雙基地雷達(dá)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(jìn)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(shí)是不同地形的平均，因此盡管這些數(shù)據(jù)有時(shí)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(diǎn)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(shí)和鄉(xiāng)村地面的B0的值相似。Domville報(bào)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(shí)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(shí)，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(dāng)從180變到165時(shí)，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(gè)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(diǎn)區(qū)）；雙基地散射區(qū)（如圖25.10所示中的陰影區(qū)）。每個(gè)區(qū)域都能通過“半經(jīng)驗(yàn)性處理（包括那些用于擬合測量數(shù)據(jù)的任意常數(shù)）”進(jìn)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(shí)，能夠依照如圖25.10所示中的沿i =s那條線的單基地?cái)?shù)據(jù)把值估算出來。在式（25.20）中，用 =-16dB得到的值與單基地?cái)?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?cái)?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?yàn)?i +s)/2i/2，因此式（25.22）是單-雙基地等效定理的精確應(yīng)用。在入射余角特不低的情況下（i或s 2和i+s1000、B00dB時(shí)，在鏡像脊區(qū)內(nèi)可達(dá)到+10dB。水平極化時(shí)的B0一般比垂直極化時(shí)低15dB109，但和數(shù)據(jù)的偏差相比并不重要。當(dāng)i 1時(shí)，交叉極化（V

6、H）測得的B0值比共極化（VV）的值低1015dB，但當(dāng)i 3時(shí)，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(jìn)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(gè)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(dāng)趨近90時(shí)，B0值常趨近一個(gè)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(shí)，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(shí)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(gè)接收信號處理器（RSP）按時(shí)分復(fù)用工作，橫跨這n個(gè)波束。一個(gè)RSP步進(jìn)處理偶數(shù)波束，另一個(gè)步進(jìn)處理奇數(shù)波束，如此就能同時(shí)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(yīng)能截獲所有的回波。第二種方法是用兩個(gè)波束和兩個(gè)RSP步進(jìn)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(gè)波束寬度為單位進(jìn)行波束取樣或步進(jìn)，

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(gè)波束寬度內(nèi)的回波信號，因此波束駐留時(shí)刻Tb近似為2(R)mRR/c，且步進(jìn)率為Tb-1。那個(gè)地點(diǎn)近似假定的相移時(shí)延和穩(wěn)定時(shí)刻能夠忽略。波束同步掃描假如雙基地監(jiān)視雷達(dá)的收、發(fā)都使用高增益掃描天線，則雷達(dá)能量就沒有得到充分利用。這是因?yàn)樵谌我唤o定的時(shí)刻里，只有當(dāng)目標(biāo)落在兩個(gè)波束的重疊區(qū)（雙基地“足跡”）內(nèi)才能被觀看到。對接收機(jī)來講，在“足跡”外被發(fā)射波束照耀的目標(biāo)被認(rèn)為是被丟失了。解決波束同步的掃描問題有4種可能的補(bǔ)救方法：（1）在接收波束完成一個(gè)監(jiān)視區(qū)域的掃描時(shí)刻內(nèi)，發(fā)射波束固定，然后發(fā)射波束步進(jìn)一個(gè)波束寬度到第二個(gè)監(jiān)視區(qū)域

9、，如此直到發(fā)射波束步進(jìn)掃過整個(gè)監(jiān)視扇區(qū)；（2）發(fā)射波束掃描，用多個(gè)同時(shí)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(jī)，而方法（2）和（3）則不需要。步進(jìn)掃描發(fā)射機(jī)的補(bǔ)救方法增加了警戒區(qū)域內(nèi)發(fā)射波束步進(jìn)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(shí)刻保持不變，但卻使接收機(jī)的成本升高，復(fù)雜性增大。這是因?yàn)樗褂枚嗖ㄊ炀€，同時(shí)每個(gè)波束都要用一路RSP。脈沖追趕同步法不需要多個(gè)波束和多路RSP，但代價(jià)是要

10、使用無慣性（相控陣）天線。這種天線要求復(fù)雜而又精確的波束操縱時(shí)刻表和/或多路復(fù)用，這取決于系統(tǒng)的配置。泛光發(fā)射機(jī)的同步法消除了這些復(fù)雜性。它具有數(shù)據(jù)率高同時(shí)又能服務(wù)于多個(gè)接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。其代價(jià)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(jià)的補(bǔ)救方案 。副瓣雜波和單基地雷達(dá)一樣，雙基地雷達(dá)也必須對抗副瓣雜波。當(dāng)收發(fā)都為陸基且以基線距離分置時(shí)，只有來自對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都具有滿足視線（LOS）區(qū)域的地雜波才能進(jìn)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(gè)區(qū)域。依照式（25.9）、（25.10）和式

11、（25.12），當(dāng)ht=0且L時(shí)，地雜波的Ac等于零，沒有副瓣雜波（或主瓣雜波）進(jìn)入接收天線。雙基地雷達(dá)在熱噪聲背景下能檢測出那些對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都能滿足視線要求的目標(biāo)。這類似于單基地雷達(dá)能檢測出距離rT以外的目標(biāo)。上面的推導(dǎo)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(shí)，會形成雜波視線而增大雜波電平。當(dāng)發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)被升高或機(jī)載時(shí)，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(dá)會遇到特有的兩個(gè)雜波問題。第一個(gè)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(dá)有雙程副瓣雜波下降。第二個(gè)雜波發(fā)生在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)運(yùn)

12、動(dòng)的情形，如機(jī)載。這時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(biāo)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(jī)載單基地雷達(dá)不存在距離失真效應(yīng)。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(yīng)使得雙基地雷達(dá)在雜波中檢測目標(biāo)的能力變得相當(dāng)復(fù)雜。其補(bǔ)救方法包括使用常規(guī)的多普勒濾波和大時(shí)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(jī)的雙基地雷達(dá)中；設(shè)計(jì)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(jìn)行距離或距離-多普勒平均；空間切除雜波回波。最后一項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依靠于已知雙基地雷達(dá)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)狀況，從而預(yù)測給定區(qū)域內(nèi)雜波的多普勒和多普勒展寬，然后設(shè)置一個(gè)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(dá)8%45。時(shí)刻同步為了測距，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間應(yīng)保持時(shí)刻同步。在一次操作期間，通常要求的定時(shí)精度為發(fā)射機(jī)（壓縮后）脈沖寬度的幾分之一量級。時(shí)刻同步可通過直接接收發(fā)射機(jī)發(fā)來的信號來完成，需要的話要進(jìn)行信號解調(diào)，然后用那個(gè)解調(diào)后的信號同步接收機(jī)的時(shí)鐘。假如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(jī)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?yàn)樯⑸潴w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(shí)刻同步方案中，實(shí)現(xiàn)方法是直截了當(dāng)?shù)模拖裢ㄐ畔到y(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(fù)間隔（PRI）調(diào)制，即固定的、參差的、跳動(dòng)的和隨機(jī)的PRI調(diào)制等。建立時(shí)刻同步后，目標(biāo)距離就可由式（25.7）或類似的方法計(jì)算。對固定的PRI，時(shí)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(shí)

15、鐘來直接完成，時(shí)鐘周期性地進(jìn)行同步。例如，當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的一個(gè)或兩個(gè)機(jī)動(dòng)時(shí)，只要它們在視線5082130。假如隨機(jī)編碼序列是先驗(yàn)的且接收基地也預(yù)先被告知，那么采納隨機(jī)PRI的專用或合作式發(fā)射機(jī)系統(tǒng)也可使用間接時(shí)刻同步法。采納直接時(shí)刻同步時(shí)，校正期間所需的時(shí)鐘穩(wěn)定度是Tu（一階）。式中，為所要求的定時(shí)精度；Tu為時(shí)鐘校正間隔。校正間隔的典型范圍從發(fā)射機(jī)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(jī)和接收機(jī)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(shí)現(xiàn)同步，這種方法有時(shí)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(shí)刻同步法時(shí)