雙基地雷達概述

1、955/24“平面內(nèi)”地雜波散射系數(shù)Domville對X波段、垂直極化條件下的包括開闊草地、樹林和建筑物在內(nèi)的鄉(xiāng)村地面的測量數(shù)據(jù)進行了總結(jié)，并給出了如圖25.10108所示的。Domville稱，由于數(shù)據(jù)來自不同的雜波源，同時是不同地形的平均，因此盡管這些數(shù)據(jù)有時可能會有10dB的差異；然而任一數(shù)據(jù)組的原始數(shù)據(jù)均散布在14.5dB之間。測量數(shù)據(jù)庫由直線s=i、i =90、s =90附近及前向散射區(qū)沿鏡像脊附近的那些點組成，其余的數(shù)據(jù)則是內(nèi)插值。Domville還總結(jié)了森林和市區(qū)的“平面內(nèi)”測量數(shù)據(jù)108。所有的Domville測量地形的B0等值線都具有相似的形狀。市區(qū)的B0普遍比森林高出36d

2、B。但鏡像脊的范圍較小。由于森林地形是更均勻的散射體，因此B0的錐狀等值線延伸到前向散射象限（s 90）。鏡像脊的范圍較鄉(xiāng)村地面小且幅度約低16dB。森林地形的其他B0值在s 90時和鄉(xiāng)村地面的B0的值相似。Domville報道109，對小平面外角（165），觀測到的鄉(xiāng)村地面和森林地形的B0在小i時沒有明顯地變化。同樣，在小i的條件下，鄉(xiāng)村地面和森林地形的B0在水平極化、垂直極化和交叉極化之間也沒有觀看到明顯地變化。半沙地在i-1時，水平和垂直極化測量的B0值差不多上-40dB110。交叉極化的測量值則低510dB。而且當從180變到165時，B0約以每度0.3dB衰減。盡管地形條件不同，然而

3、Cost的“平面內(nèi)”數(shù)據(jù)42和Domville的數(shù)據(jù)108的吻合程度仍約為10dB之內(nèi)。即使地形條件更均勻，Cost的數(shù)據(jù)曲線并不總是單調(diào)地接近雙基地鏡像脊區(qū)。Domville的“平面內(nèi)”地雜波數(shù)據(jù)能夠分成3個區(qū)：i-3或s-3的低擦地角區(qū)（如圖25.10所示中的單影線區(qū)）；140(i +s )220的鏡像脊區(qū)（如圖25.10所示中的打點區(qū)）；雙基地散射區(qū)（如圖25.10所示中的陰影區(qū)）。每個區(qū)域都能通過“半經(jīng)驗性處理（包括那些用于擬合測量數(shù)據(jù)的任意常數(shù)）”進行建模。圖25.10 X波段垂直極化平面內(nèi)（ =180）鄉(xiāng)村地面RCS數(shù)據(jù)108低入射余角散射區(qū)和雙基地散射區(qū)是依照等單基地雜波模型建立

4、的，即 （25.20）式中，M0為單基地散射系數(shù)；I為如圖25.9所示中的單基地角或入射角； 為歸一化反射率系數(shù)，對農(nóng)田， -15dB；對長有樹木的丘陵， -10 dB123。等雙基地散射區(qū)模型可用修正的單-雙基地等效原理（見25.8節(jié)）得到，現(xiàn)在式（25.20）中的sini可用入射角正弦值和散射角正弦值的幾何平均值（sinisins1/2來代替，有123 （25.21）式中，(B0)b為雙基地散射區(qū)散射系數(shù)。這時，能夠依照如圖25.10所示中的沿i =s那條線的單基地數(shù)據(jù)把值估算出來。在式（25.20）中，用 =-16dB得到的值與單基地數(shù)據(jù)的吻合程度在2dB以內(nèi)，式（25.21）用 =-1

5、6dB得到的值與雙基地數(shù)據(jù)的吻合程度在3dB以內(nèi)（包括前向象限的小三角形區(qū)域）。用入射角和散射角的算術(shù)平均的正弦值sin(i +s)/2可表示低入射余角區(qū)模型，有 （25.22）式中，(B0)1是低入射余角區(qū)的散射系數(shù)。取 =-16dB所得出結(jié)果的吻合程度大約也是3dB，包括如圖25.10所示中的右上角的小四邊形區(qū)域。因為(i +s)/2i/2，因此式（25.22）是單-雙基地等效定理的精確應用。在入射余角特不低的情況下（i或s 2和i+s1000、B00dB時，在鏡像脊區(qū)內(nèi)可達到+10dB。水平極化時的B0一般比垂直極化時低15dB109，但和數(shù)據(jù)的偏差相比并不重要。當i 1時，交叉極化（V

6、H）測得的B0值比共極化（VV）的值低1015dB，但當i 3時，只低58dB43?！捌矫嫱狻鄙⑸湎禂?shù)有限的“平面外”地雜波測量42111112115 也差不多進行過。Cost42和Ulaby115的數(shù)據(jù)表明，由于它們和Larson111112的數(shù)據(jù)之間存在著合理然而又有限的相關(guān)性，因此大概不是一個令人中意的可用數(shù)據(jù)模型。然而，各種極化的一般變化趨勢是明顯的。首先，當趨近90時，B0值常趨近一個比單基地（I =s， =180）值低1020dB的最小值。其次，在140的情況下，即角度接近“平面內(nèi)”，“平面外”的B0值和“平面內(nèi)”的B0值沒有明顯的差不（約在5dB范圍內(nèi)）。限制條件140則是依照U

7、laby和Larson的數(shù)據(jù)得出的。在i和s接近擦地入射（即i，sL或Lcu時，這種近似是合理的。圖25.11 單波束連續(xù)掃描情況下的脈沖追趕脈沖追趕的其他實現(xiàn)方案也是可行的。一種方法是保留n-波束接收天線，兩個接收信號處理器（RSP）按時分復用工作，橫跨這n個波束。一個RSP步進處理偶數(shù)波束，另一個步進處理奇數(shù)波束，如此就能同時處理各波束對內(nèi)的回波信號：（1，2），（2，3），（3，4）等等。這種蛙跳式順序在收、發(fā)波束重疊區(qū)應能截獲所有的回波。第二種方法是用兩個波束和兩個RSP步進式地掃描由原n-波束天線所覆蓋的空間。它采納同樣的蛙跳順序。這兩種方法都以一個波束寬度為單位進行波束取樣或步進，

8、從而降低對分級波束掃描的要求。由于這兩種方法在波束切換之前都處理來自兩個波束寬度內(nèi)的回波信號，因此波束駐留時刻Tb近似為2(R)mRR/c，且步進率為Tb-1。那個地點近似假定的相移時延和穩(wěn)定時刻能夠忽略。波束同步掃描假如雙基地監(jiān)視雷達的收、發(fā)都使用高增益掃描天線，則雷達能量就沒有得到充分利用。這是因為在任一給定的時刻里，只有當目標落在兩個波束的重疊區(qū)（雙基地“足跡”）內(nèi)才能被觀看到。對接收機來講，在“足跡”外被發(fā)射波束照耀的目標被認為是被丟失了。解決波束同步的掃描問題有4種可能的補救方法：（1）在接收波束完成一個監(jiān)視區(qū)域的掃描時刻內(nèi)，發(fā)射波束固定，然后發(fā)射波束步進一個波束寬度到第二個監(jiān)視區(qū)域

9、，如此直到發(fā)射波束步進掃過整個監(jiān)視扇區(qū)；（2）發(fā)射波束掃描，用多個同時接收波束來覆蓋監(jiān)視扇區(qū)；（3）發(fā)射波束掃描，接收波束追趕發(fā)射脈沖；（4）發(fā)射寬波束泛光照耀監(jiān)視扇區(qū)，接收波束在監(jiān)視扇區(qū)內(nèi)掃描。方法（1）和（4）需要專用的發(fā)射機，而方法（2）和（3）則不需要。步進掃描發(fā)射機的補救方法增加了警戒區(qū)域內(nèi)發(fā)射波束步進的次數(shù)。這種增加對用做監(jiān)視而言通常是不能同意的，因而極少考慮采納這種方法。采納多波束接收的同步法則可使發(fā)射波束駐留在監(jiān)視幀域的時刻保持不變，但卻使接收機的成本升高，復雜性增大。這是因為它要使用多波束天線，同時每個波束都要用一路RSP。脈沖追趕同步法不需要多個波束和多路RSP，但代價是要

10、使用無慣性（相控陣）天線。這種天線要求復雜而又精確的波束操縱時刻表和/或多路復用，這取決于系統(tǒng)的配置。泛光發(fā)射機的同步法消除了這些復雜性。它具有數(shù)據(jù)率高同時又能服務于多個接收機的優(yōu)點。其代價為信噪比降低，這是GT降低的直接結(jié)果，它還引起副瓣雜波電平的增大。簡言之，在波束同步掃描的問題上，若想不使監(jiān)視性能惡化，則不存在簡單而又廉價的補救方案 。副瓣雜波和單基地雷達一樣，雙基地雷達也必須對抗副瓣雜波。當收發(fā)都為陸基且以基線距離分置時，只有來自對發(fā)射機和接收機都具有滿足視線（LOS）區(qū)域的地雜波才能進入接收天線副瓣。對光滑地面，用共同覆蓋面積Ac來定義那個區(qū)域。依照式（25.9）、（25.10）和式

11、（25.12），當ht=0且L時，地雜波的Ac等于零，沒有副瓣雜波（或主瓣雜波）進入接收天線。雙基地雷達在熱噪聲背景下能檢測出那些對發(fā)射機和接收機都能滿足視線要求的目標。這類似于單基地雷達能檢測出距離rT以外的目標。上面的推導只適用于海表面，對陸地卻專門少有效。在陸地，變化的地形在LrR +rT時，會形成雜波視線而增大雜波電平。當發(fā)射機和/或接收機被升高或機載時，視線的約束大為減輕，但不一定會消除。在這種情況下，雙基地雷達會遇到特有的兩個雜波問題。第一個雜波發(fā)生在使用泛光發(fā)射波束的情形，僅有單程接收天線副瓣使副瓣雜波電平下降，而單基地雷達有雙程副瓣雜波下降。第二個雜波發(fā)生在發(fā)射機和/或接收機運

12、動的情形，如機載。這時，雙基地雜波的多普勒回波出現(xiàn)失真和展寬，與每一片雜波區(qū)的幾何位置和收發(fā)平臺的運動狀況有關(guān)。多普勒失真用多普勒等值線來定義，式（25.18）給出了兩維坐標下平坦地面的多普勒等值線。多普勒失真與距離和角度有關(guān)。機載單基地雷達不存在距離失真效應。特定副瓣距離單元上的雜波展寬以該距離單元內(nèi)存在的多普勒失真為中心。伴隨雜波電平的增大，這些失真和展寬效應使得雙基地雷達在雜波中檢測目標的能力變得相當復雜。其補救方法包括使用常規(guī)的多普勒濾波和大時刻-帶寬波形；可能的話，合理地使用遮蔽；操縱幾何關(guān)系，特不是在使用專用式或合作式發(fā)射機的雙基地雷達中；設計特不低的接收（可能的話，也包括發(fā)射）天

13、線副瓣電平；對產(chǎn)生離散雜波回波的副瓣消隱；對均勻雜波在恒虛警率（CFAR）單元內(nèi)進行距離或距離-多普勒平均；空間切除雜波回波。最后一項技術(shù)的實現(xiàn)依靠于已知雙基地雷達的幾何關(guān)系和運動狀況，從而預測給定區(qū)域內(nèi)雜波的多普勒和多普勒展寬，然后設置一個濾波器或波門以切除該區(qū)域內(nèi)的主瓣雜波回波。按這種方法對距離多普勒空間的切除量可高達8%45。時刻同步為了測距，發(fā)射機和接收機之間應保持時刻同步。在一次操作期間，通常要求的定時精度為發(fā)射機（壓縮后）脈沖寬度的幾分之一量級。時刻同步可通過直接接收發(fā)射機發(fā)來的信號來完成，需要的話要進行信號解調(diào)，然后用那個解調(diào)后的信號同步接收機的時鐘。假如發(fā)射機和接收機間存在滿足

14、要求的視線的話，則發(fā)射信號可通過陸地通信線路傳輸，或通過通信鏈路傳輸，或直接以發(fā)射機RF信號輸出。若沒有如此的視線，則同步信號也可經(jīng)散射路徑傳輸，因為散射體可滿足收發(fā)視線的要求 49?，F(xiàn)在，散射體必須處于式（25.12）所定義的公共覆蓋區(qū)內(nèi)。專門情況也可經(jīng)由對流層散射來傳輸50。在所有這些直接時刻同步方案中，實現(xiàn)方法是直截了當?shù)?，就像通信系統(tǒng)中的最初的同步過程一樣。這些方法也可用于任何類型的發(fā)射脈沖重復間隔（PRI）調(diào)制，即固定的、參差的、跳動的和隨機的PRI調(diào)制等。建立時刻同步后，目標距離就可由式（25.7）或類似的方法計算。對固定的PRI，時刻同步可通過在發(fā)射基地和接收基地使用相同的穩(wěn)定時

15、鐘來直接完成，時鐘周期性地進行同步。例如，當發(fā)射機和接收機中的一個或兩個機動時，只要它們在視線5082130。假如隨機編碼序列是先驗的且接收基地也預先被告知，那么采納隨機PRI的專用或合作式發(fā)射機系統(tǒng)也可使用間接時刻同步法。采納直接時刻同步時，校正期間所需的時鐘穩(wěn)定度是Tu（一階）。式中，為所要求的定時精度；Tu為時鐘校正間隔。校正間隔的典型范圍從發(fā)射機脈間期間的最小值到發(fā)射天線掃描周期的最大值。前者通常需要發(fā)射機和接收機間有專用的鏈路；后者在有滿足要求視線的條件下，只要發(fā)射波束掃過接收基地就能實現(xiàn)同步，這種方法有時被稱做“直接穿透（Direct breakthrough）130”。溫控晶體振蕩器通常就能夠滿足這些要求。然而，在采納“直接穿透”時刻同步法時