机载雷达探地及其特性分析

机载雷达探地及其特性分析
作者：刘德军
来源：《现代电子技术》2009年第05期
摘要：针对机载雷达探地时的不同背景噪音情况,讨论了雷达杂波对雷达接收机工作的影响,分析了常规雷达在毫米波波段,信杂比、信噪比、杂噪比和信号杂波噪声比与雷达工作频率、雷达方位角、俯仰角的关系,根据雷达分辨率和工作频率的不同,推导了具体公式。

在给定有关参数的前提下,给出这些量随距离变化的关系曲线,得知不同比值随距离的增加是逐渐下降的,而且杂波和噪声对目标信号产生同样的影响。

在低分辨率雷达情况下,地杂波的影响是主要的。

关键词：雷达；杂波；信噪比；分辨率；信杂比
中图分类号：TP273文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2009)05-034-02
Airborne Radar Grounding and Its Characteristics Analysis
LIU Dejun
(Civil Aviation Flight University of China,Guanghan,618307,China)
Abstract：The influence of clutter on radars is discussed according to different noise when airborne radar is grounding.The relationship among millimeter waves of radar,signal clutter
ratio,signal noise ratio,clutter noise ratio,signal clutter noise,and radar frequency,azimuth,and elevation are analyzed.In the end,curves of these parameters with distance are showed under the given parameters different ratios increase with the distance gradually decreased.From the curves,the influence of clutters in normal resolution radars is the main points.
Keywords：radar;clutter;signal noise ratio;resolution;signal clutter ratio
在雷达接收机中,除有用的目标信号外，其他所有干扰统称为“噪声”,这些噪声包括背景杂乱回波、大气噪声或雷达接收机噪声等。

通常背景杂波视雷达照射情况如不同，可以分为地杂波、海杂波和气象杂波。

这些杂波直接与雷达作用距离(R)、雷达方位角(α)和俯视角(β)有关,而且随着雷达分辨率(ΔR)的提高和雷达工作频率(f)的增加,将会变得越来越复杂,其统计分布也将发生较大的变化［1］。

因此,必须深入分析杂波与这些因素的关系。

1 机载状态下雷达杂波特点
雷达接收机接收到的信号主要来自于目标,而噪声的来源有很多,通常包括接收机与天线的热噪声、外界杂波(地、空、海等)、各种无源与有源干扰、假目标诱饵等。

所以,如果将这些无用的信号源在接收机中都看作噪声的话,那么通常接收机输入端的信号杂噪比为：
S＜sub>S＜
(1)
式中代表目标功率；代表系统热噪声功率；代表地杂波功率；P＜sub>S ＜/sub>代表天线噪声功率；代表各种有源和无源干扰功率。

对于低分辨雷达(LRR)来说,目标沿径向的尺寸比雷达距离单元的长度要小得多,因而目标可等效看作点目标。

假设雷达处于机载状态,如图1所示,这时的地杂波反射就完全由波束擦地径向距离和波束横向长度来确定了,所以只考虑系统热噪声P和外界地杂波(包括砂石、树林、草地等的影响［2］。

式(1)变成：
(2)
图1 飞机上的雷达与目标几何配置
根据雷达接收机的工作原理：
(3)
式中为雷达发射机功率；λ为雷达工作波长；G为对准接收机方向的天线增益；
为目标的后向散射截面积；R为雷达功率作用到目标的距离。

同样,雷达接收机对应的热噪声功率为：
式中:k=1.38×10－23 J/K为波尔兹曼常数；为标准参考温度；为匹配接收机带宽。

同理,假设地杂波后向散射截面积为则雷达接收到的地杂波功率为：
(4)
2 不同杂波及距离背景下的杂波分析
由图1所给的雷达与目标几何配置可以得到：
式中为波束打地对应的有效杂波反射面积；为归一化杂波散射截面积,它与背景反射率的关系为［3］：
式中:β为雷达波束俯角。

表1给出了几种杂波背景下反射率的典型值。

表1 不同杂波背景下反射率的典型值
反射率
类别
路面草地沙地砂砾树林
B-12.2-15.2-27-21-18.9
由图1可知：
(5)
故:
式中为波束半功率宽度；R为雷达至主杂波距离。

这样式(4)变为：
(6)
式(1)又变为：
(7)
显然,由式(7)可见,在远距离时,系统热噪声是占主要的；而在近距离时,地杂波回波功率是占主要的。

如果单独考虑
S/C,C/N或S/N,并且考虑系统热噪声、系统损耗和毫米波大气传播的影响［4］,则有：
(8)
－
(9)
－
(10)
式中:α代表电磁波在大气中的衰减系数。

应该指出,这3个比值在考虑信号检测性能时,常常要用到。

如果将雷达接收机输入端的信号杂噪比等效到接收机中放输出(或检波器输人端)来看［5］,则有：
－0.2αRR4(4π)3(P＜sub>S＜
(11)
根据常规雷达系统和目标对应的有关参数,图2给出了在接收机中放输出端所得到的
S/C,C/N,S/N和与距离(以km为单位)的关系曲线。

图2 S/C,C/N,S/N和S/N与距离的关系曲线
3 结语
由图2可以看出,这4个比值随着距离的增加是逐渐下降的,而且杂波和噪声对目标信号产生同样的影响。

在低分辨率雷达情况下,地杂波的影响是主要的,一般S/C都取很小的值,且随波束宽度的增加而逐渐下降。

参考文献
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作者简介刘德军男,1968年出生,四川人,中国民航飞行学院中级实验师。

主要从事航管方向的教学和研究工作。