多徑盲區(qū)問題

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1、1.1多徑盲區(qū)問題1.1.1海面反射產(chǎn)生多徑效應(yīng)雷達(dá)所發(fā)射的電磁波在空中傳播時(shí)，除了直接照射目標(biāo)外，還會通過海面的反射間接照射目標(biāo)。通過海面反射的電磁波使得從目標(biāo)所處的位置看好像存在一個(gè)位于海面之下的“鏡像”天線。同樣，從目標(biāo)處反射回來的電磁波，除了直接回到天線的回波外，還會有通過海面的反射間接回到天線的回波。通過海面反射的回波使得從天線所處的位置看好像存在一個(gè)位于海面之下的“鏡像”目標(biāo)。假設(shè)目標(biāo)是理想點(diǎn)目標(biāo)，海面對電磁波的反射為鏡面反射，那么雷達(dá)收到的目標(biāo)回波共有種情況：①從雷達(dá)直接到目標(biāo)并從目標(biāo)直接回到雷

2、達(dá)的回波；②從雷達(dá)直接到目標(biāo)并通過海面反射回到雷達(dá)的回波；③從雷達(dá)發(fā)射通過海面反射到達(dá)目標(biāo)并直接回到雷達(dá)的回波；④從雷達(dá)發(fā)射通過海面反射到達(dá)目標(biāo)并再次通過海面反射回到雷達(dá)的回波。上述幾種情況的回波在雷達(dá)接收饋元處疊加，成為雷達(dá)最終接收到的總回波?？偦夭ǖ拇笮∪Q于幾種不同路徑雷達(dá)回波彼此的幅度和相位差。第二、第三種情況都經(jīng)過海面一次反射，相對于直接回波的相位差由路程差和海面反射系數(shù)決定，二者基本相同，而第四種情況的回波經(jīng)過了兩次海面反射，相對于直接回波的相位差比第二、三種情況加倍。可以寫出總回波的表達(dá)式如下：

3、其中，為總回波，為直接回波，為經(jīng)海面一次反射回波、為經(jīng)海面二次反射回波。為了討論簡便、突出主要問題，假設(shè)海面為理想水平鏡面，反射系數(shù)為幅度為1相位180度，并假設(shè)天線方向圖引入的不同回波的相位差可以忽略，則相位差主要取決于路程差。關(guān)于反射系數(shù)的假設(shè)其合理性可從下面這張圖得到驗(yàn)證（來自IEEETRANSACTIONSONGEOSCIENCEANDREMOTESENSING,VOL.35,NO.5,SEPTEMBER1997,page1235，也可以參看新版《雷達(dá)手冊》第二章相關(guān)的圖。）當(dāng)掠射角很小時(shí)（這個(gè)條件在

4、xxxA/xxxB中大部分距離段是成立的），無論水平極化波還是垂直極化波，海水反射系數(shù)基本上都是幅度為1相位180度。當(dāng)掠射角稍大時(shí)（相當(dāng)于xxxA/xxxB中比較近的距離段），水平極化波的海水反射系數(shù)基本保持幅度為1相位180度，而垂直極化波的海水反射系數(shù)雖然相位不再是180度，但幅度衰落很快，因此是次要成分。假設(shè)雷達(dá)發(fā)射的是單頻正弦波，則根據(jù)小掠射角時(shí)海水反射系數(shù)的特點(diǎn)、、可寫成如下形式：其中，為直接回波和經(jīng)海面一次反射回波的相位差，取決于雷達(dá)載波波長和兩種回波的路程差，也包括海面反射系數(shù)引入的相位差；是

5、其它因素引入的相位，假設(shè)對幾種回波相同?？偦夭椋河稍撌娇梢钥闯觯瑑煞N回波路程差引起的相位差使得總回波的幅度發(fā)生變化（即式中的項(xiàng)），最壞的情況總回波幅度衰落為零，此時(shí)雷達(dá)無法看到點(diǎn)目標(biāo)。路程差與天線高度、目標(biāo)高度、目標(biāo)距離等因素有關(guān)，下面作詳細(xì)分析。1.1.1多徑盲區(qū)的空間分布特征假設(shè)天線相對于海面高度為，目標(biāo)相對于海面高度為，目標(biāo)相對于雷達(dá)的距離為，不考慮地球曲率的影響（在雷達(dá)視線范圍內(nèi)可以假設(shè)海面是一個(gè)平面而不是球面），則雷達(dá)、目標(biāo)、海面之間的幾何關(guān)系如下圖所示：圖中，、分別為直接回波和經(jīng)海面反射路徑的路

6、程。利用勾股定理可以得到：兩個(gè)式子相減得到：上式左邊即為路程差。由此得到兩種回波由于路程差導(dǎo)致的相位差為：總的相位差為（假設(shè)忽略波束方向圖等其它因素引入的相位差）：定義由于多徑效應(yīng)引起的回波衰落（多徑衰落）為（對數(shù)函數(shù)括號內(nèi)作了歸一化處理）：給定天線高度，則可以根據(jù)上式畫出多徑衰落隨高度和距離變化的關(guān)系。下面幾張圖是不同天線高度情況下，多徑盲區(qū)在距離-高度圖上的分布。圖中縱坐標(biāo)為目標(biāo)高度，橫坐標(biāo)為目標(biāo)距離。每個(gè)盲區(qū)從內(nèi)到外的四條線為等衰落線，分別對應(yīng)-40分貝、-30分貝、-20分貝、-10分貝的衰落。每張圖

7、對應(yīng)一種雷達(dá)天線高度。雷達(dá)載波頻率假設(shè)為9,410MHz（對應(yīng)波長為3.2公分）。下面幾張圖分別是上面幾張圖近距離部分的局部放大（其中200米以內(nèi)的部分沒有畫出）。如果用水平線在上圖中切取截面則得到一定目標(biāo)高度時(shí)多徑衰落隨距離變化的關(guān)系圖。下面是幾種天線高度情況下的多徑衰落隨距離變化關(guān)系圖。下面是近距離局部放大圖：從這些盲區(qū)圖可以看出如下幾個(gè)特點(diǎn)：一、當(dāng)目標(biāo)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度和目標(biāo)自身高度時(shí)，盲區(qū)基本上分布在目標(biāo)高度與距離之比為常數(shù)的位置上，而且是連成片的。這是因?yàn)椋寒?dāng)時(shí)，回波衰落，此時(shí)目標(biāo)高度和距離之比滿

8、足：，可見，盲區(qū)位置與波長和天線高度有關(guān)，通過改變波長或雷達(dá)天線高度可以改變距離-高度圖上多徑盲區(qū)的分布。二、近距離處盲區(qū)出現(xiàn)得越來越頻繁。近距離處的盲區(qū)不成片，而是由一個(gè)一個(gè)的孤島構(gòu)成，這對于距離和高度都占據(jù)很大范圍的大目標(biāo)來說影響要小一些，目標(biāo)總有部分反射點(diǎn)的回波能夠被雷達(dá)探測到；但是對于小目標(biāo)來說情況就不同了，很容易落入某個(gè)孤島形盲區(qū)，使得雷達(dá)難以探測到。而且由于盲區(qū)孤島出現(xiàn)得頻繁，小目標(biāo)剛剛