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1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。21. 引言为抗杂波必须研究杂波特性杂波分类p自然杂波：地、气象、海浪、鸟群等p人为杂波：箔条、角反射器、假弹头等杂波三大特性p强度、频谱和幅度统计特性31. 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42. 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5俯仰角、擦地角和入射角6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7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8体杂波气象、箔条等。为体杂波单元的反射系数。 9体杂波分辨单元体积计算10(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110和俯仰角的依从关系12二. 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13二. 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14三. 海杂波0=(f, 极化, , SS, 风向) SS海情实测所得规律(一) 20400MHz 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！15(一) 20f = 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, 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)16三. 海杂波(二) 20，或30 90 准镜面区，0变化规律为900 1/SS，且当SS=0时，00max +10dB(对所有f) = 0 600 SS，当 ，SS = 017(二) 20，或30 90 900 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)18四. 云雨杂波体杂波19其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。的表示方法一：20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 21五. 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= 1m222六. 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233 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24一. 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25一. 地物杂波(二)立方型 (由Fishbein建立)pfc为特征频率，S(fc) = 0.5 P0。 P0为杂波功率。pfc与许多因素有关 ，由实测确定。26杂波的立方谱结构示意图27二. 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28二. 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29二. 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)30三. 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31三. 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32三. 气象杂波的频谱气象杂波总的速度方差为： v2 sheal2 + turb2 + beam2 + fall2 33四. 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 sin344 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。35二. 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36三. 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。37四. 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。38对数正态分布韦布尔分布39附录：一些参考数据附录：一些参考数据 1节节约约0.5 m/s1海里海里约约1.85 km1英尺英尺约约30 cm1英寸英寸2.54 cm40