【正文】 來(lái)，這是機(jī)理模型分析的基本點(diǎn)。這些因素增大了機(jī)載雷達(dá)雜波處理的難度。我國(guó)的此項(xiàng)研究可以說(shuō)始于八十年代初，從 1981 年開始，建立了小型“ X 波段地物散射系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)”，一些高校和研究部門也做了一些有關(guān)的研究工作。隨著研究的深入，一種半實(shí)驗(yàn)化模型 K 分布被提出，并逐漸成熟起來(lái)。從二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，人們一直致力于雷達(dá)統(tǒng)計(jì)模型的研究。我們通常根據(jù)不同的情況，結(jié)合雷達(dá)截面積及其起伏特性，對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行建模仿真。 雜波仿真技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀 雜波研究與模擬經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前仍是十分活躍的話題。只有弄清楚地面 /海面雜波的特性，才能夠正確地確定機(jī)載雷達(dá)方案，選擇主要的技術(shù)參數(shù)。 雜波特性研究室一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性的研究工作。 ground clutter。 本文從機(jī)載下視雷達(dá)地雜波散射機(jī)理出發(fā)，結(jié)合機(jī)載下視雷達(dá)雜波的特殊性，首先概括了機(jī)載雷達(dá)常用的雜波信號(hào)的特性即空間相關(guān)性和時(shí)間相干性，討論了幾種常用的相關(guān)雜波的模擬方法，做出了有效地模擬結(jié)果，并在 Matlab 平臺(tái)上仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果與理論分析正好吻合，提高了雜波模擬的逼真度。此外，飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雜波背景的特性會(huì)隨時(shí)間變化。 機(jī)載雷達(dá)的地雜波仿真實(shí)現(xiàn)及抑制 技術(shù) 摘 要 機(jī)載雷達(dá)由于架設(shè)在運(yùn)動(dòng)的高空平臺(tái)上，具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，可以執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察、預(yù)警等任務(wù)。因此，有效地抑制這種時(shí)間非平穩(wěn)和空間非平均的雜波干擾時(shí)雷達(dá)系統(tǒng)有效完成地面目標(biāo)和低空飛行目標(biāo)檢測(cè)必須解決的首要 問(wèn)題。 并 對(duì)機(jī)載雷達(dá)波抑制技術(shù)進(jìn)行研究，分析總結(jié)了地物雜波頻譜的組成特性，系統(tǒng)的闡述了機(jī)載雷達(dá)雜 波 抑制 的基本理論及其發(fā)展動(dòng)態(tài)。 clutter suppression。它不僅是雷達(dá)，特別是機(jī)載雷達(dá)的需要，也是微波遙感等新興技術(shù)發(fā)展的需要。例如： ，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的雜波計(jì)算，才能得到比較準(zhǔn)確的雜波強(qiáng)度和頻譜數(shù)據(jù)，從而在這個(gè)基礎(chǔ)上確定雷達(dá)的技術(shù)方案，對(duì)信號(hào)質(zhì)量、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍、天線副瓣電平等指標(biāo)提出要求。雜波的數(shù)字模擬對(duì)于測(cè)試?yán)走_(dá)性能以及雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析以及調(diào)試具有非常重要的意義。 真實(shí)的世界是錯(cuò)綜復(fù)雜的，要為其建立精確的數(shù)學(xué)模型是一件極其困難的事情，而建立的這些數(shù)學(xué)模型通常是近似的、片面的，對(duì)雷達(dá)雜波的研究過(guò)程也是如此。在早期的工作中，認(rèn)為雜波是一種高斯噪聲，為雜波提供了一種結(jié)果非常簡(jiǎn)單的模型。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雜波的仿真方法主要有零記憶非線性變化法 (Zero Memory Nonlinerity， ZMNL)、球不變隨機(jī)過(guò)程法 (Spherically Invariant Random Process， SIRP)和隨機(jī)微分方程法 (SDE)。但由于對(duì)雜波研究缺乏協(xié)作與配合，背景雜波的研究在我國(guó)還沒(méi)有形成一個(gè)整體力量。地面上靜止不動(dòng)的景物相對(duì)于雷達(dá)有一個(gè)徑向速度，再加上雷達(dá)波束指向和地形的 不斷變化，雜波的頻譜發(fā)生了明顯變化。在散射單元的物理結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于現(xiàn)有的一些比較成功的地雜波和海雜波模型（如組合表面模型）一般都只是對(duì)于特定的地貌、海情，或者是信號(hào)形式提供了某些參考，缺乏通用的、非常成功的模型。 其通過(guò)雷達(dá)接收機(jī)的包絡(luò)檢波器后的幅度概率密度函數(shù)描述。主要分為兩類：一是幅度分布模型，二是功率譜（相關(guān)性）模型，其中相關(guān)特性是從時(shí)域和空域兩個(gè)方面展開研究的。設(shè)地面上一個(gè)單元的面積為 A? ，則此單元上的雷達(dá)截面積為 0 A??? ?? 。而對(duì)于機(jī)載雷達(dá)，通常我們對(duì)雷達(dá)在某一個(gè)特定場(chǎng)地上的工作性能完全不感興趣，因?yàn)樵搱?chǎng)地也許并不代表雷達(dá)所可能遇到的平均情況或最壞情況。點(diǎn)雜波可以用如下的方法模擬：將這些點(diǎn)按照某種模型隨機(jī)地配置在地面坐標(biāo)系上，一種類型的地形與另一種類型的地形之間的交界處，可以按照確定 性的但仍然是假想的方法來(lái)處理。在討論這些技術(shù)之前，我們先對(duì)機(jī)載雷達(dá)下視情況的地雜波進(jìn)行分析。 由于副瓣雜波和主瓣雜波相比要小得多，因此對(duì)雜波譜的研究主要放在主瓣雜波上。因?yàn)檫@樣的散射單元的回波是雷達(dá)抑制的雜波，所以又把他們稱為雜波分辨率單元，簡(jiǎn)稱雜波單元。下面我們以中間距離波門為例，將 A? 看成一個(gè)散 射體來(lái)分析該波門的回波頻譜。 0?? 時(shí)，平均多普勒頻移最小， min 0df ? ； 90?? 時(shí)，平均多普勒頻移最大?？梢钥闯觯河^察時(shí)間引起的雜波功率譜譜瓣的展寬與觀察時(shí)間成反比。 若雷達(dá)安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，則會(huì)產(chǎn)生兩種影響 :首先由于雷達(dá)與被照射的雜波源之間有相對(duì)徑向速度，會(huì)使雜波回波產(chǎn)生多普勒頻移，第二個(gè)影響是雜波單元有一定寬度，使得雜波譜的譜線展寬。 綜合上述幾種因素，雜波單元回波譜的形狀近似為高斯形，方差為每個(gè)單獨(dú)分量方差之和： 2 2 2 2c s w m? ? ? ?? ? ?。雜波的時(shí)間相關(guān)性是指來(lái)自同一區(qū)域雜波回波信號(hào)間的相關(guān)性，即來(lái)自同一雜波距離分辨單元的不同回波 脈沖間的相關(guān)性 ,常用雜波功率譜來(lái)描述。此外如不規(guī)則海浪信號(hào)等各種可以根據(jù)其不同環(huán)境下的不同情況用以上五種概率分布模型來(lái)描述。 雜波的時(shí)間相關(guān)特性 雷達(dá)平臺(tái)與目標(biāo)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及機(jī)掃天 線的轉(zhuǎn)動(dòng)掃描會(huì)帶來(lái)雜波速度的散布，從而使雷達(dá)雜波具有一定的功率譜。 N 次方譜的功率譜密度函數(shù)可以表示為 031() 1 | ( ) / ( / 2 ) | NdBsf f f f? ?? () 一般 N 的取值范圍是 2~5 。 雜波的空間相關(guān)特性 雜波信號(hào)的空間相關(guān)性是指兩個(gè)分離的反射信號(hào)之間的相關(guān)性。對(duì)這一結(jié)論的解釋是：雷達(dá)回波是分辨單元所包含的散射體散射強(qiáng)度平均的效果，分辨單元面積越大，平均的天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 效果越明顯，因此脈寬越寬、波束寬度越寬、對(duì)應(yīng)的分辨單元面積越大，相關(guān)距離也就越大。早期的雷達(dá)，測(cè)量精度還很低，分辨角很大。 雜波的統(tǒng)計(jì)特性包括雜波包絡(luò)的概率分布特性和雜波正交分量的相關(guān)特性兩個(gè)方面。對(duì)于均勻分布的面目標(biāo)回波信號(hào)的正交分量具有高斯分布特性，相應(yīng)的信號(hào)包絡(luò)具有瑞利分布特性 ： 對(duì)于非均勻分布的面目標(biāo)，常用非高斯統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行近似，常用的 Lognormal分布、 Weibull分布、 K分布和 gamma分布等。一般認(rèn)為雜波具有零均值，即 0?? 。 圖 瑞利分布的概率密度曲線 Rayleigh probability density curve 當(dāng)雜波分量為上述高斯分布時(shí)，其功率的分布服從指數(shù)分布。而且，許多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也己經(jīng)證實(shí)，在低仰角或高分辨力雷達(dá)情 況下，雜波分布的統(tǒng)計(jì)特性明顯偏離高斯分布特性。它是常用的描述非瑞利包絡(luò)雜波的一種統(tǒng)計(jì)模型。 韋布爾（ Weibull）分布 和對(duì)數(shù)正態(tài)分布模 型一樣，韋布爾 (Weibull)分布模型也是描述非瑞利包絡(luò)雜波的一種常用的統(tǒng)計(jì)模型。通過(guò)調(diào)整韋布爾分布模型的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn) 瑞利分布曲線，這一點(diǎn)也是該模型被廣泛應(yīng)用于仿真研究的重要原因。 當(dāng) ? 時(shí)， K分布的右拖尾較長(zhǎng)，可描述尖峰狀雜波；而當(dāng) v??? 時(shí)， K分布接近于瑞利分布。 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 圖 K分布的概率密度隨尺度參數(shù) a變化關(guān)系曲線 K distribution with scale parameter a probability density curve of change 圖 K分布的概率密度隨尺度參數(shù) v變化關(guān)系曲線 K distribution with scale parameter v probability density curve of change 一般情況下 K分布，能很好地與雜波模型相匹配，但當(dāng)參數(shù)很大時(shí) (例如 200v? ), K分布就不太適合了，這是一般可用 gamma分布替代 K分布。 2 04 06 08 00 . 20 . 40 . 6 0 . 8 1 . 0地 面云 雨目 標(biāo)噪 聲干 擾地 面 圖 典型的雜波功率譜密度 Typical clutter power spectral density 雜波單元內(nèi)部的雜波譜分析： ( / 2) se c c os ( / 2)cA c R c R? ? ? ? ? ?? ? ? ? () 0 si nc c cAA? ? ? ??? () sin ( / 2)cd c R d? ? ? ? ?? () 2 cos cosc vf ???? () 2 c o s s inc vdf d? ? ???? () 2 c o s s in cd dfv ?? ???? () s in ( / 2 ) ta n ( / 2 )2 c o s s in 2 s inc c cc R c Rd d f d fvv? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 2 2 2 33 4 3 4ta n ( / 2 )( 4 ) 2 s in ( 4 )l c t cccP G d P G c Rd P d fR L v R L? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? () 12 2sin (1 cos )???? () 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 s e cc o s 2 c o s 2ccffvv? ? ?? ??? () 1 12 2 2 2m a xse csi n 1 12c c cf f fv??? ?? ???? ??? ? ? ??? ?????????? ???? () 功率譜密度為： 2 3 2 33 4 3 4ta n ( / 2 )( , ) 2 s in ( 4 ) 4 s in ( 4 )ttc ccP G c R P G c HS f R v R L v R L? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 式中max 2 cosc vf ???， cA 為散射單元的面積； cf 雜波多普勒頻率； ? 為擦地角； ? 為方位角。假設(shè)地面散射特性均勻，即單位面積的等效雜波截面積僅與擦地角有關(guān)。后者這種方法計(jì)算量相對(duì)較小，速度較快。 等 距等 多 普 勒 線aVdAd?d?? 圖 距離 多普勒地面單元?jiǎng)澐址椒? Range Doppler method of ground unit R? 在地表面的距離環(huán)按雷達(dá)距離分辨單元?jiǎng)澐?。這樣，整個(gè)距離環(huán)在參考坐標(biāo)系下，俯仰角固定，方位角為在 360度范圍 內(nèi)變化。下面說(shuō)明如何確定載機(jī)速度矢量與入射角方向的夾角 a? 。 把式子代入，即得 2 (co s co s co s co s co s s i n co s s i n s i n s i n )d Vf ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? () 式中， ? 為載機(jī)速度的俯仰角， ? 為載機(jī)速度的方位角， ? 為散射單元的俯仰角， ?為散射單元的方位角。 已知雷達(dá)的相干處理脈沖周期數(shù) K和脈沖重復(fù)周期 rT 可得雷達(dá)系統(tǒng)的多普勒頻率分辨力為： 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 1srf KT? () 則 2 c o s c o s s in ( )sfV ?? ? ? ? ??? ? () 式中， sf 為多普勒頻率分辨力， V 為載機(jī)速度， ? 為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)， ? 為載機(jī)速度的俯仰角， ? 為散射單元的俯仰角， ? 為載機(jī)速度的方位角， ? 為散射單元的方位角。 首先確定該散射單元在參考坐標(biāo)系在的方位 ? 、俯仰角 ? 、擦地角 ? 。 根據(jù)天線坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可得 ? ?c os c os c os c osc os si n c os si nsi n si naaaaaT? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 式中， ? ? ? ?? ?? ?T ? ? ?? ? ?c os 0 si n0 1 0si n 0 c os????????????? () 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 ? ?c os si n 0si n c os 00 0 1??? ? ????????? () ? ?1 0 00 c os sin0 sin c os? ? ?