海况信息，实现对海洋环境大范围、高精度和全天候的实时监测。

图1 高频雷达阵列

在高频地波雷达中，接收目标信号主要受到电台干扰、电离层杂波、海杂波等的影响。其中，电台干扰来自于各种短波通讯电台，地波雷达的工作频段在短波通信最拥挤的频段之中，空间中的短波电台信号进入到雷达接收机中被当做目标回波处理，污染了雷达的检测背景；海杂波是雷达发射信号由海面的后向散射所形成的杂波，由于海浪的运动是多方向的，因此在多普勒谱中呈现出两个位置对称的Bragg峰，其存在会淹没实际目标引起雷达漏警；高空中的气体分子受太阳辐射影响发生电离，游离的正离子和自由电子构成了一种称为电离层的特殊等离子结构，雷达发射出的信号通过电离层的调制和反射被接收机接收形成了电离层杂波。这些干扰与杂波中，尤其以电离层杂波影响最为广泛，其具有全天候存在特点，时刻制约着地波超视距雷达的探测能力，同时，我国独特复杂的电离层结构分布和物理特性，也使得高频地波超视距雷达中电离层杂波干扰影响尤为严重，如何抑制电离层杂波干扰是目前国内外研究的热点内容。

由于电离层是一种时变的、非平稳的、色散和有耗的分层媒质，它可以对高频雷达发射的电磁波产生复杂的相位调制，造成接收到的回波信号在距离上和多普勒域上的展宽，并且可以通过多种传播路径反射到雷达接收机中，这使得电离层杂波成为最难解决的一种雷达杂波（图2）。电离层杂波的复杂性进一步体现其时变、非平稳、非均匀以及部分非高斯的特性在多域中均存在，同一积累周期内的电离层杂波，随距离变化其杂波特性千差万别，在实际处理中很难利用一种方法对所有的电离层杂波进行处理，部分残余的电离层杂波依旧会影响目标的检测，这使得电离层杂波的抑制算法存在着普适性差的问题。

图2 电离层杂波

针对该问题，哈尔滨工业大学位寅生教授团队提出了对电离层杂波进行分类分情况智能处理的杂波抑制方法，并利用实测数据进行了验证，实验分析表明该方法对电离层杂波的抑制性能优于典型传统算法。

该工作已发表在《雷达学报》2020年第4期“雷达智能探测新技术”专题“基于杂波聚类与贪婪策略的电离层杂波智能处理方法”（位寅生，周建宇，许荣庆）。

该文首先对电离层杂波的成因和特性进行了分析，然后将目前高频地波超视距雷达现有的杂波抑制算法进行了总结，指出若想有效且全面的对电离层杂波进行抑制，需对电离层杂波样本进行分类识别并对不同类杂波采用有针对性的处理，随后给出了基于半监督聚类的电离层杂波抑制方法（图3），最后该文提出了一种电离层杂波的智能分类处理方法框架（图4，图5），以贪婪方法作为算法选取策略为例给出了电离层杂波类型与算法的一种匹配方案，通过对实测数据的处理验证了该电离层杂波抑制方法的有效性。

图3 实测数据分类结果

图4 电离层杂波的智能分类处理方法框架

图5 不同方法处理后目标处多普勒剖面图

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