双基地雷达讲解

1、双基地雷达Nicholas J.Willis目录双基地雷达11概念和定义 22历史33坐标系54距离关系74.1距离方程74.2卡西尼卵形线74.3工作区84.4距离等值线105面积关系 105.1 定位105.2覆盖范围115.3杂波单元面积126多普勒关系156.1目标多普勒156.2多普勒等值线157目标截面积167.1伪单基地的RCS区 167.2 双基地 RCS区 187.3双基地RCS的闪烁衰减区 187.4前向散射RCS区188杂波198.1 平面内”地杂波散射系数 218.2 “平面内”海杂波散射系数248.3 “平面外”散射系数259特殊技术、问题和要求 259.1脉冲追赶2

2、59.2波束同步扫描269.3副瓣杂波279.4时间同步299.5相位同步和相位稳定性29参考资料301概念和定义双基地雷达采用两个相距颇远的基地，其中一个放置发射机，另一个放置相应的接收机。其目标检测与单基地雷达类似，即发射机照射目标、接收机检测和处理目标回波。目标定位 也与单基地雷达类似，但更复杂：为求解发射机-目标-接收机三角形（双基地三角形），需要信号传播总时间、接收机的正交角测量及对发射机位置的一些估计。由于站址分开，因此可 能再加上副瓣对消，对直达路径发射信号提供足够的空间隔离度。双基地雷达常采用CW波形。当分开的发射天线和接收天线处于同一基地（如通常的CW雷达）时，由于这种雷达具

3、有单基地雷达的特征，所以不用双基地这一术语来描述这样的系统。在某些特定的场合下， 尽管雷达的收发天线放在不同的基地，但仍被认为是单基地工作模式。例如，超视距（OTH）雷达的站间距可达 100km或更大，但相对于几千公里外的目标而言12，这一距离很小，因此雷达工作仍具有单基地的特征。若系统使用两个或多个具有公共覆盖空域的接收基地，并且每个基地的目标数据在一个 中心站融合，则这种系统被称为多基地雷达。由稀疏分布阵列、随机分布阵列、畸变分布阵 列和分布阵列构成的雷达36、干涉仪雷达【7卜10、无线电摄影1112和多基地测量系统1314 有时被认为是多基地雷达的分支。它们通常是将来自每个基地的数据用相

4、参的方式进行融合 以形成大的接收孔径。多部发射机也能用于上述任何一种系统，可置于单独的基地或和接收 机放在同一个基地。雷达网中三部测距单基地雷达组网有时被称为三边测量雷达。三边测量 的概念也用在多基地雷达中，它借助到达时间差（ TDOA ）或差分多普勒技术来测量目标位 置。上述双基地雷达的定义是广义的和习惯采用的11516，但并不意味着在文献中是统一的。资料中使用的术语还有准双基地、准单基地、伪单基地、三基地、多基地、真多基地、 多双基地和组网式双基地等 17卜20。它们通常是上述广义双基地定义的特殊情况。无源接收系统或电子支援措施（ESM ）系统常使用两个或更多个接收基地，目的主要是为了检测

5、、识别和定位，诸如单基地的发射机，因而称其为发射机定位器。融合每个基地的 测量角度（如三角形测量），测量多基地之间的 TDOA和/或差分多普勒可定位目标。这些系 统的设计目的不是为了探测和处理发射机照射到目标的回波，但是它们能够按双基地和多基 地雷达方式工作，识别和定位合适的发射机，以确定雷达的工作模式。总之，虽然这些系统 的许多要求和特征都与多基地雷达相同，但它们不属于雷达范畴，所以不在这里讨论。2历史美国、英国、法国、前苏联、德国和日本的早期试验雷达都采用双基地体制，发射机和 接收机的放置间距与目标距离相当2126。这些雷达采用连续波发射机，检测发射机直达信号和动目标散射的多普勒频移信号间

6、的拍频。这种效应被称为连续波干涉。几何关系与前向散射（或接近前向散射）结构类似，目标位于连接接收机和发射机的基线附近。早期双基地 雷达的许多技术都源于当时的通信技术：分置的基地，连续波发射，2580MHz频率范围刃。此外，这些双基地雷达组成了当时典型的地面防空体系，用于探测20世纪30年代出现的主要威胁一一飞机，但当时的技术未能很好地解决目标位置信息的提取问题。美国早期的许多双基地雷达实验都是由美国海军研究实验室（NRL ）进行的。1922年，NRL的研究者用60MHz的连续波干涉雷达探测到木船，但进一步的研究建议被取消。1930年，一架地面飞机偶然探测到飞经其 33MHz测向波束的飞机，又重

7、新激起研究热潮。1932年，连续波干涉装置探测到距发射机 80km的飞机。1934年，这项工作获专利，将其授予Taylor、 You ng 和 Hyla nd21。前苏联的实验型双基地连续波雷达演化为实用的系统RUS 124。1941年德国入侵时，前苏联共生产了45部RUS 1，部署在远东和高加索地区。随后这些雷达被RUS 2和RUS 2C代替，这两种雷达都是脉冲雷达。RUS 2使用两辆卡车，一辆用于发射机，一辆用于接收机。为实现收发隔离，两车相距约300m。尽管RUS 2采用两个基地，但二者的间距不符合双基地配置的定义。法国早在二战前就在两个防御系统中建造了双基地连续波雷 达，可粗略估计目标

8、的航向和速度24。日本从1941年起部署了约100部双基地连续波雷达防御网，称为 A型26，并一直使用 到二战末。A型的工作频率为4080MHz，发射功率为3400W。有一个系统位于台湾和上 海之间，对飞机的最大作用距离达到 800km，但不能定位沿着前向散射基线的目标。二战期间，德国研制出了这类防御系统的变异配置17，所建造的双基地接收机称为KleinHeidelberg ,利用英国的本土链雷达作为发射机。当盟军轰炸机飞越英吉利海峡进攻时，接收机发出警报，而地面雷达不会受到威胁。这种双基地雷达是第一个采用非合作式发射机的实 用系统。本土链雷达自身也采用分开的发射和接收基地，但是与目标距离相比

9、，基地间距很小。 不过，遇到电子干扰（ECM ）或发射机故障时，接收基地以标准退化模式使接收机和邻近的 发射机一起工作，因此是一种双基地雷达28。1936年，NRL发明了收发开关，实现了收发共用一部天线。这种只有一个基地的体制 就是人们熟悉的单基地雷达。它极大地扩大了雷达的用途，特别是适用于飞机、舰船和地面 机动部队，结果使双基地雷达研究处于停滞阶段。20世纪50年代初，探测飞机的要求又重新激起人们对双基地雷达的兴趣29叫31。美国的AN/FPS 23雷达是北极远程早期预警（DEW ）线防空系统的补盲雷达，始建于 50年代 中期，但不久就被拆除24了。加拿大的 McGill防空系统也采用了双基

10、地体制 2932。美国的 Plato和Ordir弹道导弹探测系统是第一批多基地雷达。它们对每个接收站的距离和多普勒信息进行融合，从而估计目标的位置，但这两个系统没有部署2432Azuza、Udop和Mistram干涉仪雷达是多基地雷达的一种变形，安装在美国东部试验靶 场，用于目标弹道的精确测量。该系统由一部连续波发射机、多部站址被精确标定及分置式 的接收机和目标上的合作式信标应答器构成910。卫星防御干涉仪雷达（SPASUR）采用一部连续波发射机和多部接收机，并且其性能足以探测卫星外壳的回波8。在此期间，主要的进展是半主动制导导弹寻的系统。该系统将体积大、笨重而又昂贵的 发射机从消耗性的小导弹

11、移置到发射平台上（见第19 章）。很明显，这种寻的系统是一种双基地雷达体制，但导弹工程师用一些不同的词汇来描述他们的技术和工作。例如，半主动对 应于双基地、照射器对应于发射机、尾部基准信号对应于直达信号等，并且导弹界和雷达界 继续沿用各自的术语。在20世纪50年代和60年代初，人们编写了双基地雷达系统理论15，提出了双基地 RCS理论3340，并且进行了双基地目标截面积和杂波的测量4243。双基地雷达的名称是由K.M.Siegel 和 R.E.Machol 于 1952 年提出的34。雷达抗后向有源干扰和抗反辐射导弹（ ARM ）的需求，使双基地雷达在20世纪70年代和80年代重新得到重视。通

12、过选择收发设备的位置可降低后向干扰，如将接收站置于干扰机的主波束外而让干扰机指向发射站。若将发射机从战场前方转移到后方，则发射机就不易受 到攻击，反辐射导弹的打击效能也就降低了。几个防空外场试验方案发现了双基地雷达的这 些功能和它所固有的问题，如时间同步、威力覆盖和杂波抑制等184450。与此同时，人们也确定了双基地雷达的一些其他概念并进行了试验，如机载发射机和接 收机的“杂波调谐”5153。“杂波调谐”可使接收机得到高分辨力合成孔径的雷达图像，并且图像可由速度矢量直接产生。这一点是单基地合成孔径雷达无法实现的。若“杂波调谐” 和“隐蔽”相结合，则可保护发射机，同时接收机平台可在没有雷达发射的

13、状态下飞向目标。与机载雷达分开的小型搭乘双基地接收机的概念也被发展并成功地进行了试验54。该接收机可给独立的近距离防空体系发出警告，从而改善防空体系的生存能力和探测性能。这种 “搭乘”概念还可扩展到其他发射机，如商用电视台可以作为双基地的发射机，但探测飞机 的初步尝试只取得了有限的成绩55。已对发射机是天基并且接收机是天基的、机载的或地基的双基地雷达进行了研究35659有限的外场测试是利用通信卫星作为发射机，以地基接收机检测飞机58。这是因为卫星的有效辐射功率有限，而发射机到目标的距离非常大。如果不使用巨大的接收孔径，则系统的探 测距离将很小（小于 4km ）。为保护停在地面的军用飞机免受入侵

14、者的袭击，人们研制出一种脉冲多普勒双基地雷 达60。该雷达采用近前向散射工作方式，在飞机四周放置5个便携式小型收发单元（典型间距为65m），每个发射机为相邻的接收机服务。在实地测试时，雷达可探测到运动目标，包 括高速车辆和移动速度为2cm/s的入侵者。美国于1980年在Kwajale in国家导弹靶场安装了多基地测量系统（MMS），用于跟踪弹道导弹外壳的雷达回波14。该系统采用目标分辨和鉴别（TRADEX）L波段单基地雷达和“牵牛星”（ALTAIR ）超高频单基地雷达照射目标，并用两个距雷达约40km的无人值守站接收双基地回波，然后在一个中心站相关融合。该系统可测量三维坐标和速度，在导弹再入期

15、间 的精度分别优于4m和0.1m/s13。人们还研究了其他一些多基地雷达概念，如采用多部发射机和接收机的多普勒搜索系统（DAS）61和其接收基地的间距可大、可小5的分布式阵列雷达（DAR ）。多普勒搜索系统对各站的数据进行非相参处理，分布式阵列雷达为相参处理。人们不仅分析和提出了双基地雷达，而且还将之推广到其他非军事应用领域。例如，工 业机器人使用的近距离（天线近场）高分辨力成像62;采用基带双基地雷达的机场地面车辆与飞机的防撞告警和躲避系统阴；采用星基发射机和地基接收机6467或采用星基（行星）发射机和星基（卫星）接收机68的行星表面和环境测量系统；地下横向分层的地质探测采用的地面发射机和接

16、收机（工作频率一般为1001000MHz ） 69;海洋、海浪谱测量（浪宽、频率及流向）使用的Loran A系统70;对流层、电离层和高海拔晴空大气层的探测和深度测量使用的陆基雷达167172。3坐标系本章采用的坐标系是以正北为基准方向的两维坐标系73。在如图25.1所示的xy平面上给出了双基地雷达的坐标系和参数的定义。该平面有时也称为双基地平面74。双基地三角形处在双基地平面内。发射机和接收机间的距离L称为基线距离或简称基线。才和*分别是发射机和接收机的视角，它们也被称做到达角（AOA ）或视线角（LOS ）。双基地角0二日丁 -Or,也称交角或散射角。用来计算与目标相关的参数及用才或比来计

17、算与发射机或接收机相关的参数是很方便的。某些应用采用的三维双基地坐标系可参阅其他资料1646487576。图25.1两维的双基地雷达正北坐标系73若以发射基地和接收基地为焦点做椭圆，那么椭圆在目标处的切线和双基地角的平分线 垂直，这是一个很有用的关系。该椭圆就是距离等值线。在双基地“足迹”内，即在发射波L=0或Rt=Rr和上0，则束和接收波束的交叠区内，该切线是距离等值线的一个好的近似。 单基地雷达和双基地雷达可以从几何关系上加以区分。若设定 可等效为单基地雷达。4距离关系4.1距离方程双基地雷达距离方程的推导和单基地雷达距离方程的推导完全类似。双基地雷达的最大作用距离为13515佝7778(

18、RTRR)max =(GtG务訐丁乍；_)1/2( 25.1)(4 二)KTsBn(S/N)minLQR式中，Rt为发射机至目标的距离；Rr为接收机至目标的距离；Pt为发射功率；Gt为发射天线功率增益；Gr为接收天线功率增益；，为波长；二b为双基地雷达目标截面积；Ft为发射机至目标路径的方向图传播因子；Fr为目标至接收机路径的方向图传播因子；K为玻耳兹曼常数；Ts为接收系统噪声温度；Bn为接收机检波前的滤波器噪声带宽；(S/N)min为检波所需的信噪功率比；Lt为不含在其他参数在内的发射系统损耗(1)； Lr为不含在其他参数在内的接收系统损耗( 1 )。若Gm =忑、LtLr =Lm和rTrR

19、 =RM，则式(25.1)对应于单基地雷达距离方程。在第2章中给出的其他在特定场合下运用的最大作用距离方程也适用于双基地雷达。本章采用式(25.1)是因为它更清晰地阐明了信噪比等值曲线(卡西尼卵形线)的通用性和其他一些几何关系。式(25.1)的右边就是双基地最大作用距离常数.o4.2卡西尼卵形线取(RTRR)max = ,式(25.1)就是最大距离卡西尼卵形线。 只需简单地去掉(RtRr)和(SN) 的下标max和min ,就可估算在任意 Rt和Rr距离上的信噪功率比。 由式(25.1)得到的(SN) 为：2 2S/N =k/Rr Rr(25.2)式中，S/N为距离RRr处的信噪功率比，且有k

20、/SGRBF治(25.3)(4 二)3KTsBnLT Lr式中，k为双基地雷达常数。k和的关系是k = 2 (S/N)min(25.4)式(25.2)表示一种卡西尼卵形线。若将Rt和Rr转化为极坐标(,日)，则卡西尼卵形线就可画在双基地平面上，如图25.1所示。rTrR =(r2 +L2/4)2 r2L2cos2 日(25.5)式中，L为基线长。当k=30L4时，任意k值的卡西尼卵形线如图25.2所示。图25.2中的卵形线是任意双基地平面上的信噪比等值线。这些曲线假定发射机-目标路径和接收机-目标路径存在合适的视线，以及；帀、Ft和Fr不随r和变化。虽然事实上并非如此，但这种简化假设对于理解双

21、基地的基本关系和限制是很有用的。随着SN或L的增大，卵形线逐渐收缩，最终断裂为围绕发射站和接收站的两个部分。卵形线断裂在基线上的点称,当 L=0， RtRr=2 时，即为为尖点。信噪比等于尖点信噪比的卵形线称为双纽线（两部分） 单基地情况，卵形线变成圆。图25.2信噪比等值线或卡西尼卵形线（基线 =L, k=30L4）4.3工作区卡西尼卵形线族确定了双基地雷达的3个不同工作区，即以接收机为中心的区域、以发射机为中心的区域及以发射机和接收机为中心的区域（简称共基地区）。选择这些工作区域的准则是双基地雷达常数式（25.3）中的许多项都是由发射机控制的，因此用控制k值来定义三种发射机配置是很便利的，

22、即专用的、合作的和非合作的发射机配置。专用发 射机是指发射机的设计和操作均从属于双基地雷达系统。合作式发射机是指为其他功能服 务而设计的，但又可适当地支持双基地工作并受其控制。非合作式发射机尽管适宜双基地 工作，但不受控。有时称双基地接收机是“搭乘”合作式或非合作式发射机，被搭乘的通 常是单基地雷达。表25.1以工作区和发射机的配置分类综述了双基地雷达的一些用途。“以发射机为中心的区域”一行省略的两项是雷达工作的限制，即专用或合作式发射机以单基地方式工作 比远处双基地接收机更容易收集近距离目标数据。“共基地区” 一行省略的两项是技术的限制，即为了产生足够大的双基地雷达常数，发射机的设计和工作必

23、须对双基地工作最优化， 因此，专用式发射机常常只能用于共基地区。例外情况是利用高频地波传播和偶发大气波 导。表25.1 双基地雷达的应用双基地雷达工作区距离关系发射机配置专用合作式非合作式以接收机为中心的区域RT Rk小1 .空对地袭击（静默渗透）；2 .半主动寻的导弹（发射后锁定）。1 .近程防空；2 .地面监视；3 .无源位置识别。1.无源位置识；以发射机为中心的区域RT Rr k小2. 智能数据采集；3. 导弹发射告警。续表双基地雷达工作区距离关系发射机配置专用合作式非合作式共基地区Rt Rrk较大1.中程防空；2 .卫星跟踪；3 .距离测量；4 .半主动寻的导弹(发射前锁定)；5 .入

24、侵检测。4.4距离等值线双基地雷达测量的发射机-目标-接收机距离是 Rt与Rr之和。这个和将目标定位在一个 焦点为发射站和接收站的椭球面上。双基地平面与该椭球面相交构成等距离和椭圆，或者距 离等值线。由于距离等值线(等距离和)和卡西尼卵形线(等 S/N)不共线，所以距离等值线上的 每个目标位置的信噪比是变化的。在一个双基地距离单元处理目标回波时，这个变化很重要。双基地距离单元由间距 Rb - C /2cos( 2)的两条距离等值线决定。其中，.为压缩后的脉冲4k(1 cos : )2(Rt Rr)2 -L22一:确定目标在距离等值线上的位置。(25.6)宽度。距离等值线上的SN,即(S/N)i

25、为(S/N)i =式中，分母确定距离等值线，而双基地角距离等值线上的最大双基地角max =2sinL/(Rr Rr)。式中，L/(RtRr)为距离等值线的离心率。所有距离等值线上的最小双基地角-：min均为零。例如，当 L/(Rt + Rr) =0.95时，max=143.6 , (S/N)i 在-max 时的值比在：min 时低 20dB。5面积关系5.1定位双基地雷达通常需要测量目标相对于接收基地的位置(GR,Rr)。接收机视角0r可以被直接测量，也可由目标方位角和仰角直接转化。波束分裂技术可用来提高测量精度 115161846叫487379叫83。25.1(25.7)L。距离和接收机到目

26、标的距离Rr不能直接测量，但可通过求解双基地三角形来获得(如图所示)。椭圆坐标系中的典型解为R _(Rt Rr)2 -L2R 一2侶 Rr LsinR)通过专用式发射机提供的坐标或由发射定位系统测量出的坐标可计算出基线长(Rt+Rr)有两种估算方法。直接法是由接收机测量接收到发射脉冲和目标回波的时间间隔 Trt后，再由Rt+Rr=c Trt +L来计算距离和。这种方法可用于任意发射机配置，只要发射机和接收机之间有合适的视线。间接法在接收机和（专用）发射机间安装稳定的同步时钟。接收机测量发射脉冲与接收到回波的时间间隔.-：Ttt，再用公式RT+RR=c.：Ttt来计算距离和。如果收发的时间同步不

27、是由直接路径来实现的，则间接法对视线就没有要求。当在特殊情况下双基地雷达采用直接法计算距离和时，且有L c ：Trt时，式（25.7）可近似地被写为(25.8)C =T rt1 sin *这种近似不需要估算 L,当0 tr4.6c ：Trt时，式（25.8）的误差小于10%。其他目标定位方法也是可行的18。发射波束指向角T可用来代换R。由于牺牲了波束分 裂，因此除非发射机也是一部跟踪目标的单基地雷达，否则目标定位精度将降低。也可采用 双曲线测量系统，它用接收机测量两个分立发射机的传播时间差。目标位置的轨迹是一双曲 线，与接收机到达角（AOA ）的交点可确定目标的位置。使用第3个发射机可对目标提

28、供完整的双曲线的定位。而角度 -角度定位技术可使用 才、朮和L的估值。其中，才常由扮演合 作式双基发射机的单基地雷达提供。对于椭圆定位系统，如果忽略信噪比的变化，则目标定位误差通常随其临近基线而增大。 误差主要来源于式（25.7）的固有几何关系。当直接采用距离和估计方法时，还会产生其他 误差，包括直接路径信号干扰（类似日月蚀）、脉冲不稳定度和多径效应。当发射机采用脉冲压缩技术时，日月蚀问题是来自距离副瓣的干扰。如果采用线性调频脉冲压缩技术，则采用 汉明或余弦平方时域加权和采用同类型的频域加权相比，接收机的近距离副瓣抑制约能改善 5dB 四。在双曲线定位系统中，目标定位误差随目标接近两发射的机连

29、线而下降。在角度-角度定位系统中，当目标位于基线的垂直平分线上且1 = 45时，误差最小。在其他位置上，误差则相应增大18。当测量数据（或冗余数据）持续提供给双基地或多基地雷达时，可以用卡尔曼 滤波器或其他类型的滤波器来估计目标的状态8081。5.2覆盖范围和单基地雷达类似，双基地雷达的覆盖范围也是由灵敏度和电磁波传播情况决定的。双 基地雷达的灵敏度由（S/N）min等值曲线和卡西尼卵形线确定。双基地雷达传播要求目标和两个 基地间有适当的路径，而且必须包括多径效应、绕射、折射、遮蔽、吸收及几何关系。前5个方面的影响通常包含在式（25.1）的方向图传播因子和损耗因子中，几何关系另外讨论。如果目标

30、、发射机和接收机高度给定，则目标必须同时处在发射基地和接收基地的视线 内。对于平坦地面而言，这些视线要求可以由以各基地为圆心的覆盖范围圆来确定。落在两 圆的公共区内的目标满足上述要求，如图25.3所示。但对于4/3的地面模型而言，这些覆盖范围圆的半径（以 km计）近似为16rR =130（ .,ht ； hR）（25.9）和rT =130（, ht ： hT）（25.10）式中，ht为目标高度，km ; hR为接收天线高度，km ; h为发射天线高度，km ;若接收机通过直接链路建立同步关系，那么发射机和接收机间也必须有适当的视线。在这种情况下，ht = 0, rR+rT L。式中，L为基线长

31、，因此有L L时，这样近似是可以的。当1 = 90时，单元面积等于最小值。图25.4杂波单元面积的几何图5.3.2受距离限制的杂波单元面积在所有被关心的几何关系中，人们已经估算了小擦地角的受距离限制的杂波单元面积（Ac）严。在小擦地角和大距离和（Rt+Rr L）时，（Ac） r的两维近似如图25.4所示的双线阴 影区，面积为(Ac)rc .Rr Jr2cos2C /2)(25.16)式中，为压缩后的雷达脉冲宽度，并假定双基地“足迹”区内的距离等值线是直线。在此例 中，发射波束截距 Rl才大于接收机波束截距 Rr，因此杂波单元就由接收波束和距离单元的相交部分决定。若几何关系给定，总有一个波束能确

32、定杂波单元的面积，并且在二者的 任一情况下，单元面积均随的增大而增大。小距离和时，小值的单元形状呈梯形或三角形, 而大值的单元形状则呈菱形或六边形 87。人们已经推导出受单个波束和距离单元决定的杂波单元面积（Ac）r的两维的严格表达式88式（25.16）给出的结果在一：90和卞-80时， 误差则明显增加。5.3.3受多普勒限制的杂波单元面积（Ac） d可用数值积分技术来确当受距离分辨单元限制时，受多普勒限制的杂波单元面积定5189。由于多普勒单元的大小和相对于基线的方向随发射机速度矢量、接收机速度矢量及视角的变化而变化，因此不能导出（Ac）d的简易代数表达式。当发射机速度矢量和接收机速度矢量相

33、等，并且在大双基地角的特殊情况下，距离和等值线与多普勒等值线基本上是平行的，即产生非常大的杂波单元面积59。6多普勒关系当目标、发射机和接收机均在运动时，可用如图25.5所示定义双基地多普勒的几何位置 关系和运动关系。目标速度矢量的大小为 V，相对于双基地角平分线的视角为-o发射机和接收机速度矢量的大小分别为VT和Vr,以正北坐标系(如图 25.1所示)为参考的视角分别为JT 和- Ro图25.5双基地多普勒的几何图6.1目标多普勒当发射机和接收机静止(Vt=Vr=0 )时，目标在接收基地的双基地多普勒频移fB为：fB =(2V/?Jcos6cos(P/2)(25.17)当=0时，式(25.1

34、7)变成单基地多普勒频移。是速度矢量和雷达-目标视线的夹角，并且视线和双基地角平分线共线。当一：=180时，即前向散射情况，对任意的:fB = 0。式(25.17)表明：(1) 对于给定的双基地目标多普勒频移永远不会大于双基地角平分线上的单基地雷 达所检测到的目标多普勒频移；(2) 对所有的：当-90 、：90时，双基地多普勒频移为正；在此界定下，以双基地角 平分线为参考的趋近目标将产生一个正的或上升的多普勒频移；(3) 对所有的当目标速度矢量垂直于双基地角平分线(=_90 )时，双基地目标多 普勒频移为0，该矢量与通过目标位置(目标零多普勒频移曲线)的距离和画出的椭圆相切；(4) 对所有的1

35、 ( Y180 ),当目标速度矢量和双基地角平分线共线时，双基地多普勒频 移的绝对值最大；该矢量也和通过目标位置画出的正交双曲线相切；该双曲线是目标的最大 多普勒频移曲线。6.2多普勒等值线当目标不动、发射机和接收机在运动时(如机载)，接收站的双基地多普勒频移fTR为f TR =2丁 / 丸)C O T T ) * Vr / 九)C O R 日R )( 25.18 )式中各项的定义同如图25.5所示。地球表面上具有恒定多普勒频移的点的轨迹称为多普勒等值线。对于单基地雷达和平坦 地面而言，三维多普勒等值线是圆锥面，两维的是以雷达为原点的射线。双基地多普勒等值 线却是扭曲的，这与几何位置关系和相对

36、运动有关。对于平坦地面和两维的情况，令式（25.18）中的fTR为常数，然后求解洙（或相应的缶），即可以解析地推导出这些曲线。图25.6是两维双基地平面上的双基地多普勒等值线。图中，取发射机和接收机的高度为零或接近于零，且假设90Vt =Vr =250m/s I t =0R =45 - 0.03m则双基地平面上栅格的大小是任意的，即多普勒等值线不随标尺的改变而改变。在如图25.6所示中的左、右两边的多普勒等值线接近于射线，对应于伪单基地工作点。图25.6平坦地面两维双基地的多普勒等值线907目标截面积与单基地雷达截面积（RCSKm 一样，目标的双基地雷达截面积（RCS）6是目标在接收机方向上所

37、散射能量的度量。由于二B是视线角和双基地角的函数，所以双基地截面积比单基地截面积要复杂得多11633卜4191卜102104105。引起关注的双基地RCS区域有3个，即伪单基地区、双基地区和前向散射区（有时也称为近前向散射区99）。每个区域由双基地角界定，其范围主要由目标的物理特性决定。7.1伪单基地的RCS区Crispin和Siegal单-双基地等效定理可用于伪单基地区36。对于非常短的波长，充分光滑的理想导体目标的双基地RCS等于在双基地角平分线上测得的单基地RCS。典型的充分光滑目标包括球体、 椭圆柱、圆锥和卵形体。图25.7示出了两个理想导电球体的双基地RCS理论值与双基地角的函数关系

38、 19295。对于较大的球体（接近于光学区），伪单基地区可延伸到双基地角一：、100，误差仅为 3dB。甚至对于较小的球体（在谐振区内），伪单基地区也延伸到双基地角1 ：40 。当球体半径a = 0.42,时38,测量值和如图25.7所示的理论值之差不 超过3dB。图25.7两个理想导电球体的双基地 RCS理论值 其中，严球半径;，波长El92%95。对于结构比较复杂的目标，伪单基地区的范围大大缩小。Kell41提出的变异等效定理适用于这种情况。小双基地角（典型值小于 5 ）时，复杂目标的双基地 RCS等于频率降低为 原来的cos （ 丁2）倍时双基地角平分线上测得的单基地 RCS。Kell的

39、复杂目标定义为具有多种离散散射中心的集合体，包括简单散射中心（如平板）、反射型散射中心（如角反射器）和斜反射中心（如夹角不等于90的角反射器及爬行波的驻相区域）。当波长和目标尺寸相比较小时，这些复杂的目标模型适用于许多飞机、舰船、地面车辆和某些导弹。目标可由导电材料和绝缘材料构成。在0 15时，来自离散散射中心辐射特性的变化很可能超过cos （ ：/2）频率的降低效应41。因此，cos （ 72）项常被忽略不计。若目标散射介质可逆，则在发射机和接收机的位置互换时，两种形式的等效定理均成立。除旋磁介质，如铁氧体材料和电离层外，大多数介质都是可逆的103。无论何时，等效定理总是成立的，当采用单基地

40、RCS数据作为目标视角的函数绘图时，Kell41提出的一种简单方法可用于从单基地RCS数据推导出双基地 RCS数据：沿目标视角轴线平移所需的双基地角的一半时，就可得出相同极化的双基地 RCS数据。若同时能得到用频率函数表示的单基地 RCS数据，则可用fsecC/2）的单基地曲线来估算 f点的双基地RCS， f是双基地频率。如前所述，这一校正通常较小。7.2双基地RCS区用等效定理预测双基地 RCS失效时，双基地角标志着双基地第二区的开始。在双基地区，双基地RCS和单基地RCS出现差异。对于复杂目标及与双基地角平分线相对固定视线上的 目标来说，Kell41指出了这种差异的 3个来源，即：（1）各

41、离散散射中心相对相位的变化；（2）各离散散射中心辐射强度的变化；（3）各散射中心存在情况的变化，即出现新的中心或原来的中心消失。第1个来源与单基地 RCS随目标视线角变化而起伏相似，但目前是由双基地角的变化引起的104。第2个来源发生在离散散射中心的再辐射，即返回散射，能量回射向着发射机但接收机处于回射波束宽度的边缘或外侧，因此接收到的能量减少。第3个来源的典型情况是由遮蔽引起的，如飞机机身的某一部分阻挡了某一条双基地路径，即阻挡了发射机或接收机到 散射中心的视线。一般说来，这些差异可导致复杂目标的双基地RCS比单基地RCS小。例外情况为：（1）在某些目标视角上产生较小的单基地RCS，而在特定

42、的双基地角上产生大的双基地RCS；（2）在某个视线角范围内目标被设计成具有小的单基地RCS；（ 3）有时单基地雷达被遮蔽，在双基地几何配置中却不被屏蔽92。在发射机和接收机都为近擦地入射角时，Ewell和Zehner97测量了沿海货船在 X波段下的单基地和双基地 RCS。按双基地与单基地RCS之比（Cbcm ）绘制测得的数据，结果和Kell模型吻合，27个点中的24个点表明双基地 RCS比单基地RCS小。从大约1 = 5起，双 基地RCS趋于下降，到：:50时，CbCm : - 15dB。在5 :30区内的大多数数据点有 -12dB- 2dB。7.3双基地RCS的闪烁衰减区双基地区还有第二种效

43、应，即当双基地RCS由于大的散射中心丢失或衰减而减小时，如因为遮蔽，目标的闪烁通常也会减小。目标闪烁是目标回波的视在相位中心的角位移，是由 雷达分辨单元内两个或多个主要散射点之间的相位干涉引起的。当目标视线角发生变化时， 视在相位中心会发生偏移，并且偏离值常常超出目标的实际尺寸。这些偏移会使角度跟踪或 测量系统误差显著增加。当主要散射中心在双基地区内的回波减小时，闪烁源和闪烁偏离值 也减小了。对战术飞机的有限测量结果表明，30的双基地角的闪烁偏离峰值可衰减1/2或更大，而且大部分偏离量都在目标的实际尺寸以内网。7.4前向散射RCS区双基地角接近180的区域是第3个双基地RCS区，即前向散射区。

44、当=180时，Siegel33 根据物理光学原理指出，对于轮廓面积（投影面积）为 A的目标，当波长，小于目标尺寸时， 前向散射RCS :：f=4-A2/2。目标可以是平滑结构， 也可以是复杂结构，而且根据巴比涅原理， 目标还可以是全吸收结构3791。当1，半径为a的球体在二-卜沁a处的压缩量为 3dB15。尽管如图25.7不满足a/ 1准则，但a = 3.2，的曲线仍显示以下现象，即十在 174 时减小3dB - =180，牛的值与4二A2/.2的差不超过1dB。如图25.7所表明：直至I-130，压缩量仍近似为Jo（x）/x。其中，Jo为零阶贝塞尔函数。长度为 D的线性孔径，如果视线角垂直

45、于发射机视线，那么在（二-J= J2D时将压缩3dB，这里D/ 1。在前向散射象限内（90 ）, 前向散射RCS继续压缩，其副瓣近似为 sin x/ x105。对其他视线角和具有复杂轮廓孔径的目 标而言，要计算它们的前向散射RCS的压缩量通常要用计算机仿真。人们已经仿真和测量了许多较复杂形状物体的前向散射RCS,既有反射型物体又有吸收型物体3437389298100102 o Paddison等人100公布了铝质正圆柱体在35GHz时的前向散射 RCS的测量值和计算机的仿真值，其最大双基地角达175.4。其中，计算采用矩量法106,测量由Delco完成98。在波长小于目标尺寸时，计算值和测量值

46、能较好地吻合。Cha等人在目标尺寸大于几个波长时，运用物理绕射理论，在其他情况则用矩量法，其吻合程度与Delco的相当102 o图25.8示出了 35GHz时，在3种固定的发射机-目标几何配置的情况下对16X 1.85cm2有992个侧面的圆柱体的计算结果100o 3种配置：（a） 一端朝着发射机；（b） 45视线角；（c） 一侧朝着发射机。第 3种配置显示，矩形孔径的典型散射副瓣近似按sinx/x压缩，直至110。其3个双基地RCS区是十分清楚的，即1 ：20时为伪单基地区，20 1 140时为前向散射区。另外的两种配置给出了相似的但更宽的前向散射波瓣， 这正是所预期的，因为轮廓面积小，所以

47、投影孔径小。45视线配置受到关注，这是因为双基地区的RCS在大多数情况下的双基地角都比单基地的RCS大。一：=90时的大尖峰是双基地镜面的反射瓣，类似于一侧配置的单基地镜面反射瓣。尽管如图25.8所示中显示出了双基地RCS明显依赖于视线角和双基地角，但是它也对那些使用过于简化的双基地RCS模型进行计算的尝试提出警告，尤其是在双基地区。8杂波和单基地杂波的RCS 一样，双基地杂波的RCS%是杂波单元的面积 Ac在接收机方向上散射能量的度量，即被定义为=；bAc其中，匚b0是散射系数或是被照面上单位面积的杂波截面积。第25.5节已经给出了受波束和受距离限制的杂波单元面积。本节将讨论6的测量值和估算

48、值。它们随地表组成、频率和几何位置的变化而变化。和单基地情况相反，已发 表的双基地0的测量数据很少4243107115 可提供的关于陆地和海杂波在微波频率的数据库包括6种测量方案，见表 25.2。表25.2中测量角的定义如图25.9所示，它是一个以杂波为中心的坐标系，与其他方案相类似。由于陆地和海洋是可逆介质，因此在随后的数据中，哉和夬是可互换的103。Domville 109和Nathanson116分析了 Pidgeon 的数据。Vander Schurr 和 Tomlinson117分析了 Larson 和 Cost 的 数据。（町一端朝着发射机（b）4宁现线用图25.8 16cmX 1

49、.85cm导电圆柱体的35GHz双基地RCS计算值与双基地角的关系 HH极化表25.2双基地散射系数；卫的测量方案摘要参考资料（日期）组织作者表面成分频率极化测量角（）ee$42 (1965)俄亥俄州立大学（天Cost,光滑沙地，5305300145,0线实验室）Peake沃土，大豆地，10 70590180粗糙沙地，收割后的大 豆地，草地570590018043 (1966)约翰霍普金斯大学Pidgeon海表面（海况1,2,3级）C波段VV,VH0.2 31090180107 (1967)（应用物理实验室）海表面（蒲福5级风）X波段HH181245180108 (1967)GEC （电子）公

50、司Domville乡村，城区，海表面X波段VV,HH6906-180*180,165英国(风速 20kn),109 (1968)海表面（风速20kn）.X波段VV,HH0-90*0-180*180,165110 (1969)半沙地X波段VV,HH0?180,165111 ( 1977)密歇根州立大学Larson,有水泥滑行道的草地1.3GHzHH,HV10,405,10,200180112 (1978)(ERIM )Heimiller杂草和灌木丛9.4GHz10,15,205,10,200105113 (1982)乔治亚技术学院Ewell海表面（浪高9.38GHzVV,HH0090160114 (1984)(EES)Zehner0.9m,1.21.8m)115 (1989)密歇根州立大学（电Ulaby 等直观平滑的沙地35GHzVV,HH,24240170机工