机械雷达地、海杂波仿真的快速算法研究.docx

目录目录第一章 绪论.11.1 论文研究的背景与意义.11.2 国内外研究状况.11.2.1 机载雷达杂波的仿真状况.11.2.1.1 杂波模型.21.3 本文的主要工作.3第二章 雷达杂波信号分析.52.1 雷达杂波类型.52.1.1 杂波简介.52.1.2 地面杂波.52.1.3 海面杂波.62.1.4 体杂波.72.2 杂波统计模型.72.2.1 杂波幅度统计模型.72.2.1.1 瑞利(Rayleigh)分布.72.2.1.2 对数正态分布(Lognormal)分布 .82.2.1.3 韦布尔(Weibull)分布 .92.2.1.4 K 分布.102.2.2 杂波功率谱模型.122.2.2.1 高斯型.122.2.2.2 立方型.122.2.2.3 指数型.122.3 机载雷达杂波频谱.132.3.1 主瓣杂波.152.3.2 旁瓣杂波.152.3.3 高度线杂波.162.4 杂波后向散射系数分析.162.4.1 后向散射系数的概念.162.4.2 地杂波后向散射系数.162.4.3 海杂波后向散射系数.17目录2.4.3.1 海情. 172.4.3.2 海杂波后向散射系数模型. 182.5 小结. 19第三章 机载雷达杂波信号仿真方法.213.1 网格映象法原理. 213.2 雷达杂波的建模与仿真. 223.2.1 距离多普勒单元的基本概念. 233.2.2 杂波功率谱计算原理. 243.2.3 面积积分因子的计算与简化. 263.2.4 天线方向图的确定. 293.2.5 杂波散射单元划分. 303.2.6 各杂波单元信号的合成. 313.2.7 机载雷达杂波时域幅度分布. 353.3 小结. 35第四章 机载雷达杂波仿真及快速算法的实现.374.1 机载雷达地、海杂波仿真. 374.1.1 仿真参数给定和计算. 374.1.2 杂波仿真结果分析. 384.1.2.1 地杂波仿真结果分析. 384.1.2.2 海杂波仿真结果分析. 404.2 杂波仿真的快速算法. 414.2.1 杂波仿真运算量分析. 414.2.2 查表法原理. 424.2.3 函数值的表格存储. 444.3 杂波仿真快速算法的仿真流程. 454.4 杂波快速算法仿真. 454.4.1 各函数值的表格的建立与调用. 454.4.2 快速算法仿真与分析. 474.4.3 快速算法前后仿真结果的比较分析. 484.5 小结. 53结束语.57致谢.59参考文献.59在读期间的研究成果.63第一章 绪论 1第一章 绪论1.1 论文研究的背景与意义雷达是现代战争不可缺少的电子设备，而且已经扮演者越来越重要的角色，成为影响战争胜负的重要因素之一。随着制空权被人们的重视和它在战争中的重要作用的凸显，机载 PD 雷达、机载预警雷达也应运而生，而且在战争中大显神威，因而备受瞩目。随着越来越多不同用途和体制雷达的诞生，以及雷达发挥的巨大作用，对不同雷达性能和指标的测试工作也变得尤为重要。美国率先建立了自己的雷达试验系统。按照武器系统试验模式，一般是先进行内场实验，而后进行外场实验。内场实验是一个完整的体系，雷达对抗仿真实验就属于其中的一种，它包括平台的仿真、对抗环境的仿真、指挥控制系统的仿真等多个方面。为了正确评估出雷达处理机的性能，建立客观、逼真的雷达散射环境是必不可少的，而杂波正是构成雷达散射环境的重要组成部分，属于对抗环境的仿真内容。一直以来雷达杂波干扰被人们所关注，是因为限制雷达探测能力的是环境杂波，而不仅仅是接收机内部噪声。雷达对目标检测和跟踪性能常常受到杂波等一些重要散射特性的影响，比如杂波仿真信号的功率谱特性与对象雷达的动目标显示滤波器性能有关；杂波仿真信号的幅度起伏特性与对象雷达的恒虚警率检测处理器性能有关。由上可见，杂波仿真能够反映雷达处理机的真实性能，为设计和改进雷达处理机的设计方案提供了理论支持。因此杂波仿真方案的设计是雷达仿真设计的重要组成部分。杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。1.2 国内外研究状况1.2.1 机载雷达杂波的仿真状况雷达系统模拟1是用计算机软件来建立雷达系统模型的模拟过程，它是数字模拟技术和雷达技术相结合的产物。模拟的对象是雷达系统，这里的雷达系统包括雷达本身、雷达目标以及目标环境。采用数字模拟方法的优点是经济、灵活，不受外界条件的限制。但它的缺点是逼真度的问题。因此模拟研究的重点是寻求既AbstractAbstractThe simulation of the land and sea clutter is an important part in radar systemsimulation in the case of look-down mode. It is urgent need for radar simulation tosimulate clutter quickly and real-time. The study on simulation of radar clutter can beapplied in the design of radar system, optimizing of algorithm for signal processing andmany other aspects.With a view to engineering application, A in-depth study about the simulationalgorithm of radar clutter is done in this paper. Firstly, the dissertation analyzed the landand sea clutter signals properties, the basic concepts and theories of clutter is described.Then, the principles and methods of clutters simulation are introduced and analyzed,the methods of clutter simulation is derived and simulated on the base of griddingmapping format method, this algorithm is verified at the same time. Finally, accordingto fast requirements of the actual clutters simulation project, the research on fastalgorithm is done by quantization and storage of antenna gain, quantization and storageof prestoring the area unit, quantization and storage of clutter area and many otheraspects. Using this fast algorithm of clutter simulation the speed of simulation isimproved greatly, which is useful for engineering applications .Keywords: Airborne Radar Land and Sea Clutter SimulationGridding Mapping Format Method Clutter Power SpectrumFast algorithm波仿真的快速算法研究经济又逼真的雷达模拟方法。在雷达系统模拟中建立描述雷达回波环境的数学模型是至关重要的，环境模型的逼真度直接影响着仿真结果的相似度，而雷达信号的散射又是雷达回波环境中的主要物理现象1。有两种不同的散射体，分别是目标和杂波。对于同一物体，根据雷达的功能划分，它可以是目标，也可以是杂波。比如，对于防空雷达而言，地面物体属于杂波；对于地面测绘雷达而言，则是目标。雨对于除气象雷达外的所有雷达而言，都属于杂波。所以，能够区分目标和杂波至关重要，这影响到应该采取何种方法来建立模型。文献2概括了国内外对杂波的研究：科学家早在二战期间就开始了对雷达杂波的研究，而且逐步将其发展为雷达技术中的一个单独的领域，而不再是简单的“杂波”概念。该项研究目前国外设备成熟，手段先进，而且有大量实测地、海背景的散射数据，建立了大量数据库，根据用途，按统计规律建立了与地物参数和雷达参数有关的散射模型。我国对于该领域的研究从八十年代初开始，但是由于对杂波研究缺乏协作和配合，背景杂波的研究还没有形成合力。所以目前国内的杂波模型技术研究也是建立在国外对杂波模型研究的基础之上。1.2.1.1 杂波模型目前有三种模型在普遍使用2：（1） 描述杂波散射单元机理的机理模型该模型是根据电磁散射理论研究杂波单元产生散射场的机理，运用计算方法和计算机技术定量估计各种情况下杂波单元的雷达散射截面特征。但比较普适的杂波模型都只是针对特定的地貌、海情，缺乏通用的、普适的模型。（2） 描述杂波后向散射系数 的概率密度函数的分布模型。该模型是利用雷达接收机的包络检波器后的幅度概率密度函数来描述随机起伏的杂波的雷达散射截面 。常用的概率密度分布有瑞利分布、对数正态分布、韦布（weibull）分布和 K 分布等。（3） 描述由实验数据拟和 与频率、极化、仰角、环境参数等物理量的依赖关系的关系模型。该模型是指机载雷达杂波模型和雷达平台位置、系统工作参数、天线特性的关系。在机载雷达的仿真中，杂波对信号的检测起着至关重要的作用，而且对杂波的准确、快速仿真一直是机载雷达仿真的目标和要求，因此在这方面的研究文献和成果也非常丰富。杂波仿真的发展历史在文献3进行了概括：Goetz 和 Albright4详细论述了机第一章 绪论 3载 PD 雷达的组成结构和特性、杂波频谱等基本问题，为机载 PD 雷达仿真提供了理论基础。随后 Farrell 和 Taylor5推导得到了适合手工计算的杂波功率公式，并对计算公式进行了简化。Friedlander 和 Greenstein6通过对脉冲多普勒雷达杂波中的距离门进行分析，用距离多普勒坐标系对杂波积分，导出了任意距离多普勒网格单元中计算杂波功率的一般公式。但一方面精度低，另一方面需要大量数值积分，从而限制了工程应用。麻省理工学院林肯实验室的 Jen King Jao 和 William B.Gogginst7在 1985 年以近距地球表面是平面作为假设条件，得出了等距离等多普勒网格单元的闭合解，将地面网格以等距离和等多普勒的概念进行划分，一定程度上解决了地表网格单元面积的问题。但存在未考虑雷达天线增益的影响。1.3 本文的主要工作本文以准确快速实现地、海杂波仿真为目的，在合理假设的基础上，采用距离多普勒地面单元划分的仿真算法对雷达地、海杂波信号的功率谱进行仿真；同时对地、海杂波功率谱进行快速算法的仿真；最后比较了运用杂波仿真快速算法前后仿真时间变化。论文的主要内容安排如下：第一章介绍了课题的研究背景和主要研究任务。第二章雷达杂波信号分析，包括阐述杂波相关概念，分析杂波类型，杂波幅度、频谱模型，机载脉冲多普勒雷达杂波频谱以及杂波的后向散射系数。第三章分析机载雷达杂波信号仿真方法，包括地面杂波、海杂波仿真算法，天线方向图，杂波仿真的流程等。第四章仿真地、海杂波功率谱特性，包括仿真参数的确定和地、海杂波信号的仿真。分析海杂波仿真的快速算法，包括仿真的运算量分析，各个快速算法部分的实现，快速运算时间与执行快速算法前运算时间的比较。最后，对本文的主要内容和工作进行了总结，指出存在的问题及下一步工作的安排。波仿真的快速算法研究第二章 雷达杂波信号分析 5第二章 雷达杂波信号分析雷达接收的回波主要包括目标、杂波、噪声，杂波就是周围电磁环境散射的雷达不希望接收到的回波信号。显然，杂波是雷达信号检测和处理的固有环境，在杂波背景下进行信号处理是雷达的基本任务之一。为了有效地在杂波背景下进行雷达信号的检测，对杂波特性的掌握是先决条件。例如，杂波的起伏统计特性对恒虚警率检测器的设计和杂波相消处理器输入信杂比的计算有重大影响，杂波的频谱特性直接关系到 MTI 和脉冲多普勒滤波器的设计等等。因而，对杂波信号特性的分析十分重要。本章将从杂波的类型、散射模型、统计模型以及频谱特性等方面对杂波进行分析。2.1 雷达杂波类型对雷达杂波的类型按照情形的不同可以有不同的分类。本节主要以文献1中米切尔对杂波的定义和分类为参考进行以下论述，从雷达杂波产生的角度来分析不同的杂波类型。2.1.1 杂波简介杂波一般认为是雷达在所处电磁环境中接收到的不感兴趣物体的散射信号。由于杂波信号强度大，同时贯穿整个雷达处理过程，对目标检测能产生较大影响，因此，在杂波背景下进行信号处理是雷达的基本任务之一。由此可见，非常有必要对雷达信号进行建模和分析。杂波的强度常常大过目标信号，同时杂波谱也几乎接近目标，故而增大了对杂波处理的难度。雷达杂波一般分为地面杂波、海面杂波、体杂波（雨、箔条等）以及鸟、昆虫等其它类型的杂波。因为术语目标指的是所需要观测的物体或情景，所以从雷达来看，与目标不同的其它东西一般都统称为杂波。比如：对探测飞机的、低重频的动目标显示雷达而言，汽车可能是杂波。2.1.2 地面杂波地面杂波，除由人造建筑物所产生的点杂波外，是一种分布散射现象。这种大量测量数据表明，在低分辨雷达大波束入射角（o 5）的情况下，瑞利分布能较好的描述海杂波幅度概率分布特性。而在高分辨力雷达小波束入射角（o 5）的情形下，选用对数正态、K 分布、韦布分布能较好描述。2.1.4 体杂波雨和箔条是两种普通的体杂波，此外雪、雹以及云和雾也都呈现杂波特性。体杂波同样是一种分布散射现象，用雷达反射特性 表示。若给定一个体积单元 V,那么该体积单元内雷达截面积为 V。通常，体杂波在空间分布是不均匀的。大雨主要集中在一些较窄单元内，每单元约几公里。小雨则往往分布比较均匀。箔条则是成小块云片状分布，或者沿着一条窄的管道分布。可以在实际空间里建立体杂波模型。由于体杂波是由大量互相独立的点所构成，所以体杂波的起伏统计特性大多为瑞利型。2.2 杂波统计模型杂波在不同分辨率、工作模式下，其幅度具有统计特性，是一个随机过程。雷达照射区域的散射源或者雷达本身的运动引起雷达回波幅度和相位的变化，从而导致 （雷达有效截面积）的随机起伏，而这种起伏特性可以用雷达接收机包络检波器后的幅度概率密度函数来描述8。2.2.1 杂波幅度统计模型人们根据杂波的一定分布规律提出了很多杂波模型，比较认可的概率密度函数分布模型有瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K 分布等8 9 10 11。2.2.1.1 瑞利(Rayleigh)分布在雷达可分辨范围内，对于低分辨力雷达（天线波束宽度大于o2 ，脉冲宽度大于 1 s）当散射体的数目很多时，根据散射体反射信号振幅和相位的随机特性，认为它们合成的回波包络振幅服从瑞利分布。若以 x表示瑞利杂波回波的包络振幅，则的概率密度函数为9：)2()exp(222xxf x= x 0式 (2-1)式中 x为杂波幅度， 为杂波标准差，相对应的概率密度函数分布曲线如图2.1 所示。波仿真的快速算法研究分布杂波用后向散射系数 来描述。 是雷达截面积的密度，单位为地面上每单位面积的雷达截面积。设地面上一个单元的面积为 ，则此单元上的雷达截面积为 。 点杂波好比点目标一样，可以用雷达截面积来描述。可以采用不同的方法来建立地面杂波的模型。根据杂波是否与场地有关。可以分为两类，对于地面雷达，我们感兴趣的是雷达在特定场地上的工作性能，此时，实际地形特征很重要。对于机载雷达，因为，该场地或许并不能代表可能遇到的平均或最坏情况，所以对雷达在某一个特定场地上的工作性能我们完全不感兴趣，我们更感兴趣的是对地面杂波的统计描述。机载雷达的性能与非均匀地面杂波特性关系密切。大多数这样的雷达，具有某类型的逻辑功能或电路，以适应从一个区域到另一区域时地面杂波强度的变化，因此，有必要在地面杂波模型中包含非均匀特性，以模拟这种适应性。点杂波可以用如下的方法模拟：将这些点按照某种模型随机地配置在地面坐标系上，可以按照确定性的、假想的方法对一种类型的地形与另一种类型的地形之间的交界处进行处理。在模拟时，地面杂波图必须转换到雷达坐标系。2.1.3 海面杂波海杂波与地面杂波相同之处在于它往往是均匀的。而且，对研究雷达性能来说，它是一种统计性的现象。除了高分辨力的系统以外，海面杂波往往是瑞利型振幅分布。其他一些对海面杂波有影响的重要因素是：海面状况(或风速)、风向、观测时间、擦地角、极化和波长。通常对于机载雷达，仍然是在实际空间来描述杂波。从实际的观点来看，高斯型频谱是一种令人满意的模型，因为大多数的数据与它相符。如果假定振幅分布是瑞利分布，则这样的一个模型有三个参数：平均雷达截面积、平均多普勒速度和谱宽。平均雷达截面积，也就是平均后向散射系数 ，是海面状态、风向、擦地角、极化和波长的函数；平均多普勒速度是风向的函数，它和风向(或波向)与视线之间夹角的余弦成比例。谱的宽度一般与海面状态成比例，还可能附带和风向、极化稍微有点关系。谱的宽度和观测时间有关，随着观测时间的增长，谱宽也有所变化，其原因是由于海面杂波并不平稳。在某一瞬间，瞬时频谱比较窄，但平均多普勒速度将随时间而起伏。在模拟海面杂波时，对这种效应也可以建立模型。在高分辨力雷达中，可以把一个个波浪结构分辨开。这样，海面杂波便呈现出尖峰状，而且在波浪后面的某个区域，擦地角很小，它便被遮蔽住了。在这种情况下，往往观察到的是对数正态型的振幅分布。对于低分辨率雷达，在雷达工作环境平稳和高仰角时，瑞利分布能够很好地与实际吻合。但在某些情况下，例如对于距离分辨率较高的雷达，其杂波幅度分布会出现比瑞利分布更长的拖尾，如果采用瑞利分布，将出现较高虚警概率，不利于目标检测。对杂波的理论研究发现，地杂波和海杂波的分布不仅与发射信号的脉宽有关，也与雷达极化方式、工作频率、天线视角以及风向、海情等诸多因素有关。所以，对于高分辨率雷达，在复杂地形和低仰角情况下，一般用对数正态分布描述地物杂波。类似的，海杂波常用韦伯分布来描述。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 500.20.40.60.811.21.4幅度(单位：v)概分布率瑞利分布杂波概率密度分布 =0.5 =1 =1.5 =2图 2.1 瑞利分布曲线2.2.1.2 对数正态分布(Lognormal)分布对于地面杂波，低入射余角、高分辨率雷达而言，对数正态分布能够较好的近似。其概率密度函数为： = 222ln(/)exp21()xxf xx 0式 (2-2)其中， 是尺度参数，表示分布的中位数； 是形状参数。表示分布的偏斜度。相应的概率密度函数分布曲线如图 2.2 所示。对数正态分布不足是在最影响虚警和灵敏度的区域里吻合程度比较差。它和瑞利分布的差别在于对数正态分布拖尾较长，即大幅度的概率要比后者大一些。10 机载雷达地、海杂波仿真的快速算法研究0 0.5 1 1.5 2 2.5 300.20.40.60.811.21.41.61.82幅度（单位：v）概分布率韦布尔杂波概率密度分布 p =0.5 p =1 p =1.5 p =2图 2.3 韦布尔分布曲线2.2.1.4 K 分布如果多个脉冲连续发射来对目标检测，则以上模型无法使用，原因是它们仅仅适合于单脉冲检测，缺乏仿真杂波的时间和空间相关性。因此，对于脉冲积累的情况，产生了 K 分布模型。对于这种模型，海杂波或者地杂波的幅度被描述成两个因子的乘积，第一部分是斑点分量，服从瑞利分布。第二部分基本幅度调整分量，服从2 分布。高分辨雷达海杂波可用 K 分布描述。其概率密度函数为：()()22()1xKxvfxVv =式 (2-4)其中， x 0, v0, 0,v是形状参数，它规定了与平均值有关的较大的矩，并通过混合模型规定了该平均值中的不均匀量。 是标量参数，仅与杂波平均值有关； ( )是 Gamma 函数； ( )vK 是修正的 v 阶贝塞尔函数。形状参数 v 的取值范围是 0 .1 v。当 v 0.1时，K 分布有较长右拖尾，可描述尖峰状杂波；而当 v 时，K 分布则近似瑞利分布。实验证明对于高分辨低擦地角的海杂波v取值在 0.1 到 3 之间。K 分布的概率密度标量参数 和形状参数 v 变化关系曲线分别如图 2.4、2.5所示。第二章 雷达杂波信号分析 110 5 10 15 20 2500.050.10.150.20.250.30.350.4包络幅度（单位：v）概密率值度K杂波概率密度分布 v =0.5 v =1 v =2 v =5a =1图 2.4 K 分布概率密度随形状参数v变化关系曲线0 5 10 15 20 25 3000.050.10.150.20.250.3包络幅度（单位：v）概密率值度K杂波概率密度分布 a =1 a =2 a =3 a =5v =1图 2.5 K 分布概率密度随标量参数 变化关系曲线12 机载雷达地、海杂波仿真的快速算法研究2.2.2 杂波功率谱模型在雷达系统的研究、设计与仿真过程中，比较常用的杂波功率谱模型有高斯型、立方型和指数型12。2.2.2.1 高斯型高斯型模型的特性和杂波性质、环境等因素有关系，大多数雷达杂波功率谱都可以用高斯谱描述。其功率谱表达式为： 220()exp()/2dfS f= S f f式 (2-5)其中0S 为一常数，df 为中心频率，表示杂波平均多普勒频移；f 为杂波功率谱的标准差，或者是杂波均方谱宽。2.2.2.2 立方型对于以前的低精度雷达的观测结果表明，杂波谱近似为高斯谱。经过对观测数据的长期研究，人们发现，现在的高精度雷达由于发射波束较窄，擦地角较低，频谱分布已不能用高斯型近似，而是近似于立方谱。其可以表示为： 301()/()dcfffSSf+ = 式 (2-6)式中，0S 依然为常数，df 为中心频率，cf 代表归一化等效频率。实际上，越来越多观测结果表明，采用立方谱更具有代表性，分母指数项式 (2-6)取的值是 3，若将指数项定义为n，取值 2 n 0是尺度参数，表示分布的中位数， p 0为形状参数，表明分布的偏斜度。若 p =2，式(2-3)成为瑞利分布，若 p =1，就是指数概率密度函数。相对应的概率密度分布曲线如图 2.3 所示。如果从信号检测的角度分析，瑞利分布代表着最简单的杂波环境，对数正态分布代表了最恶劣的杂波环境，而韦伯分布则是中间模型。因此，在大多数情况下，韦伯分布是比较合适的杂波模型。第二章 雷达杂波信号分析 132.3 机载雷达杂波频谱由于平台运动及下视，机载雷达面临比地面雷达更为复杂的杂波环境。相比较于地面雷达，机载雷达地面杂波区域面积较大，杂波强度远大于目标强度。由于雷达载机的运动导致主杂波中心频率产生多普勒频移，主、副瓣杂波的频谱同时也被展宽。而对于低速运动的目标，多普勒频率与地杂波多普勒频率接近，难以区分。这些都使得地面杂波信号对目标信号影响很大，所以正确仿真地面杂波信号对雷达回波信号仿真有重要意义。要实现杂波信号的正确仿真，根据机载雷达杂波的特点，杂波信号的分布模型是首先必须了解的。在 2.2 节中已经分析了杂波的幅度、功率谱统计模型，下面则对机载雷达的地面杂波和海杂波的频谱特性进行分析13。机载雷达下视工作时，天线波束照射区内地面散射体的回波通过天线进入接收机，即形成地杂波。由于平台的运动，机载雷达地杂波频谱产生了多普勒频移和频谱展宽。设雷达载机的飞行速度为Rv 、雷达波束宽度为A 、飞行速度方向偏离水平方向的夹角为 、速度与雷达波束中心线的夹角为 ，波束中心线与水平面的夹角(擦地角)为 ，如图 2.6 所示12。ARv图 2.6 机载雷达杂波示意图地面上某一固定点 A与机载雷达之间的相对速度正比于雷达平台运动方向上的速度Rv 与到 A 点的视线之间的夹角 的余弦。当雷达平台作水平飞行时，由于这个角度 可能在o0 （前向地平）到o180 （后向地平）之间变化，所以其相对速度是在R v与R+ v之间变化。假设雷达发射信号的波长为 。则机载连续波多普勒雷达的地面杂波频谱的频率范围是处在 2/R v与 2/R+ v之间。对于理想的固定不动的脉冲多普勒雷达而言，它的地面杂波频谱密度函数是14 机载雷达地、海杂波仿真的快速算法研究在发射信号频率上的单一谱线。对于地面雷达而言，它的地面杂波频谱仅分布在零频附近的小范围区域内。假若雷达发射信号形式为均匀的矩形射频脉冲串信号，则该矩形脉冲串信号的频谱是由它的载频cf 和边频crf + nf上的若干条离散谱线所组成，其频谱包络为 sin x /x形式，如图 2.7 所示12。xsinxcrf 2fcrf fcfcrf +fcrf +2f图 2.7 矩形脉冲串频谱图在脉冲多普勒雷达处于运动的情况下，例如具有“机载”和“下视”特点的机载脉冲多普勒雷达，当该雷达相对于地面以速度Rv 运动时，其杂波频谱就被这种相对运动速度所展宽，并且多普勒频谱的范围处在相应的雷达运动速度的多普勒频率的正边和负边。由于机载下视脉冲多普勒雷达与地面间存在着相对运动，再加上雷达天线方向图的影响，使脉冲多普勒雷达地面杂波频谱发生了显著的变化。这种显著的变化，就是地面杂波被分为主瓣杂波区、旁瓣杂波区和高度线杂波区。机载雷达发射信号的主瓣和旁瓣经反射后而相应得到主瓣杂波和旁瓣杂波，其中，主瓣杂波区在频谱上的位置是由天线主波束在空间的指向与雷达速度矢量之间的夹角 所决定的。频谱宽度由角度 和主波束的宽度A 等决定。设cf为发射机载频，mlf 为主瓣杂波的多普勒频移，则可以画出机载雷达地面杂波频谱，如图 2.8 所示12。幅度高度杂波主瓣杂波谱旁瓣杂波接收机噪声cfcmlf +f图 2.8 机载雷达回波信号谱第二章 雷达杂波信号分析 152.3.1 主瓣杂波机载下视脉冲多普勒雷达天线的主波束，在某一时刻照射地面上的某一区域时，受到主波束宽度的限制，只能照射到地面区域的一个部分，在此区域内各同心圆环带地面有不同的俯仰角。因此，相对雷达载机的运动而言，不同环带的地面具有不同的径向速度并分别产生相应的杂波，这些杂波的总和就构成了主瓣杂波，即雷达天线主瓣打地时地面的散射回波。主瓣杂波功率在杂波谱中最强，因而对雷达动目标回波的干扰也最显著。雷达天线主波束中心位置的多普勒频率为2cos /dmax Rf