第四讲_雷达杂波.ppt

(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
S(f
)
1
P0 f
f
c
3
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。
1
fc=10
0.9
fc=20
fc=50 0.8
0.7
0.6
S(f)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 f
Vw/6－－以节表示的风速
f
2v
0.14 Vw
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：
1 V 6 Vw
(实测)
V 0.14Vw
可见： f包络2 = 2f相参2
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
sheal = 0.42 K R EL turb = 1.0 m/s
= 0.7 m/s
K 6 米/ 秒 (低于12000呎) (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)
fv
令Pc=22，P=V2
(v)
v 2
exp
v2 22
则
fP (P)
1 Pc
exp
P Pc
➢ 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。
( ) ( ) fP(P) Nhomakorabea1 m2 P
• SS => 0 0 =
+10dB/SS 0/SS
(低SS，低f) (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
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
a s 5.35qAZ (Hz)
一. 地物杂波
➢ 高斯型 ➢ 立方型
(一)高斯型
S(f )
PC 2f
exp
f2 2f2
f
,频2谱v 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
f 0.0066Vw1.261
一. 地物杂波
(二)立方型 (由Fishbein建立)
➢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
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
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
五. 鸟群杂波
e m 0
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= 1m2
• f => 0 且0 f m，m =
3，f 2GHz, 1, SS 3级 0，f , , SS 时
• => 0 且0 n，n =
3， 1, f 2GHz, SS 3级 0， , f , SS 时
• SS一定， 0V > 0H 且当SS, , f 时，0VH= (0V － 0H )
ct 2
RqAZ
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
近掠入射区 0
平直区
近垂直入射区
0度
俯仰角
90度
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
(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
0V 0H
(中等海情以下)
(即<90 时)，
0V 0H
(高海情时)
➢ 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；
向和俯角向波瓣角；－天线俯仰角
RqAZ
S0 R2ELqAZ (sin )
Y R ELCSC(Y)
大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
• 体杂波
气象、箔条等。
e S0
为体杂波单元的反射系数。
ct/2
REL
S0
4
R 2ELqAZ
sheal 0.42(Vr ) 0.42KREL
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
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。
(一)杂波类型
• 面杂波： 地、海
– 小俯角 – 大俯角
e 0 S0
0为面杂波单位面积的反射系数
俯仰角
入射角 擦地角(掠射角)
俯仰角、擦地角和入射角
h
R
ct/2
Y
ct sec(Y)/2
S0
RqAZ
ct 2
sec
R qAZ
杂波区 RqAZ
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
90，0 与风向无关。
四. 云雨杂波
e
4
R
2 q AZ EL
ct 2
体杂波
的表示方法一：
dB 93 40 log(fGHz 3) 17 log(r)
其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。
的表示方法二：
= i
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
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；
2
)
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。
f
(A)
u
A
u 1
exp
A
u
V V
V
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 －－－－ 1海里 －－－－ 1英尺 －－－－ 1英寸 －－－－
约0.5 m/s 约1.85 km 约30 cm 2.54 cm
exp( m2 ) exp
P P
1 m2
I0
2m
1 m2 P P
m2 S2 P0
P S2 P0
其中，S2为稳定散射体功率，P0为分布部分的功率