机载雷达的“杂波模型”

科技 2024-11-27 22:02 江苏

对于机载雷达来说，杂波是雷达信号检测和处理的环境，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。并且由于雷达处在一个运动的平台上，这也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。为了有效地在强杂波背景下检测目标信号，研究者们对杂波的性质进行了大量研究，今天简单介绍下常见的杂波模型。

杂波模型

这属于理论分析，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。

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。

关系模型

它描述由试验数据拟和与频率、极化、俯角、环境参数等物理量依赖的关系。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。

下面来看下影响杂波谱形状的因素：

观察时间

观察时间有限，即回波脉冲的个数有限，造成回波谱的谱线展宽，每根谱线都成为一个谱瓣，其宽度约为观察时间的倒数。观察时间引起的杂波功率谱谱瓣的展宽与观察时间成反比。

杂波源本身运动

杂波源本身运动也会影响杂波谱瓣的形状。引起杂波源运动的主要原因是风，如风吹动植物枝叶的运动等，它们会使杂波产生多普勒频率分布，从而展宽杂波谱的谱线，由于杂波源之间运动的随机性，谱线展宽的形状可以认为是高斯的。杂波谱瓣展宽的程度决定于杂波源本身运动的速度和雷达波长，速度越大或者波长越短，则谱线展宽越多。

雷达本身运动

若雷达安装在运动平台上，则会产生两种影响：首先由于雷达与被照射的杂波源之间有相对径向速度，会使杂波回波产生多普勒频移，第二个影响是杂波单元有一定宽度，使得杂波谱的谱线展宽。雷达载体本身运动所引起的杂波谱的展宽与载体的运动速度、杂波单元的尺寸成正比，载体的运动速度越高或者杂波单尺寸越大，则谱线展宽越多。

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