第四讲_雷达杂波.ppt
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电子对抗原理--雷达系统结构和工作原理 ppt课件
频率源分类
自激振荡源 晶体振荡器、腔体振荡器 介质振荡器、压控振荡器等 合成频率源
直接模拟式：对基准频率进行各种各样的 加减乘除 间接模拟式：利用模拟锁相环锁定VCO 来实现频率合成 直接数字式：使用数字技术完成频率和波 形的合成 间接数字式：由数字锁相环构成，包含数 字分频器和数字鉴相器
DBF系统的基本原理图
天线单元阵列 A/D变换器
接收模块 数字波束形成器
稀布阵雷达
VHF波段 发射1个圆阵（25个窄带全向发射天线，每个10KHz带宽，共250KHz） 接收1个圆阵，48个全向接收天线，带宽250KHz
RIAS* / SIAR** by Jaques Dorey (1986) – «Space Frequency »orthogonal coding
数字中频接收机原理框图
中频 信号 中频 滤波器
低通滤波、抽 取
cos(2f I nT )
A/D
I
低通滤波、抽 取
Q
sin( 2f I nT )
问题：上图有什么问题？
数字中频接收机原理框图
中频 信号 中频 滤波器
低通滤波、抽 取
cos(2f I nT )
A/D
I
低通滤波、抽 取
Q
sin(2f I nT )
大气吸收与频率的关系
大气天顶衰减与地面水汽密度的关系
斜路径大气衰减 f＝23.75GHz
发射电磁波
脉冲
目标反射电磁波
雷达系统 结构与工作原理
雷达系统结构和基本工作原理 频率综合器 发射机 天线 接收机 信号处理机 雷达终端 监控设备
雷达回波的识别技术优秀课件.ppt
雷达回波的识别技术优秀
(二)风速不变、风向随高度变化的各种图象
当风速随高度保持不变时，各种颜色的多普勒速度带 都收敛于显示区的中心，即雷达所在处。多普勒速度 零值带的曲率表明了风向随高度的变化，逆转风产生 一个反型S的零值带而顺转风产生一个S型的零值带。 当风向随高度先顺转后逆转时，S 型带随雷达距离的 增加（高度增加）而转变为反S带。
一、回波强度分析技术
由雷达反射率因子Z值大小即可判别回波强弱．
瑞利散射
另外，回波形态特征、回波特殊结构和形态、 回波移动特点可知回波强度
雷达回波的识别技术优秀
二、脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法
对多普勒径向速度场基本特征的研究，可按
•零径向速度线； •朝向雷达分量(负)、离开雷达分量(正)范围、分布及中心； •强多普勒径向速度梯度带
Perpendicular
（a）环境风场的平面图：固定风速为40海里/小时，风向在地面为 南风（图象中心），均匀地经西南风变为图象边缘处的西风。（b） 相应的单多普勒速度图象。（c）说明如何利用多普勒零值曲线来解 释水平均匀流场的风向。（a）中的箭头长度正比于风速。颜色表示 多普勒速度值：正值（红色，桔黄色）表示离开雷达，负值（绿色， 兰色）表示朝向雷达。
雷达回波的识别技术优秀
风速随高度增加（地面为0）、风向随高度顺转的垂直风廓线（左图） 以及相应的多普勒速度图象（右图）。多普勒速度负值是朝向雷达 而正值是离开雷达，图象东部和西部边缘的颜色突变代表了己被了 混淆的更大的速度值，因为它们超出了±50海里/小时的奈科斯特速 度间隔。雷达位于图象中心。
雷达回波的识别技术优秀
雷达回波的识别技术优秀
Single Doppler Interpretation
(二)风速不变、风向随高度变化的各种图象
当风速随高度保持不变时，各种颜色的多普勒速度带 都收敛于显示区的中心，即雷达所在处。多普勒速度 零值带的曲率表明了风向随高度的变化，逆转风产生 一个反型S的零值带而顺转风产生一个S型的零值带。 当风向随高度先顺转后逆转时，S 型带随雷达距离的 增加（高度增加）而转变为反S带。
一、回波强度分析技术
由雷达反射率因子Z值大小即可判别回波强弱．
瑞利散射
另外，回波形态特征、回波特殊结构和形态、 回波移动特点可知回波强度
雷达回波的识别技术优秀
二、脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法
对多普勒径向速度场基本特征的研究，可按
•零径向速度线； •朝向雷达分量(负)、离开雷达分量(正)范围、分布及中心； •强多普勒径向速度梯度带
Perpendicular
（a）环境风场的平面图：固定风速为40海里/小时，风向在地面为 南风（图象中心），均匀地经西南风变为图象边缘处的西风。（b） 相应的单多普勒速度图象。（c）说明如何利用多普勒零值曲线来解 释水平均匀流场的风向。（a）中的箭头长度正比于风速。颜色表示 多普勒速度值：正值（红色，桔黄色）表示离开雷达，负值（绿色， 兰色）表示朝向雷达。
雷达回波的识别技术优秀
风速随高度增加（地面为0）、风向随高度顺转的垂直风廓线（左图） 以及相应的多普勒速度图象（右图）。多普勒速度负值是朝向雷达 而正值是离开雷达，图象东部和西部边缘的颜色突变代表了己被了 混淆的更大的速度值，因为它们超出了±50海里/小时的奈科斯特速 度间隔。雷达位于图象中心。
雷达回波的识别技术优秀
雷达回波的识别技术优秀
Single Doppler Interpretation
雷达系统原理PPT课件
旁瓣旁瓣电平为主瓣电平与最大旁瓣电平之差脉冲波束宽度脉冲宽度是指在主瓣中辐射功率密度为最大辐射功率密度3db的一半的角也被称为半值宽度雷达无线电波特性雷达的无线电波略沿地表方向传播主要视线
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
关于 SART雷达应答器
• 根据 GMDSS（全球遇险与安全系统）要求，IMO/SOLAS 类型的 船必须配备 SART。当船遇险时，SART 可以自动发出信号，所以 其他船或飞机就可以确定 遇险船的位置。若本船配备了波段的雷 达，并且 8 英里内有船遇险，SART 可以 指引雷达回波到遇险船。 该信号包括了 12 扫频，并在 9.2 到 9.5GHz 的频段传输。 根据距 离的不同，SART 具有 2 种扫频时间，由慢（7.5μs）到快(0.4μs) 扫描或反 之亦然。当接收到该信号时，屏幕上出现一条总长为 0.64 海里被 12 个点平均的 线。最近的 SART 的光点指示遇险船 的位置。当本船接近 SART 1 海里以内时， 雷达上显示快速闪烁 的扫描信号，并有一根单薄的线连接 12 个光点。
弱反射目标
• 目标反射的回波强度不仅取决于与目标间的距离，目标的高度或 尺寸，还要取决 于目标的材料和特性。具有低发射或入射角的目 标，如 FRP(纤维增强复合材料) 船和木制船发射的都不好。所以， 必须注意 FRP 船，木船或沙，沙洲，泥礁等 物体都是弱反射目 标。 由于与海岸线的距离等，本船在雷达图像上看起来比实际的 海岸线要远，当船周 围有弱反射目标时，应更加谨慎。
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
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关于 SART雷达应答器
• 根据 GMDSS（全球遇险与安全系统）要求，IMO/SOLAS 类型的 船必须配备 SART。当船遇险时，SART 可以自动发出信号，所以 其他船或飞机就可以确定 遇险船的位置。若本船配备了波段的雷 达，并且 8 英里内有船遇险，SART 可以 指引雷达回波到遇险船。 该信号包括了 12 扫频，并在 9.2 到 9.5GHz 的频段传输。 根据距 离的不同，SART 具有 2 种扫频时间，由慢（7.5μs）到快(0.4μs) 扫描或反 之亦然。当接收到该信号时，屏幕上出现一条总长为 0.64 海里被 12 个点平均的 线。最近的 SART 的光点指示遇险船 的位置。当本船接近 SART 1 海里以内时， 雷达上显示快速闪烁 的扫描信号，并有一根单薄的线连接 12 个光点。
弱反射目标
• 目标反射的回波强度不仅取决于与目标间的距离，目标的高度或 尺寸，还要取决 于目标的材料和特性。具有低发射或入射角的目 标，如 FRP(纤维增强复合材料) 船和木制船发射的都不好。所以， 必须注意 FRP 船，木船或沙，沙洲，泥礁等 物体都是弱反射目 标。 由于与海岸线的距离等，本船在雷达图像上看起来比实际的 海岸线要远，当船周 围有弱反射目标时，应更加谨慎。
第四讲雷达杂波.ppt
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
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)
三. 海杂波
0=(f, 极化, , SS, 风向) SS－海情
➢ 实测所得规律 (一) 20°
400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB
例：t＝1s, =10, R=20浬, 得S0=105 m2 1× 10-4 m2 e 100 m2 范围极大！
(一) 20°
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
雷达杂波处理
Pf u U T
UT
pu du
虚警概率为门限电平的函数。
按概率论的中心极限定理，由大量作用比较均匀的随机分量合成的 随机量服从正态分布，正态分布的包络（检波后的视频信号）服从 瑞利（Rayleigh）分布： 2 2为方差。 瑞利分布特征量：
均值 方差 中值
u u p u) 噪声的基本特性 噪声服从瑞利分布，概率密度函数为：
u2 u pu 2 exp 2 2
2为方差。 噪声在脉冲——脉冲间统计独立，非相关。 (2) 雨雪杂波的基本特性 雨雪杂波由大量散射单元形成，服从瑞利分布，概率密度函数为：
2为方差。
u2 u pu 2 exp 2 2
k 1 k 1
n
n
u t ux cos t u y sin t
按中心极限定理，ux和uy服从正态分布：
p ux
2 ux exp 2 2 x 2 x
1
2 u 1 y p uy exp 2 2 y 2 y
2 均值： exp 2
方差： 中值：
ln u 2 1 exp 2 2 2u
e
2
1 exp 2 2
与瑞利分布相比，对数正态 分布出现“长尾”。 lnu 符合正态分布。
e
对数正态分布
噪声在脉冲——脉冲间统计独立，非相关。
2
0.43 2
1.17
x=[-3:0.1:8]; y1=raylpdf(x,2); y2=normpdf(x,2,1.4); plot(x,y1,'red',x,y2,'blu');
雷达基础知识：杂波
雷达基础知识：杂波
雷达中的“杂波”通常表示不需要的回波，包括来自地面及建筑物、海洋、雨雪天气、鸟群昆虫等。
虽然这些杂波功率有时会比目标的回波还要强的多，这就使得雷达对目标回波的检测产生了很大的检测困难。
通过天线主瓣进入雷达的杂波称为主瓣杂波，否则称为旁瓣杂波。
杂波通常是随机的，具有类似热噪声的特性。
由于杂波强度往往要比接收机内部噪声大，雷达在强杂波背景下检测目标的能力主要取决于信号杂波比(信杂比SCR)。
杂波通常在一定的空间范围内分布，其物理尺寸比雷达分辨单元要大的多，常分为两大类：面杂波和体杂波。
当然，也有“点”或离散的杂波，例如电视塔、建筑物等特殊结构。
说到“杂波”，你可能想到的就是如何去抑制它，去减少它在雷达回波中的分量，在很多情况是这样的。
但自然环境中的雷达回波并非都是不希望的，我们也可以加以利用。
例如，气象雷达和合成孔径雷达等。
云雨的反射对飞机雷达来说是不希望，但气象雷达喜欢，可以用来测量降雨率，提升天气预报的准确性。
地面上的后向散射杂波或许会干扰很多地面雷达和机载雷达，但是合成孔径雷达喜欢，通过对不同地物回波的分析，可以掌握大量的
信息。
因此，同一种自然环境的回波在一种应用中是不需要的杂波，而在另一种应用中可能就是提取的关键信号。
杂波与雷达目标的回波相似，杂波功率也可以用杂波散射截面积(RCS)来描述，杂波的平均RCS为：
杂波散射系数无量纲，它与雷达系统参数有关，例如雷达波长、极化特性，照射区域和照射方向等；地杂波还与地表面的参数有关，例如地面形状、粗糙度、覆盖层的复介电常数等；海杂波与风速、风向和海面蒸发等参数有关。
雷达信号处理PPT电子教案-第四讲雷达杂波
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 sheal = 0.42 K R EL K 6 米/ 秒 turb = 1.0 m/s (低于12000呎) = 0.7 m/s (高于12000呎) fall = 0.45 sin (m/s) beam = 0.42 V0 EL sin
(一)杂波类型
• 面杂波： 地、海 – 小俯角 – 大俯角
e 0S 0
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
R
h
ct/ 2
Y
ct sec(Y)/2
t c S R q sec 0 AZ 2
qAZ
杂波区 R RqAZ
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
a (Hz ) s 5 .35 q AZ
一. 地物杂波
高斯型 立方型
(一)高斯型
二. 地杂波强度
(三) 的影响
=0.5°～10°内， 0 > 10°， 0随 变化小
(四)f 的影响
较小时， 0随f 略有； 较大时， 0与f 无关
三. 海杂波
0=(f, 极化, , SS, 风向) SS－海情
实测所得规律 (一) 20°
400MHz f 50GHz -90dB 0 -30dB
：目前已发展了K分布等新分布。
杂波
谢谢观看
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。
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
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(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
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