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杂波

杂波是雷达行业的专业术语。杂波定义为不需要的反射源,它在有效带宽及雷达搜索窗口中产生并表现为空间上相干的反射器。杂波的定义很大程度上取决于所希望的目标。雷达杂波是指除感兴趣的目标以外的其它物体的雷达散射回波,它会干扰雷达的正常工作。

来自各种散射体的杂波回波对脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)雷达的设计有很大影响,同样会影响到对目标的探测概率。杂波散射体包括地貌(地面及水面)、气象(雨、雪等)和箔条。由于PD雷达通常所使用的天线具有一个高增益的主瓣,所以当雷达俯视时,主瓣杂波是雷达所处理的最大信号。窄波束将主瓣杂波的频率范围限制在多普勒频谱的一个较小的频段内。天线方向图的其他部分由副瓣组成,产生副瓣杂波。这种杂波通常远小于主瓣杂波,但却覆盖很宽的频段。来自雷达正下方地面的副瓣杂波(高度线杂波)常常较大,这是因为地面在大入射角时反射系数大、地面的反射几何面积较大和离地面的距离近。在副瓣杂波区中,只要杂波接近或是超过接收机噪声电平,对目标的测距性能都将下降。可采用多重PRF,在距离多普勒图中移动目标(相对于杂波)从而避免由于强杂波电平所产生的完全盲距或盲频。这种相对移动是由距离和多普勒模糊的折叠产生的。若某个P盯使杂波和目标折叠到相同的距离和多普勒上,那么PRF只要有足够大的改变就能将目标和杂波分开。

雷达杂波的定义与分类所谓雷达杂波,是指除感兴趣的目标以外的其它物体的雷达散射回波,它会干扰雷达的正常工作。杂波是雷达信号检测和处理的固有环境,在杂波背景下进行信号处理是雷达的基本任务之一,雷达杂波的组成主要有:地面覆盖物、海面、云层、迁移的鸟群等物体对雷达发射信号所形成的反射、散射波。一直以来人们对雷达杂波问题进行了大量的理论研究和实验测定,并不断探索各种新的方法,以使较为准确地反映各种杂波的分布,通常杂波信号的强度远远超过目标信号,并且杂波谱常常接近于目标,这些因素增大了雷达杂波处理的难度,雷达杂波分为主瓣杂波和旁瓣杂波两种,又可分为面杂波(如地面!海面等),体杂波(如昆虫、飞鸟、箔条、人造飞行器等),气象杂波(如雨、雪、雹等),需要注意的是,每个杂波单元的幅度和相位都是随机的;杂波强度远大于雷达的内部噪声;雷达的性能主要取决于信杂比。 [1]

雷达杂波是雷达波束在物体表面形成的后向散射,比如地表面、海洋表面等。其中包括:地面杂波,除由人造建筑物所产生的点杂波外,通常情况下是一种分布散射现象;海杂波就是指海面的回波,它表现出更强的动态特性;另外,还有气象杂波,主要是降雨层的后向散射。

瑞利分布:适用于描述气象杂波!箔条干扰!低分辨力雷达的地杂波;当在一个杂波单元内含有大量相互独立、没有明显贡献的散射源时,雷达杂波包络服从瑞利分布;对数正态分布:在雷达的鉴别力提高或者在高海情下,杂波的尾部较长,后向散射特性偏离了瑞利分布,比较符合对数正态的振幅分布。韦伯分布:在近距离即严重的杂波情况下,采用韦伯分布最为合适,这种分布的不对称性小于对数正态分布的不对称性,所以对海杂波幅度起伏较为均匀的情况,选用韦伯分布更为合适;K分布:瑞利分布!对数正态分布和韦伯分布这几种杂波模型都是基于单一点统计量的,所以它们只适合于单脉冲检测的情况,其主要缺点在于缺乏模拟杂波的时间和空间相关性,近几年来,在分析波的物理特性时所引入的K分布混合模型更接近于实际的形式,这种K分布模型不仅很好地满足所观察的幅值测量特性,而且包括了脉间的相关性能,K分布概念的出现及其在杂波模型中的应用,为相关特性的定量处理提供了依据,并且对雷达性能评价的系统优化起重要作用,K分布作为一种新构造的混合模型,适于描述多种高分辨低擦地角的地杂波和海杂波,是目前公认能精确反映雷达杂波的模型。 [1]

雷达杂波仿真雷达杂波干扰历来是雷达科技工作者和观测者十分关注的课题,很多情况下,限制雷达的探测能力的不是接收机的内部噪声,而是环境杂波,研究杂波的形成机理,杂波的反射强度与雷达参数的关系,讨论杂波的分布特性等这些都可以为制定雷达方案、选择雷达参数、采取各种抗杂波的措施!杂波模拟等工作提供理论依据,指明技术方向,避免雷达的设计研究工作一定程度上的盲目性,近半个世纪以来,人们对雷达杂波问题进行了大量的理论研究和试验测定,对雷达杂波的特性认识己经逐渐深入,先后建立了几种雷达杂波统计模型,包括瑞利分布!对数正态分布!韦伯尔分布和K分布等等,对杂波进行分析,建立准确的杂波统计模型以及相应的仿真方法,一方面可以为雷达模拟器提供逼真的杂波环境模型;另一方面,也有助于雷达杂波滤波器的设计和实现,提高抑制杂波的能力,提高雷达探测性能,所以,雷达环境特性的研究,对提高雷达性能有着十分重要的意义,特别是面对现代目标隐身技术和超低空突防的威胁,愈加显得重要。

在杂波性质的研究中,后向散射系数是一个重要和基础的概念,它是杂波特性分析中一个非常关键的指标。杂波后向散射系数是指散射体表面反射特性和后向散射特性的乘积按空间范围(面积或体积)的归一化或平均(其中,反射特性表明了既没有被表面吸收又不穿过表面的那一部分入射功率,而后向散射特性则表明沿入射角反向辐射的那一部分反射功率)。或者说,后向散射系数就是单位面积(或体积)的平均雷达截面,与离散性的目标相比,对海洋、陆地、大气等一类散射体来说,由于其具有延伸性!大面(体)积的特点,雷达截面就应该是平均意义上的,实际上,对早期的低分辨力雷达而言,由于一个被照射的雷达分辨单元中可能包括了多个散射中心,这种将杂波散射用面积或体积来平均的办法有着较强的物理背景;然而,对于许多现代高分辨力的雷达来说,它们能够发现杂波单元中相当数量的非均匀结构,此时的杂波特性接近于单个点目标特性,因此,这样的做法不一定能较好地代表真实的情况,换句话说,这就揭示了后向散射系数定义和使用中的局限性或前提:只有被雷达照射到的空间范围呈现均一特性时,它才是一个十分精确的物理量,从而,我们就能使来自于一部雷达的归一化测量结果用于其它雷达,另一方面,在大面积上,即使是在非高分辨条件下,也可能不是常数,在进行分析时,如果用单值的而又没有对整个情况作出正确的解释,就会导致不正确的结果,由杂波的产生过程我们可以理解,是两种参数的函数,一是雷达设备参数,如信号形式(脉冲宽度、波束宽度、极化、频率等)及入射角等:二是散射单元本身物理和结构等方面的参数,如介电常数、几何特性等,各种雷达设备参数对杂波的影响,定性的描述和结论已比较充分,而定量的研究则有待深入,的定义所指出的是按空间范围归一化的结果和决定于两种参数的特性,是我们在杂波性质研究中所必须把握的两个基本观点,在杂波性质的研究中,后向散射系数是一个重要和基础的概念,它是杂波特性分析中一个非常关键的指标,杂波后向散射系数是指散射体表面反射特性和后向散射特性的乘积按空间范围(面积或体积)的归一化或平均琪中,反射特性表明了既没有被表面吸收又不穿过表面。

影响地杂波的因素有系统参数,包括波长、照射面积、照射方位角和俯仰角、极化方式,还有地物参数,包括复介电常数、地面粗糙度、次表层或幅度衰减可忽略的深度覆盖面的不均匀性,雷达波能够透入地物和植被的表层,因此,地物回波是表面散射和次表层再反射回波的合成,对田地和草地的衰减测量表明,植被不密时,绝大部分回波来自地表顶层,次表层回波可忽略,与地杂波的散射特性相比,海杂波的散射特性有其特殊性,不仅会因海情的不同而表现出不同的散射系数,而且海浪是运动的,即使对于固定的雷达平台,海浪也会表现出多谱勒展宽,而且成片海杂波散射单元之间的相关性也比地杂波强。 [1]


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