第四讲_雷达杂波

*,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。,体杂波分辨单元体积计算,(二)雷达参数,分辨单元,S,0,：,高分辨雷达，,S,0,=,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,-45,dB-6dB (,差40,dB),(,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), 20,400,MHz,f, 50,GHz,-90dB, ,0,-30dB,例：1,s, =10, R=20,浬, 得,S,0,=10,5,m,2,1,10,-4,m,2, ,e, 100,m,2,范围极大！,(一), 20,f, =,0,且,0,f,m,，m =, =,0,且,0,n,，n =,SS,一定，,0,V,0,H,且当,SS, , f ,时，,0,VH,= (,0,V,0,H,),SS, =,0,0,=,3，,f, 2,GHz, ,1, SS, 3级,0，,f , , SS,时,3，,1,f, 2,GHz, SS, 3级,0，,f , SS,时,+10,dB/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，,0,0,max,+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。,0,V,0,H,(,中等海情以下,),0,V,0,H,(,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,D,i,6, (,f)，,即,i,正比于质点直径,D,i,的六次方；也正比于,f,的某一函数。,雨、雪、冰雹，,D,i,大， 大= ,e,大；,云层,D,i,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1,m,2,的,dB,表示,例：,0,= -30,dB，,分辨单元中1000只鸟，可产生1,m,2,的等效反射面，,e,=,1,m,2,六. 箔条杂波,当箔条长度正好为半波偶极子时，即长度=,/2时，,e,= 0.18,2,N，,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，,V,w,以节表示；,v,为速度标准差；,P,C,为杂波功率,一. 地物杂波,(二)立方,型 (由,Fishbein,建立),f,c,为特征频率，,S(f,c,) = 0.5 P,0,。 P,0,为杂波功率。,f,c,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,f,0,(,一),f,0,：与风速、浪高、极化方式有关,水平极化：,f,0,取决于风速及浪高,垂直极化：,f,0,仅取决于浪高,：,f,0,=, (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,=0.42,V，,V=,V,w,/,6 (包络检波后),v,速度标准差；,V ,半功率点速度谱宽度；,V,w,/6以节表示的风速,f,频谱标准差,二. 海杂波频谱,例：,X,波段(, = 3.2,cm,)，,风速10节,f,=43.75,Hz,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,V,0,EL,sin,V,0,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：,v,2, ,sheal,2,+ ,turb,2,+ ,beam,2,+ ,fall,2,四. 箔条杂波的频谱,与气象杂波频谱的四项完全相同,v,2, ,sheal,2,+ ,turb,2,+ ,beam,2,+ ,fall,2,sheal,= 0.42,K R,EL,K, 6,米/ 秒,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,V,0,EL,sin,4 杂波的幅度分布,一. 瑞利分布(包络检波后),令,P,c,=2,2,，P=V,2,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，,S,2,为稳定散射体功率，,P,0,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。,y,m,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,