双基地雷达概述(doc 7页).doc

“平面内”地杂波散射系数Domville对X波段、垂直极化条件下的包括开阔草地、树林和建筑物在内的乡村地面的测量数据进行了总结，并给出了如图25.10108所示的。Domville称，由于数据来自不同的杂波源，并且是不同地形的平均，因此虽然这些数据有时可能会有10dB的差异；但是任一数据组的原始数据均散布在14.5dB之间。测量数据库由直线qs=qi、qi =90、qs =90附近及前向散射区沿镜像脊附近的那些点组成，其余的数据则是内插值。Domville还总结了森林和市区的“平面内”测量数据108。所有的Domville测量地形的sB0等值线都具有相似的形状。市区的sB0普遍比森林高出36dB。但镜像脊的范围较小。由于森林地形是更均匀的散射体，因此sB0的锥状等值线延伸到前向散射象限（qs 90）。镜像脊的范围较乡村地面小且幅度约低16dB。森林地形的其他sB0值在qs 90时和乡村地面的sB0的值相似。Domville报道109，对小平面外角（f165），观测到的乡村地面和森林地形的sB0在小qi时没有明显地变化。同样，在小qi的条件下，乡村地面和森林地形的sB0在水平极化、垂直极化和交叉极化之间也没有观察到明显地变化。半沙地在qi-1时，水平和垂直极化测量的sB0值都是-40dB110。交叉极化的测量值则低510dB。而且当f从180变到165时，sB0约以每度0.3dB衰减。尽管地形条件不同，但是Cost的“平面内”数据42和Domville的数据108的吻合程度仍约为10dB之内。即使地形条件更均匀，Cost的数据曲线并不总是单调地接近双基地镜像脊区。Domville的“平面内”地杂波数据可以分成3个区：qi-3或qs-3的低擦地角区（如图25.10所示中的单影线区）；140(qi +qs )220的镜像脊区（如图25.10所示中的打点区）；双基地散射区（如图25.10所示中的阴影区）。每个区域都能通过“半经验性处理（包括那些用于拟合测量数据的任意常数）”进行建模。图25.10 X波段垂直极化平面内（f =180）乡村地面RCS数据108低入射余角散射区和双基地散射区是根据等g单基地杂波模型建立的，即 （25.20）式中，sM0为单基地散射系数；qI为如图25.9所示中的单基地角或入射角；g 为归一化反射率系数，对农田，g -15dB；对长有树木的丘陵，g -10 dB123。等g双基地散射区模型可用修正的单-双基地等效原理（见25.8节）得到，此时式（25.20）中的sinqi可用入射角正弦值和散射角正弦值的几何平均值（sinqisinqs）1/2来代替，有123 （25.21）式中，(sB0)b为双基地散射区散射系数。这时，可以根据如图25.10所示中的沿qi =qs那条线的单基地数据把g值估算出来。在式（25.20）中，用g =-16dB得到的值与单基地数据的吻合程度在2dB以内，式（25.21）用g =-16dB得到的值与双基地数据的吻合程度在3dB以内（包括前向象限的小三角形区域）。用入射角和散射角的算术平均的正弦值sin(qi +qs)/2可表示低入射余角区模型，有 （25.22）式中，(sB0)1是低入射余角区的散射系数。取g =-16dB所得出结果的吻合程度大约也是3dB，包括如图25.10所示中的右上角的小四边形区域。因为(qi +qs)/2qib/2，所以式（25.22）是单-双基地等效定理的精确应用。在入射余角非常低的情况下（qi或qs 2和qi+qs1000、sB00dB时，在镜像脊区内可达到+10dB。水平极化时的sB0一般比垂直极化时低15dB109，但和数据的偏差相比并不重要。当qi 1时，交叉极化（VH）测得的sB0值比共极化（VV）的值低1015dB，但当qi 3时，只低58dB43。“平面外”散射系数有限的“平面外”地杂波测量42111112115 也已经进行过。Cost42和Ulaby115的数据表明，由于它们和Larson111112的数据之间存在着合理然而又有限的相关性，因此似乎不是一个令人满意的可用数据模型。但是，各种极化的一般变化趋势是明显的。首先，当f趋近90时，sB0值常趋近一个比单基地（qI =qs，f =180）值低1020dB的最小值。其次，在f140的情况下，即角度接近“平面内”，“平面外”的sB0值和“平面内”的sB0值没有明显的差别（约在5dB范围内）。限制条件f140则是根据Ulaby和Larson的数据得出的。在qi和qs接近擦地入射（即qi，qsL或Lctu时，这种近似是合理的。图25.11 单波束连续扫描情况下的脉冲追赶脉冲追赶的其他实现方案也是可行的。一种想法是保留n-波束接收天线，两个接收信号处理器（RSP）按时分复用工作，横跨这n个波束。一个RSP步进处理偶数波束，另一个步进处理奇数波束，这样就能同时处理各波束对内的回波信号：（1，2），（2，3），（3，4）等等。这种蛙跳式顺序在收、发波束重叠区应能截获所有的回波。第二种想法是用两个波束和两个RSP步进式地扫描由原n-波束天线所覆盖的空间。它采用同样的蛙跳顺序。这两种想法都以一个波束宽度为单位进行波束取样或步进，从而降低对分级波束扫描的要求。由于这两种想法在波束切换之前都处理来自两个波束宽度内的回波信号，因此波束驻留时间Tb近似为2(DqR)mRR/c，且步进率为Tb-1。这里近似假定的相移时延和稳定时间可以忽略。波束同步扫描如果双基地监视雷达的收、发都使用高增益扫描天线，则雷达能量就没有得到充分利用。这是因为在任一给定的时间里，只有当目标落在两个波束的重叠区（双基地“足迹”）内才能被观察到。对接收机来说，在“足迹”外被发射波束照射的目标被认为是被丢失了。解决波束同步的扫描问题有4种可能的补救方法：（1）在接收波束完成一个监视区域的扫描时间内，发射波束固定，然后发射波束步进一个波束宽度到第二个监视区域，如此直到发射波束步进扫过整个监视扇区；（2）发射波束扫描，用多个同时接收波束来覆盖监视扇区；（3）发射波束扫描，接收波束追赶发射脉冲；（4）发射宽波束泛光照射监视扇区，接收波束在监视扇区内扫描。方法（1）和（4）需要专用的发射机，而方法（2）和（3）则不需要。步进扫描发射机的补救方法增加了警戒区域内发射波束步进的次数。这种增加对用做监视而言通常是不能接受的，因而极少考虑采用这种方法。采用多波束接收的同步法则可使发射波束驻留在监视帧域的时间保持不变，但却使接收机的成本升高，复杂性增大。这是因为它要使用多波束天线，并且每个波束都要用一路RSP。脉冲追赶同步法不需要多个波束和多路RSP，但代价是要使用无惯性（相控阵）天线。这种天线要求复杂而又精确的波束控制时间表和/或多路复用，这取决于系统的配置。泛光发射机的同步法消除了这些复杂性。它具有数据率高同时又能服务于多个接收机的优点。其代价为信噪比降低，这是GT降低的直接结果，它还引起副瓣杂波电平的增大。简言之，在波束同步扫描的问题上，若想不使监视性能恶化，则不存在简单而又廉价的补救方案 。副瓣杂波和单基地雷达一样，双基地雷达也必须对抗副瓣杂波。当收发都为陆基且以基线距离分置时，只有来自对发射机和接收机都具有满足视线（LOS）区域的地杂波才能进入接收天线副瓣。对光滑地面，用共同覆盖面积Ac来定义这个区域。根据式（25.9）、（25.10）和式（25.12），当ht=0且L时，地杂波的Ac等于零，没有副瓣杂波（或主瓣杂波）进入接收天线。双基地雷达在热噪声背景下能检测出那些对发射机和接收机都能满足视线要求的目标。这类似于单基地雷达能检测出距离rT以外的目标。上面的推导只适用于海表面，对陆地却很少有效。在陆地，变化的地形在LrR +rT时，会形成杂波视线而增大杂波电平。当发射机和/或接收机被升高或机载时，视线的约束大为减轻，但不一定会消除。在这种情况下，双基地雷达会遇到特有的两个杂波问题。第一个杂波发生在使用泛光发射波束的情形，仅有单程接收天线副瓣使副瓣杂波电平下降，而单基地雷达有双程副瓣杂波下降。第二个杂波发生在发射机和/或接收机运动的情形，如机载。这时，双基地杂波的多普勒回波出现失真和展宽，与每一片杂波区的几何位置和收发平台的运动状况有关。多普勒失真用多普勒等值线来定义，式（25.18）给出了两维坐标下平坦地面的多普勒等值线。多普勒失真与距离和角度有关。机载单基地雷达不存在距离失真效应。特定副瓣距离单元上的杂波展宽以该距离单元内存在的多普勒失真为中心。伴随杂波电平的增大，这些失真和展宽效应使得双基地雷达在杂波中检测目标的能力变得相当复杂。其补救办法包括使用常规的多普勒滤波和大时间-带宽波形；可能的话，合理地使用遮蔽；控制几何关系，特别是在使用专用式或合作式发射机的双基地雷达中；设计非常低的接收（可能的话，也包括发射）天线副瓣电平；对产生离散杂波回波的副瓣消隐；对均匀杂波在恒虚警率（CFAR）单元内进行距离或距离-多普勒平均；空间切除杂波回波。最后一项技术的实现依赖于已知双基地雷达的几何关系和运动状况，从而预测给定区域内杂波的多普勒和多普勒展宽，然后设置一个滤波器或波门以切除该区域内的主瓣杂波回波。按这种方法对距离多普勒空间的切除量可高达8%45。时间同步为了测距，发射机和接收机之间应保持时间同步。在一次操作期间，通常要求的定时精度为发射机（压缩后）脉冲宽度的几分之一量级。时间同步可通过直接接收发射机发来的信号来完成，需要的话要进行信号解调，然后用这个解调后的信号同步接收机的时钟。如果发射机和接收机间存在满足要求的视线的话，则发射信号可通过陆地通信线路传输，或通过通信链路传输，或直接以发射机RF信号输出。若没有这样的视线，则同步信号也可经散射路径传输，因为散射体可满足收发视线的要求 49。此时，散射体必须处于式（25.12）所定义的公共覆盖区内。特殊情况也可经由对流层散射来传输50。在所有这些直接时间同步方案中，实现方法是直截了当的，就像通信系统中的最初的同步过程一样。这些方法也可用于任何类型的发射脉冲重复间隔（PRI）调制，即固定的、参差的、跳动的和随机的PRI调制等。建立时间同步后，目标距离就可由式（25.7）或类似的方法计算。对固定的PRI，时间同步可通过在发射基地和接收基地使用相同的稳定时钟来直接完成，时钟周期性地进行同步。例如，当发射机和接收机中的一个或两个机动时，只要它们在视线内或是在一起就可采用直接时间同步法。可供选择的是将稳定时钟作为另一种时钟的从属，如将卫星全球定位系统（Navstar GPS）或远程无线电导航系统（loran C）作为主时钟源5082130。如果随机编码序列是先验的且接收基地也预先被告知，那么采用随机PRI的专用或合作式发射机系统也可使用间接时间同步法。采用直接时间同步时，校正期间所需的时钟稳定度是Dt/Tu（一阶）。式中，Dt为所要求的定时精度；Tu为时钟校正间隔。校正间隔的典型范围从发射机脉间期间的最小值到发射天线扫描周期的最大值。前者通常需要发射机和接收机间有专用的链路；后者在有满足要求视线的条件下，只要发射波束扫过接收基地就能实现同步，这种方法有时被称做“直接穿透（Direct breakthrough）130”。温控晶体振荡器通常就可以满足这些要求。但是，在采用“直接穿透”时间同步法