第四讲 雷达 杂波

1、第四讲 雷达杂波,1、引言 2、杂波强度 3、杂波频谱 4、杂波的幅度分布,杂波：是雷达在所处环境中所收到的一个或一群不需要的反射回波。 注意：对某部雷达而言的杂波可能是另外一部雷达的目标。,1. 引言,为抗杂波必须研究杂波特性 杂波分类 自然杂波：地、气象、海浪、鸟群等 人为杂波：箔条、角反射器、假弹头等 杂波三大特性 强度、频谱和幅度统计特性,1. 引言,杂波的特点：有色、非平稳 空间分布上非均匀=通过天线扫描=时间上的非平稳 各分辨单元本身杂波非平稳。因风速变化等 时间上有相关性，所以频谱宽度有限，为有色 杂波的若干特性主要靠实测来统计，并用数学拟合法,2. 杂波强度,一. 影响杂波强度的因素 (一)杂波类型 面杂波： 地、海 小俯角 大俯角 0为面杂波单位面积的反射系数,俯仰角、擦地角和入射角,小俯仰角面杂波的分辨单元面积计算 R作用距离；AZ和 EL为天线波束的方位向和俯角向波瓣角；天线俯仰角,大俯仰角面杂波的分辨单元面积计算,俯仰角面杂波的分辨单元面积计算 R作用距离；AZ和 EL为天线波束的方位向和俯角向波瓣角；天线俯仰角,体杂波 气象、箔条等。 为体杂波单元的反射系数。

2、,体杂波分辨单元体积计算,(二)雷达参数,分辨单元S0 ：高分辨雷达， S0 = e 波长 (或频率f) 均与强度有关，后面介绍 极化方式,0和俯仰角的依从关系,二. 地杂波强度,(一)地物类型是影响0的关键因素 沙漠、农田、山地、植被、城市， 0均各不相同 沙漠 城市 0 -45dB-6dB (差40dB) (二)极化方式的影响 小时， 垂直极化(V)比水平极化(H)的0 大 大时， 反之,二. 地杂波强度,(三) 的影响 =0.510内， 0 10， 0随 变化小 (四)f 的影响 较小时， 0随f 略有； 较大时， 0与f 无关,三. 海杂波,0=(f, 极化, , SS, 风向) SS海情 实测所得规律 (一) 20 400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB 例：1s, =10, R=20浬, 得S0=105 m2 1 10-4 m2 e 100 m2 范围极大！,(一) 20,f = 0 且0 f m，m = = 0 且0 n，n = SS一定， 0V 0H 且当SS, , f 时，0VH= (0V 0H ) SS = 0 0 =,3，f 2GHz, 1, S

3、S 3级,0，f , , SS 时,3， 1, f 2GHz, SS 3级,0， , f , SS 时,+10dB/SS (低SS，低f),0/SS (高SS，高f),三. 海杂波,(二) 20，或30 90 准镜面区，0变化规律为 90 0 1/SS，且当SS=0时，00max +10dB(对所有f) = 0 60 0 SS，当 ，SS = 0,(二) 20，或30 90 , 90 0 与极化无关(不同SS均成立)，即垂直下视时， 0 与极化和SS无关 (即下风0 ，垂直风0最小 当 60，0 与风向关系小； 90，0 与风向无关。,0V 0H (中等海情以下),0V 0H (高海情时),四. 云雨杂波,体杂波,其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。,的表示方法一：,其中， i 为每一小质点的反射系数； i Di6 , (f)，即i正比于质点直径Di的六次方；也正比于f的某一函数。 雨、雪、冰雹， Di大， 大= e 大； 云层 Di小= 小= e 小。 可查表,的表示方法二：,= i,五. 鸟群杂波,其中： m：雷达分辨单元中飞鸟数 0 ：单个飞鸟的等效反射面， 0 可查表，用低于

4、1m2的dB表示 例： 0= -30dB，分辨单元中1000只鸟，可产生1m2的等效反射面， e= 1m2,六. 箔条杂波,当箔条长度正好为半波偶极子时，即长度=/2时，e= 0.18 2N，其中，N为雷达分辨单元中箔条总数 当箔条长度与/2无关系时， e迅速,3 杂波频谱,影响杂波频谱的因素 幅度起伏 天线扫掠 风速变化 鸟群飞翔速度等 例. 天线波束为高斯形， AZ，转速a (弧度/秒)，则,一. 地物杂波,高斯型 立方型 (一)高斯型 , 频谱方差 ，有经验公式 以米表示，Vw以节表示； v为速度标准差；PC为杂波功率,一. 地物杂波,(二)立方型 (由Fishbein建立) fc为特征频率，S(fc) = 0.5 P0。 P0为杂波功率。 fc与许多因素有关 ，由实测确定。,杂波的立方谱结构示意图,二. 海杂波频谱,谱宽f 平均多普勒频移f0 (一) f0：与风速、浪高、极化方式有关 水平极化：f0取决于风速及浪高 垂直极化：f0仅取决于浪高 ： f0 = (风速, 极化方式, 浪高)，可查曲线,二. 海杂波频谱,(二) f ：与海情有关 测试得：海杂波谱接近高斯谱 v=0.4

5、2 V， V= Vw/6 (包络检波后) v 速度标准差； V 半功率点速度谱宽度； Vw/6以节表示的风速 f频谱标准差,二. 海杂波频谱,例：X波段( = 3.2cm)，风速10节 f =43.75Hz 包络检波： 相参检波： 可见： f包络2 = f相参2,(实测),三. 气象杂波的频谱,四种主要因素决定 (一)风的切变，即风速随高度的梯度分布 其中，K=4.04.5 米/秒 (二)风的扰动, 即不同高度的梯度平均值有起伏, 形成扰动 turb=1.0 米/秒,三. 气象杂波的频谱,(三)波束展宽 beam 0.42 V0 EL sin V0 为波束中心点风速； 为波束中心点风向与波束方位的夹角。 (四)降落速度分布，即不同直径的降落物速度不同，产生方差 fall 1.0 sin 为天线仰角,三. 气象杂波的频谱,气象杂波总的速度方差为： v2 sheal2 + turb2 + beam2 + fall2,四. 箔条杂波的频谱,与气象杂波频谱的四项完全相同 v2 sheal2 + turb2 + beam2 + fall2 sheal = 0.42 K R EL K 6 米/ 秒

6、 turb = 1.0 m/s (低于12000呎) = 0.7 m/s (高于12000呎) fall = 0.45 sin (m/s) beam = 0.42 V0 EL sin,4 杂波的幅度分布,一. 瑞利分布(包络检波后) 令Pc=22，P=V2 则 适用于：相对独立、随机的小散射体群。低分辨雷达的所有杂波，气象、鸟群、箔条、低海情时的海浪，植被丰富的地杂波。,二. Rice分布,大量独立小散射体加上一个占主导成分的稳定散射体。 其中，S2为稳定散射体功率，P0为分布部分的功率,三. Log-Normal分布,部分地物、多数海浪、高分辨率雷达的各种杂波，大城市回波等。 ym为y的中值，为标准差。两个变化参数，可以更好地拟合实验数据。特别是具有大的拖尾的分布的情况。,四. Weibull分布,杂波分布拖尾处于瑞利和Log-Normal之间，广泛适用于海杂波。 V强度参数，u形状参数。 当u=2时，Weibull = 瑞利分布。 改变u，即改变了分布的拖尾长短。 ：目前已发展了K分布等新分布。,对数正态分布,韦布尔分布,附录：一些参考数据,1节 约0.5 m/s 1海里 约1.85 km 1英尺 约30 cm 1英寸 2.54 cm,

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