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00eS俯仰角入射角擦地角(掠射角)俯仰角、擦地角和入射角hct/2Yctsec(Y)/2RRqAZRqAZ杂波区小俯仰角面杂波的分辨单元面积计算R－作用距离；qAZ和EL为天线波束的方位向和俯角向波瓣角；－天线俯仰角tqsec2cRSAZ0()qsin20AZELRS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；qAZ和EL为天线波束的方位向和俯角向波瓣角；－天线俯仰角YRqAZRELCSC(Y)•体杂波气象、箔条等。为体杂波单元的反射系数。0eSct/2RELRqAZ2cR4SAZEL20tq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近掠入射区平直区近垂直入射区俯仰角0度90度0二.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=0.5°～10°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：t＝1s,=10,R=20浬,得S0=105m21×10-4m2e100m2范围极大！(一)20°•f=0且0fm，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,SS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，0＝0max+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90时)，较小时，即20300与风向关系密切，上风0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2cR4ELAZ2etq体杂波其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。)rlog(17)3flog(4093GHzdB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=1m20em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，qAZ，转速a(弧度/秒)，则)Hz(35.5aAZsq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2f2fC2fexp2P)f(Svf2261.1wfV0066.0一.地物杂波(二)立方型(由Fishbein建立)fc为特征频率，S(fc)=0.5P0。P0为杂波功率。fc与许多因素有关，由实测确定。3c0ff1P)f(S02040608010012014016018020000.10.20.30.40.50.60.70.80.91fS(f)fc=10fc=20fc=50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=0.42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wvfV14.02二.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相参2wV61VwV14.0V(实测)2三.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=4.0～4.5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ELrshealKR42.0)V(42.0三.气象杂波的频谱(三)波束展宽beam0.42V0ELsin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1.0sin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=0.42KRELK6米/秒turb=1.0m/s(低于12000呎)=0.7m/s(高于12000呎)fall=0.45sin(m/s)beam=0.42V0ELsin§4杂波的幅度分布一.瑞利分布(包络检波后)令Pc=22，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。222v2vexpv)v(fccPPPexpP1)P(f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()()PPm1m2Im1PPexp)mexp(Pm1)P(f20222P022PSm02PSP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。2211()expln()22myfyyy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。u1uVAexpVAVu)A(f对数正态分布韦布尔分布附录：一些参考数据1节－－－－约0.5m/s1海里－－－－约1.85km1英尺－－－－约30cm1英寸－－－－2.54cm