高頻

地波超視距雷達(dá)具有探測距離長、范圍廣、全天候全時工作等特點，其工作高頻（High，HF）頻段具有導(dǎo)電海面衍射傳播衰減小的特點，采用垂直極化天線振幅無線電波，可探測船舶、飛機、 海平面視線以下的冰山和潛艇，射程可達(dá)300公里以上。同時，高頻地波雷達(dá)借助高頻電磁波在海洋表面的一階散射和二階散射機制，可以從雷達(dá)雜波中提取風(fēng)場、波場、流場等海況信息，從而實現(xiàn)對海洋環(huán)境的大范圍、高精度、全天候?qū)崟r探測。

圖1：高頻雷達(dá)陣列

在高頻地波雷達(dá)中，接收的目標(biāo)信號主要受無線電干擾、電離層噪聲、海洋噪聲等的影響。其中，無線電干擾來自各種長波通信站，地波雷達(dá)的工作頻段處于長波通信最擁擠的頻段，空間中的長波無線電信號進(jìn)入雷達(dá)接收機，作為目標(biāo)雜波處理，污染雷達(dá)的巡檢背景;海噪聲是雷達(dá)發(fā)射信號在水面上的反向散射產(chǎn)生的噪聲，由于波浪的運動是多向的，所以多普勒光譜中有兩個對稱的布拉格峰，它們的存在會吞沒實際目標(biāo)，造成雷達(dá)漏報警;高空的二氧化碳分子受太陽輻射的影響電離，游離正離子和自由電子形成稱為電離層的特殊等離子體結(jié)構(gòu)，雷達(dá)發(fā)射的信號通過電離層調(diào)制和反射被接收器接收高頻地波雷達(dá)，產(chǎn)生電離層噪聲。這種干擾和噪聲，尤其是電離層噪聲最為廣泛，它具有全天候存在的特點，始終阻礙著地波超視距雷達(dá)的探測能力，同時，我國奇特復(fù)雜的電離層結(jié)構(gòu)分布和數(shù)學(xué)特性，也推動了高頻地波超視距雷達(dá)對電離層雜散干擾的影響尤為嚴(yán)重， 如何抑制電離層雜散干擾是目前國外研究機構(gòu)關(guān)注的熱點內(nèi)容。

由于電離層是一種時變、非平穩(wěn)、分散和消耗的層狀介質(zhì)，它可以對高頻雷達(dá)發(fā)射的電磁波形成復(fù)雜的相位調(diào)制，導(dǎo)致接收到的雜波信號在距離和多普勒域內(nèi)產(chǎn)生湍流，但可以通過多個傳播路徑反射到雷達(dá)接收器中，這使得電離層噪聲成為最難解決的雷達(dá)回波（圖2）。電離層噪聲的復(fù)雜性進(jìn)一步凸顯了其在多個域中的時變性、非平穩(wěn)性、非均勻性和一些非高斯特性，電離層噪聲在同一積累周期內(nèi)，隨著距離的變化高頻地波雷達(dá)，其頻域特性差異很大，在實際處理中很難采用一種方法處理所有電離層雜散，一些殘余電離層雜散仍然影響目標(biāo)檢查， 這就推動電離層噪聲抑制算法存在通用性差的問題。

圖2 電離層雜項

針對這一問題，武漢理工大學(xué)銀生院士團隊提出了一種電離層噪聲智能處理的噪聲抑制方法，并借助實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證，實驗分析表明，該方法對電離層噪聲的抑制性能優(yōu)于典型的傳統(tǒng)算法。

本工作發(fā)表在《雷達(dá)學(xué)報》2020年第4期《雷達(dá)智能探測新技術(shù)》上，“基于降維降維和貪婪策略的電離層噪聲智能處理方法”（于銀生，周建宇，徐榮慶）。本文首先分析了電離層噪聲的動機和特點，然后總結(jié)了現(xiàn)有的高頻地波超視距雷達(dá)噪聲抑制算法，強調(diào)如果電離層噪聲得到有效、全面的抑制，就需要對電離層噪聲

樣本進(jìn)行分類和識別，并對不同類型的噪聲進(jìn)行針對性處理，然后基于半監(jiān)督的電離層噪聲抑制方法。給出了降維方法（圖3），最后提出了電離層噪聲智能分類處理框架（圖4、圖5） 以貪婪模式為例，給出了電離層噪聲類型與算法的匹配方案，并通過對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證電離層噪聲抑制方法的有效性。

圖3：實測數(shù)據(jù)的分類結(jié)果

圖4：電離層噪聲智能分類處理框架

圖5：不同處理后目標(biāo)處的多普勒輪廓