舰载雷达海杂波的抑制方法探究

兰 慧，程占昕，杨 辉



舰载雷达海杂波的抑制方法探究

兰 慧，程占昕，杨 辉

（海军大连舰艇学院信息作战系，辽宁大连 116018）

舰载雷达在工作时采用抑制海杂波技术，能有效的减小海杂波对海上目标检测带来的干扰。本文以海杂波的数学统计模型为基础，系统分析了不同海情情况下适用的抑制海杂波的方法。自适应海杂波滤波器和恒虚警检测主要针对各海情的海杂波抑制，提高分辨率和MTI技术适用均匀分布的海杂波抑制。通过系统分析各种海杂波抑制方法的选择和使用条件，为舰载雷达海杂波背景下的信号处理领域提供了重要的理论依据。

舰载雷达 海杂波抑制 恒虚警检测

0 引言

舰载雷达在搜索跟踪海面的舰船目标时，海杂波成为主要的背景，严重影响雷达对目标的探测。因此，抑制海杂波的干扰成为舰载雷达系统设计时的主要任务。雷达对海杂波的抑制方法前人做了很多工作，但是针对舰载平台，系统的总结雷达设计方法和信号处理过程的参考资料较少。海杂波抑制方法一般过程是先构造海杂波模型，然后把回波信号映射到适当的变换域，在该变换域上区分海杂波和目标信号，进而抑制掉海杂波保留目标。本文在对海杂波进行特性分析的基础上，对舰载平台上的雷达抑制海杂波的信号处理过程进行归类和总结，为舰载雷达探测海上目标方法提供参考。

1 海杂波特性分析

在实际工程应用里，海杂波可以被看作成一个随机过程。常用的海杂波的幅度统计分布模型可分为瑞利分布、对数-正态(Log-normal)分布、韦布尔(Weibull)分布和复合K分布等。瑞利分布模型适用于低分辨率雷达以较大的掠射角对低海情海面进行观测的情况。它用于表征相对均匀的海杂波。对数-正态分布模型的海杂波有一条长的尾巴，标准偏差与平均值的比值较大，适用于相对比较恶劣的海杂波环境。韦布尔分布适合拟合位于瑞利分布和对数-正态分布之间的海杂波测量数据。当海杂波幅度起伏均匀、高分辨率雷达和低掠射角情况下，韦布尔分布能很好的拟合海杂波数据。复合K分布可表示为两个相互独立分量乘积的形式，两个分量分别称为散斑分量和纹理分量。散斑分量是零均值、有可能相关的复高斯过程，描述了海表面小尺度张力波的散射特性，一般服从瑞利分布；纹理分量是实的非负随机过程，描述了海表面大尺度重力波的散射特性，概率分布服从Gamma分布。因此，复合K分布不仅可以在很宽的范围内很好地与观测的海杂波数据的幅度分布相匹配，而且还可以正确地模拟海杂波回波的脉间相关特性。

2 海杂波抑制方法

舰载雷达在进行系统设计时，需要根据海杂波数学模型，在信号处理模块选择合适的海杂波抑制方法。

2.1 自适应海杂波滤波器

在低海情、高掠射角情况下，海杂波服从瑞利分布，而在低掠射角、高分辨率的条件下，海杂波呈现出非高斯分布，具有尖锐的峰值和较长的拖尾，严重偏离了瑞利分布，且海杂波的纹理分量较散斑分量具有较长的时间相关性。而雷达接收机的滤波器若仍以某一特定概率分布（如瑞利分布）为前提来设计，则不一定是最佳的接收机。因此，雷达接收机的滤波器结构需要跟随着海杂波的特性而改变，实时估计出海杂波的统计特性，然后根据此估计值自适应的调整滤波器参数，以实现最佳的滤除海杂波。

自适应海杂波滤波器的设计流程如下：

1）设输入信号的相参脉冲序列为

2.2 恒虚警检测（CFAR）

恒虚警检测是根据海杂波的概率分布和强度的变化，自动调整检测门限电平，来达到恒虚警目的。恒虚警处理方法中最经典的是单元平均恒虚警（CA-CFAR）检测器。单元平均恒虚警检测器的框图如下所示。

2.3 提高雷达分辨率

当雷达接收信号中混杂着海杂波时，信杂比越高，越有利于雷达检测目标。而从式（9）中可以看出，雷达若采用短脉冲（或者等效的脉冲压缩）和窄波束宽度天线，可以减少目标回波信号中的海杂波量，即雷达分辨的单元越小，与信号抗争的海杂波回波就越少。因此，提高雷达的分辨率，可以减少海杂波的干扰。但是考虑到在海杂波背景下进行信号检测时，我们不能无限的减小雷达分辨率单元。因为当分辨单元足够小时，雷达变成受噪声限值的雷达，检测目标的效果反而降低了，因此不能无限制的减小雷达分辨单元尺寸。

2.4 MTI/MTD技术

MTI是利用目标与干扰背景的海杂波运动速度的差异，设置一次或者二次对消器，将固定或慢动背景海杂波的回波抑制掉，从而检测出真实目标的处理方法。海杂波虽然受风浪的影响，不是静止的有一定的速度，但是海浪的速度相对于飞机、导弹等快速移动的目标，速度可以被看做为慢动甚至是静止的。因此，采用MTI技术可以减小海杂波对雷达探测目标性能的干扰。典型的MTI技术通常要求发射信号为相参信号，并采用非递归的有限冲击响应滤波器来实现对海杂波的抑制。MTI只能检测出目标是否存在，但不能获取目标的运动速度。而MTD则能弥补MTI的不足。MTD是在MTI的基础上增加了一组相邻且部分重叠的多普勒滤波器组，通过滤波器组对雷达回波进行滤波处理，对滤波器输出进行检测来发现目标并获取目标的速度信息。并且MTD能将多个运动目标在滤波器组中彼此分开。这样，当海杂波与运动的目标出现在不同的多普勒滤波器中，海杂波的回波不会干扰运动目标的检测。

3 结束语

针对舰载雷达容易受海杂波干扰的问题，本文从海杂波的统计学角度出发，系统的阐述了几种海杂波幅度分布的数学模型及其适用条件，并结合数学模型给在出了在进行信号处理领域设计时，可以采用的海杂波抑制方法，包括自适应滤波器技术、恒虚警检测、采用高分辨率雷达和MTI/MTD技术，为舰载雷达改善海杂波背景干扰提供了参考。

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Research on Sea Clutter Suppression Method for Shipborne Radar

Lan Hui, Cheng Zhanxin, Yang Hui

(Dept. of Operation and Training, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, Liaoning, China)

TN 957

A

1003-4862（2017）11-0029-03

2017-09-15

兰慧(1988-), 女，硕士。研究方向：舰载雷达信号处理。