机载正侧视共形相控阵雷达的杂波特性--《空军雷达学院学报》1999年03期
机载正侧视共形相控阵雷达的杂波特性
【摘要】：分析了机载预警（ＡＥＷ）雷达采用的正侧视共形相控阵的方向图特性，对这种机载正侧视共形相控阵雷达的杂波进行了建模与分析，并给出了其空－时二维杂波谱．
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TN959.73【正文快照】：
１引言相拉阵机载预警（ＡＥＷ）雷达由于其潜在的高性能受到世界上许多国家的高度重视．尤其是相拉阵体制下可采用先进的空一时二维自适应处理（ＳＴＡＰ）技术，从而使未来新一代的ＡＥＷ雷达具有更加卓越的性能．ＡＥＷｔ达的关键技术，一是高性能的天线研制，二是有效的
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3秒自动关闭窗口目前使用杂波模型主要有三种方式：描述杂波幅度和功；雷达杂波的研究始于第二次世界大战期间，科学家经过；1.3主要研究内容；机载雷达因为雷达处在一个运动平台上，它面对的是更；不断变化，杂波的频谱发生了明显变化；1.描述杂波散射单元机理的机理模型；杂波机理模型的研究是属于杂波雷达截面的理论分析范；归结为缺乏对散射单元构成特性及其散射过程的定量描；2.描述杂波后向散
目前使用杂波模型主要有三种方式：描述杂波幅度和功率谱的统计模型，描述杂波散射单元机理的机理模型，描述由试验数据拟和?0与频率、极化、俯角、环境参数等物理量之间依赖关系的关系模型。从二十世纪七十年代以来，人们一直致力于雷达统计模型的研究。在早期的工作中，认为杂波是一种高斯噪声，为杂波提供了一种结果非常简单的模型。后来通过对窄脉冲雷达的测量发现用高斯分布来描述杂波是不够的，杂波的分布函数表现出一个较长的拖尾，明显长于高斯分布模型。因此，在八十年代，人们又提出了对数正态(lognormal)分布和weibull分布来拟合数据。随着研究的深入，一种半实验化模型K分布被提出，并逐渐成熟起来。目前国内外对杂波的仿真方法主要有零记忆非线性变化法(Zero Memory Nonlinerity，ZMNL)、球不变随机过程法(Spherically Invariant Random Process，SIRP)和随机微分方程法(SDE)。
雷达杂波的研究始于第二次世界大战期间，科学家经过半个多世纪的努力，已将其发展成为雷达技术中一个单独的领域，而不再是当初“杂波”概念。目前国外此项研究实验设备较多，手段先进，全波段覆盖，通过大量实测地、海背景的散射数据，建立了大型数据库，针对不同用途，研究其统计规律，建立与地物参数和雷达参数有关的散射模型，并向着全频、多极化及相位信息综合利用的方法发展。我国的此项研究可以说始于八十年代初，从1981年开始，建立了小型“X波段地物散射系数数据库”，一些高校和研究部门也做了一些有关的研究工作。但由于对杂波研究缺乏协作与配合，背景杂波的研究在我国还没有形成一个整体力量。正是由于缺乏这种大型试验数据，目前国内的杂波模拟技术也是建立在国外对杂波模型研究的基础之上的。
1.3主要研究内容
机载雷达因为雷达处在一个运动平台上，它面对的是更为复杂的杂波环境杂波是雷达信号检测和处理的固有环境，通常其强度远远超过目标信号，并且杂波谱常接近于目标功率谱。这些因素增大了机载雷达杂波处理的难度。地面上静止不动的景物相对于雷达有一个径向速度，再加上雷达波束指向和地形的
不断变化，杂波的频谱发生了明显变化。因此，机载雷达杂波频谱的研究是机载雷达地杂波建模的主要内容。为了有效地在杂波背景下检测目标信号，学者们对杂波的性质进行了大量研究，目前常用的杂波模型主要有以下三种方式：
1.描述杂波散射单元机理的机理模型
杂波机理模型的研究是属于杂波雷达截面的理论分析范畴，即根据各种电磁散射理论研究杂波单元产生散射场的各种机理，并利用各种计算方法和计算机技术定量预估各种情况下杂波单元的雷达散射截面特征。散射过程的讨论必须同特定的结构单元结合起来，这是机理模型分析的基本点。在散射单元的物理结构方面，对于现有的一些比较成功的地杂波和海杂波模型（如组合表面模型）一般都只是对于特定的地貌、海情，或者是信号形式提供了某些参考，缺乏通用的、非常成功的模型。研究杂波性质的困难可以
归结为缺乏对散射单元构成特性及其散射过程的定量描述，这种描述应当能够反映出散射机理以及各种因素的影响，而这些困难也正是当今杂波机理模型研究的前沿。
2.描述杂波后向散射系数的概率密度分布模型
雷达杂波是来自雷达分辨单元内的许多散射体回波的矢量和。由于机载雷达分辨单元内一般包括许多随机分布的散射体，它们的介电常数和几何特性等都是随机变量，同时散射体或雷达的运动也将引起回波振幅和相位的变化，这些原因导致杂波的雷达散射截面?0具有随机起伏的性质，此随机起伏性可以用。
其通过雷达接收机的包络检波器后的幅度概率密度函数描述。常用的概率密度分布有瑞利(Rayleigh)分布、对数正态分布、Weibull分布和K分布等。
3.描述由试验数据拟和?0与频率、极化、俯角、环境参数等物理量依赖的关系模型杂波的关系模型机载雷达地面杂波模型不仅和环境有关，而且还和雷达平台位置、系统工作参数、天线特性有关。随着雷达技术的不断发展以及人们对雷达杂波认识的不断深入，研究人员先后建立了一系列的杂波统计模型。主要分为两类：一是幅度分布模型，二是功率谱（相关性）模型，其中相关特性是从时域和空域两个方面展开研究的。 地杂波
地杂波，除由人造建筑物所产生的点杂波外，是一种分布散射现象。这种分布杂波
?0是雷达截面积的密度，用散射系数?0来描述。单位为地面上每单位面积的雷达截面积。
设地面上一个单元的面积为?A，则此单元上的雷达截面积为???0??A。点杂波和点目标一样，可以用雷达截面积来描述。可以采用不同的方法来建立地杂波的模型。对于地面雷达，我们往往感兴趣的是该雷达在特定的场地上工作性能如何，在这种情况下，实际的地形特征是很重要的。而对于机载雷达，通常我们对雷达在某一个特定场地上的工作性能完全不感兴趣，因为该场地也许并不代表雷达所可能遇到的平均情况或最坏情况。机载雷达的性能与非均匀地面杂波的特性有密切的关系。大多数这样的雷达，具有某种自适应的功能，以适应从一个区域到另一个区域时地面杂波强度的变化。假若想要模拟这种适应性，就有必要在地面杂波模型中包含非均匀特性。点杂波可以用如下的方法模拟：将这些点按照某种模型随机地配置在地面坐标系上，一种类型的地形与另一种类型的地形之间的交界处，可以按照确定性的但仍然是假想的方法来处理。机载雷达地面环境复杂，在分析时通常采用等距-等多普勒划分网格单元的方法计算地杂波功率谱以及网格单元的地面后向散射系数。
第二章 机载雷达地杂波的特性分析及仿真原理
在机载下视雷达中，地面杂波的影响是十分严重的，它不仅强度大，而且不同方向的地杂波相对于载机的速度各异，从而使杂波谱大大展宽。为了克服这种强杂波环境，从中提取有用信息，产生了各种各样的杂波抑制技术。在讨论这些技术之前，我们先对机载雷达下视情况的地杂波进行分析。
2.1机载雷达地杂波回波谱分析
机载雷达下视工作时，天线波束照射区内地面散射体的回波通过天线进入接收机，即地杂波。由于雷达平台运动，即使地面固定不动的散射体，也因具有一定的相对径向速度而使回波有一定的多普勒频移，在波束照射区内，各个散射体的回波各自具有不同的多普勒频移，幅度按天线双程方向图加权，就构成了机载雷达的地杂波谱。典型的机载下视雷达回波经接收机单边带滤波后的频谱如图2.1所示，它由主杂波、高度线杂波、旁瓣杂波谱和目标的回波谱组成。
由于副瓣杂波和主瓣杂波相比要小得多，因此对杂波谱的研究主要放在主瓣杂波上。
图 2.1 通过单边带滤波后的频谱
Fig.2.1 Spectrum after filtering through the SSB
2.1.1 主瓣杂波频谱
与地球半径相比，载机高度及其探测距离都很小，因此地球曲率的影响可以忽略不计，我们完全可以认为雷达发射主波束的散射区域是一个平面。根据网格分析法，这一平面区域可以看成由很多散射单元组成。散射单元的划分由方位角分辨率??和距离波门的宽度?r决定。因为这样的散射单元的回波是雷达抑制的杂波，所以又把他们称为杂波分辨率单元，简称杂波单元。对于机载雷达，地面某杂波单元?A与雷达平台的几何位置关系可用图2.2表示为
图2.2 杂波单元与雷达平台的位置关系
Fig.2.2 The relationship of clutter unit and the location of the radar platform
图2.2中H为载机的高度，Vg为载机的水平飞行速度，o,为照射区中间距离波门的中心点，?为方向角，?为俯仰角，?b为主瓣宽度，R为载机到o,的距离，假定雷达发射脉冲宽度为?，则?r?c?/2cos?（c是光速），所以?A面积为：
1?A??r??l?c?R????c?H??/(2sin?)
只要知道参数?，H，??，?，就能求出杂波单元的面积。通常?A是一较大区域，由许许多多散射体组成，这些散射体的回波的合成，就是?A区域内的杂波回波，而很多类似?A的网格单元的回波就构成了该波门内的杂波回波。下面我们以中间距离波门为例，将?A看成一个散射体来分析该波门的回波频谱。
在中间距离波门，位于偏于主波束中心?角的散射体，根据多普勒效应，它所对应的多普勒频移用公式fd(?)?2Vr/?求得（Vr是散射体相对载机的径向速度，?为雷达的
工作波长）。由图可知，Vr?Vgcos?cos(900????)，所以该散射体对应的多普勒频移为：
fd(?)?2Vgcos?sin(???)
所以，中间距离波门的平均多普勒频移为： ??[??b?b,]，?b为主瓣波束宽度。
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　为了有效地在杂波背景下检测信号, 人们对杂波的性质...2.2 方法的杂波仿真 的杂波仿真实现方法 基于 ZMNL...基于Matlab的机载雷达的... 52页 4下载券 第四讲... 　该模型能够仿真雷达信号、 系统噪声与杂波的 产生和...而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使 用比较高...基于matlab 的采集数据仿真界面设计[J ] . 中国... 　机载前视风切变雷达 AMTI 杂波抑制技术的研究 课题...本课题首先通过用Matlab模拟MTI滤波器的设计,掌握MTI...(MTI)难以将地 杂波滤除干净,用基于功率输出最小... 　特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用,实现了波束的...从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外...并用matlab简单的仿真了 雷达系统对信号的处理. ... 　仿真雷达信号处理的目的是消除不需要的信号(如杂波)...同时在系统设计 的任何阶段都能够很方便地修改模型、...本文以某脉冲压缩雷 达为实例,基于Matlab 的雷达... 　基于MATLAB的自动控制系统仿真_机械/仪表_工程科技_专业资料。基于MATLAB的自动控制...自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化,极大地提高了劳动生产率, 而且... 　基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)_电子/电路_工程...在此基础上, 系统地研究了标准的有关问题, 结合国...实现技术上需完善, 因此,目前在工程应用中未优先... 　基于Matlab的FM仿真实现_信息与通信_工程科技_专业...位于载频的信号频谱再搬回来,并且不失真地恢复出...图中带通滤波器的作用是抑制信号带宽以外的噪声。 ... 　基于MATLAB/Simulink的雷达系统建模与仿真本科毕业设计...高度线杂波相当于地面 MTI 雷达的地杂波,它是与零...(FFT)实现的,它与其他杂波抑制技术一起, 滤除了...您的位置： &
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