§3 杂波频谱
影响杂波频谱的因素
• 幅度起伏 • 天线扫掠 • 风速变化 • 鸟群飞翔速度等
例. 天线波束为高斯形， θAZ，转速a (弧度/秒)，则
a (H ) z σs = 5.35θAZ
一. 地物杂波
高斯型 立方型
(一)高斯型
2σv σf = λ
f2 P C S(f ) = exp− 2 2σ 2πσf f
§4 杂波的幅度分布
一. 瑞利分布(包络检波后)
v2 v fv (v) = 2 exp− 2 2σ σ
P 1 fP (P) = exp− P P c c
令Pc=2σ2，P=V2 则
适用于：相对独立、随机的小散射体群。低分辨雷达 的所有杂波，气象、鸟群、箔条、低海情时的海浪， 植被丰富的地杂波。
3，f ≤ 2GHz, ψ ≤ 1°, SS ≤ 3级 ↓0，f ↑, ψ↑, SS↑ 时 3 3， ψ ≤ 1°, f ≤ 2GHz, SS ≤ 3级 3 ↓0， ψ↑, f ↑, SS↑ 时
• ψ ↑ => σ0 ↑ 且σ0 ∝ ψ n，n = σ
• SS一定， σ0V > σ0H 且当SS↓, ψ↓, f ↓时，∆σ0VH= (σ0V － σ0H )↑ • SS ↑ => σ0 ↑ ∆σ0 =
(二)极化方式的影响
ψ小时， 垂直极化(V)比水平极化(H)的σ0 大 ψ大时， 反之
二. 地杂波强度
(三) ψ的影响
ψ=0.5°～10°内， σ0 ∝ ψ ψ > 10°， σ0随ψ 变化小
(四)f 的影响
ψ较小时， σ0随f ↑ 略有↑； ψ较大时， σ0与f 无关
三. 海杂波
σ0=ϕ(f, 极化, ψ, SS, 风向) SS－海情
(一)杂波类型
• 面杂波： 地、海 –小俯角 –大俯角
σe = σ0 ⋅S0
σ0为面杂波单位面积的反射系数
俯仰角、擦地角和入射角
R
c
c sec
cτ S0 = RθAZ ⋅secψ 2
杂波区 R
R
小俯仰角面杂波的分辨单元面积计算 R－作用距离；θAZ和φ EL为天线波束的方位 向和俯角向波瓣角；ψ－天线俯仰角
三. 气象杂波的频谱
气象杂波总的速度方差为：
σv2 ≅ σsheal2 + σturb2 + σbeam2 + σfall2
四. 箔条杂波的频谱
与气象杂波频谱的四项完全相同
σv2 ≅ σsheal2 + σturb2 + σbeam2 + σfall2 σsheal = 0.42 K R φEL σturb = 1.0 m/s = 0.7 m/s σfall = 0.45 sinψ (m/s) σbeam = 0.42 V0 φEL sinβ K ≥ 6 米/ 秒 (低于12000呎) (高于12000呎)
四. Weibull分布
杂波分布拖尾处于瑞利和Log-Normal之间，广泛 适用于海杂波。
u A f (A) = V V
u−1
Au exp− V
V－强度参数，u－形状参数。 当u=2时，Weibull => 瑞利分布。 改变u，即改变了分布的拖尾长短。 ⊗：目前已发展了K分布等新分布。
二. Rice分布
大量独立小散射体加上一个占主导成分的 稳定散射体。
1+ m2 P 2 fP (P) = exp(−m )⋅ exp− 1+ m2 I0 2m 1+ m2 P P P P
(
)
[
(
)
]
S2 m =
2
P 0
P = S2 + P 0
其中，S2为稳定散射体功率，P0为分布部分的功率
五. 鸟群杂波
σe = m⋅ σ0
其中： m：雷达分辨单元中飞鸟数 σ0 ：单个飞鸟的等效反射面， σ0 可查表，用低 于1m2的dB表示 例： σ0= -30dB，分辨单元中1000只鸟，可产生1m2 的等效反射面， σe= 1m2
六. 箔条杂波
当箔条长度正好为半波偶极子时，即长度=λ/2时， σe= 0.18 λ2N，其中，N为雷达分辨单元中箔条总 数 当箔条长度与λ/2无关系时， σe迅速↓
(二) ψ > 20°，或30 ° ≤ ψ ≤ 90 °
ψ ≅ 90°
σ0 与极化无关(不同SS均成立)，即垂直下视时， σ0 与
极化和SS无关 ψ ↓ (即<90 °时)，
σ0V ≥ σ0H σ0V ≤ σ0H (中等海情以下) (高海情时)
ψ 较小时，即 20° ≤ ψ ≤ 30°
σ0与风向关系密切，上风σ0>下风σ0 ，垂直风σ0最小 当 ψ ≥60°，σ0 与风向关系小； ψ ≅90°，σ0 与风向无关。
杂波三大特性
强度、频谱和幅度统计特性
§1. 引言
杂波的特点：有色、非平稳
–空间分布上非均匀==>通过天线扫描==>时间上 的非平稳 –各分辨单元本身杂波非平稳。因风速变化等 –时间上有相关性，所以频谱宽度有限，为有色 –杂波的若干特性主要靠实测来统计，并用数学 拟合法
§2. 杂波强度
一. 影响杂波强度的因素
1 0.9 0.8 0.7 0.6 S(f) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 fc=10 fc=20 fc=50
0
20
40
60
80
100 f
120
140
160
180
200
杂波的立方谱结构示意图
二. 海杂波频谱
谱宽σf 平均多普勒频移f0 (一) f0：与风速、浪高、极化方式有关 水平极化：f0取决于风速及浪高 垂直极化：f0仅取决于浪高
其中，K=4.0～4.5 米/秒 (二)风的扰动, 即不同高度的梯度平均值有起伏, 形成扰动 σturb=1.0 米/秒
三. 气象杂波的频谱
(三)波束展宽 σbeam ≅ 0.42 V0 φEL sinβ V0 为波束中心点风速； β 为波束中心点风向与波束方位的夹角。 (四)降落速度分布，即不同直径的降落物速度不同，产 生方差 σfall ≅ 1.0 sinψ ψ 为天线仰角
, 频谱方差 ，有经验公式 σf =
0.0066V1.261 w
λ
λ以米表示，Vw以节表示； σv为速度标准差；PC为杂波功率
一. 地物杂波
(二)立方型 (由Fishbein建立)
S(f ) = P 0 1+ f f c
3
fc为特征频率，S(fc) = 0.5 P0。 P0为杂波功率。 fc与许多因素有关 ，由实测确定。
四. 云雨杂波
π 2 cτ σ e = η ⋅ R θ AZ φ EL 4 2
体杂波
η的表示方法一：
ηdB = −93 + 40 log(f GHz 3) + 17 log(r )
其中，r为降雨率，mm/hr，可查表。
η的表示方法二：
η=Σ σi
其中， σi 为每一小质点的反射系数； σi ∝Di6 , ϕ(f)，即σi正比于质点直径Di的六次方；也正 比于f的某一函数。 雨、雪、冰雹， Di大， η大=> σe 大； 云层 Di小=> η小=> σe 小。 可查表
⊗： f0 = ϕ (风速, 极化方式, 浪高)，可查曲线
二. 海杂波频谱
(二) σf ：与海情有关 测试得：海杂波谱接近高斯谱 σv=0.42 ∆V， ∆V= Vw/6 (包络检波后) σv －－速度标准差； ∆V －－半功率点速度谱宽度； Vw/6－－以节表示的风速
∴ 2σv V σf = = 0.14 w λ λ
R2φELθAZ S0 =
(sinψ)
R
大俯仰角面杂波的分辨单元面积计算 俯仰角面杂波的分辨单元面积计算 R－作用距离；θAZ和φ EL为天线波束的方位 向和e = η⋅S0
η为体杂波单元的反射系数。
c /2
R
π 2 cτ S0 = R φELθAZ 4 2
+10dB/SS ↓0/SS (低SS，低f) (高SS，高f)
三. 海杂波
(二) ψ > 20°，或30 ° ≤ ψ ≤ 90 °
准镜面区，σ0变化规律为
ψ＝90°
σ0 ∝ 1/SS，且当SS=0时，σ0＝σ0max ≅+10dB(对所有f)
ψ ↓ => σ0 ↓ ψ ≤ 60°
σ0 ∝ SS，当ψ ↓，SS↑ => σ0↑
第四讲
雷达杂波
1、引言 2、杂波强度 3、杂波频谱 4、杂波的幅度分布
杂波：是雷达在所处环境中所收到的一个 或一群不需要的反射回波。 注意：对某部雷达而言的杂波可能是另外 一部雷达的目标。
§1. 引言
为抗杂波必须研究杂波特性 杂波分类
自然杂波：地、气象、海浪、鸟群等 人为杂波：箔条、角反射器、假弹头等
三. Log-Normal分布
部分地物、多数海浪、高分辨率雷达的各种杂波， 大城市回波等。
2 1 1 y f (y) = exp− 2 ln( ) σ y 2πσ 2 ym
ym为y的中值，σ为标准差。两个变化参数， 可以更好地拟合实验数据。特别是具有大的拖尾 的分布的情况。
对数正态分布
韦布尔分布
附录： 附录：一些参考数据
1节 节 1海里 海里 1英尺 英尺 1英寸 英寸 －－－－ －－－－ －－－－ －－－－ 约0.5 m/s 约1.85 km 约30 cm 2.54 cm
实测所得规律 (一) ψ ≤ 20°
400MHz ≤ f ≤ 50GHz -90dB ≤ σ0 ≤ -30dB