[拼音]：leida mubiao he zabo

[外文]：radar target and clutter

雷达探测的对象一般称为雷达目标。凡能散射电磁波的物体都可以作为雷达的目标。空中交通管制雷达以飞机作为目标；舰载雷达以船舰、浮标、海岸线等作为目标；地图测绘雷达以地面作为目标；气象雷达以暴风雨等气象现象作为目标。在雷达目标环境中，目标以外的其他散射体的回波使雷达显示器上的图像（或其他形式的雷达输出信号）变得杂乱，妨碍对目标回波的检测，称为雷达杂波。雷达目标和杂波的含义具有相对性，视雷达的用途而定。例如，地面回波对于防空雷达是杂波，而对地形测绘雷达则属于目标；云、雨几乎对所有雷达都是杂波，但对于气象雷达则属于目标。

散射体分为点散射体和分布散射体。当散射体的尺寸比雷达分辨单元小时，雷达无法分辨其细节，只能把它当作一个点散射体来处理。当散射体的尺寸比雷达分辨单元大时，则须当作分布散射体处理。分布散射体又分为面分布散射体（如地面、海面等）和体分布散射体（如阵雨、鸟群、箔条等）。在多数情况下，杂波是指点目标周围的分布散射体。广义地说，雷达杂波还应包括观测目标以外的无关目标回波和干扰波。

雷达必须在杂波、接收机噪声和其他干扰中检测目标并提取关于目标的信息。研究目标和杂波的各种性质，对于雷达设计和使用非常必要。目标的散射能力用雷达截面积σ 表示(见雷达目标截面积)。若已知雷达发射功率Pt、天线增益G、天线波束宽度θa(方位)和θe(俯仰)、雷达波长λ、雷达到目标的距离R，则雷达收到的回波功率为

　(1)

分布散射体的后向散射能力，用雷达目标截面积密度，即单位照射面积的雷达截面积σ0表示。如果雷达照射面积为Ac，则雷达目标截面积为σc=σ0Ac。当雷达照射波的入射余角φ较小时，照射面积受雷达发射脉冲宽度τ和波束方位宽度θa的限制：Ac=Rθa(cτ/2)/cosφ。式中c为电磁波传播速度。这时，雷达从照射区收到的后向散射功率为

　　　(2)

体分布散射体的散射能力用单位照射体积的雷达目标截面积（也称反射率）η表示。当被照射体积为Vc时，雷达目标截面积为σc=ηVc。雷达波束对空照射时，被照射体积为。这时，雷达收到的回波功率

　　　(3)

不同类型散射体的回波强度与距离R的关系明显不同。公式(1)、(2)、(3)是实际测量各种散射体散射能力的基础。散射能力与散射体的物理性质、空间分布情况、运动情况及雷达视角、雷达波长和极化等因素有密切关系。

点目标的尺寸虽比雷达分辨单元小，但可能比雷达波长大得多，形状可能很复杂，如飞机、船舶等。对于这样的目标，雷达不能分辨目标各个部分的散射波，只能收到各部分散射波的矢量和。由于目标的运动，雷达照射目标的视角不断变化。因此，运动目标的回波是起伏的。

回波起伏具有随机的性质。通常是用概率密度函数P(σ)描述雷达目标截面积起伏幅度分布；用相关函数或傅里叶变换即功率谱密度函数s(f)描述雷达目标截面积起伏的相关特性或频率分布。面分布和体分布散射体的回波起伏也用同样方法描述。这些统计性质的实际测量和理论计算是难以做到的。常用理论模型近似地作为实际散射体，以便进行分析和反映回波起伏的基本特点。1960年，P.斯威尔林建立的目标起伏模型有两种：

（1）把目标看成许多同等大小的独立散射元的 ，每个散射元的回波幅度相等，相位在0～2π间均匀分布。合成回波的瞬时值服从正态分布，包络服从瑞利分布，雷达截面积（即回波功率）服从指数分布。具有这种特点的散射体称为瑞利型（斯威尔林1、2），降雨降雪是典型的瑞利型。例如，从各种角度观测飞机回波（除侧面观测以外）时，回波起伏均服从瑞利分布。又如，雷达分辨力不高（τ＞1微秒，θa＞1°）时，低海情（分辨单元大于海浪波长）的海面回波和平坦地面(如沙漠、农田等)的回波，也都服从瑞利分布。

（2）把目标看成一个主要散射元和许多小散射元的 (斯威尔林3、4)。这时，总的回波功率即散射截面积的概率密度可用4自由度的χ2-分布近似表示（准确的概率密度应为赖斯分布）。当雷达观测飞机的侧面时，其回波起伏符合这种分布。在观测形状简单的大型目标时，测得的大幅度起伏出现的概率比上述模型给出的大，即实际概率密度的尾部比较高。这类目标包括圆柱体和带翼的圆柱体，如某些卫星体、火箭、舰船和大平板形的目标。在适当选择参数时，χ2-分布和对数正态分布可以很好地拟合这类目标的实测数据。用高分辨力雷达（τ＜1微秒，θa＜1°）观察高海情海面、市区、有建筑物的郊区地面时，回波起伏也可用对数正态分布来拟合。这种拟合，仅是用一种便于分析的函数描述实际杂波的起伏特性，而与回波起伏的机理没有直接的关系。海面杂波和地面杂波往往介于瑞利分布（尾部较低）和对数正态分布（尾部较高）之间。用威布尔分布（形状参数α在2～0.8之间）能更好的拟合其概率分布。在时间相关性方面，斯威尔林把起伏分为慢起伏和快起伏两种极端情况。

（1）慢起伏：天线扫描间不相关，扫描内完全相关（斯威尔林1，3）；

（2）快起伏：脉冲间不相关（斯威尔林2，4）。实际目标起伏的相关性处于两者之间。

在分析目标起伏对雷达跟踪精度的影响和研究抑制杂波的技术时，需要知道目标和杂波起伏功率谱密度函数的具体形式。回波起伏功率谱密度常用高斯函数近似表示为。式中fd为目标或杂波的平均多普勒频移σf为多普勒频移的散布宽度。固定目标(如地物等)的平均多普勒频移fd为零，而其散布宽度σf则与天线波束宽度和扫描速度、地面植物摇摆、海浪的运动、飞机姿态角变化快慢等因素有关。运动目标和气象杂波的fd不为零。气象杂波的σf与雨滴等散射粒相对运动强度有关。

当雷达距离分辨力很高时，雷达能观察到大型目标上各主要散射部位在雷达视线上的分布，并能估计出目标在视线方向上的投影尺寸，加上单脉冲技术还可以测出目标的三维轮廓。利用相干雷达可以测出目标各部分的距离－多普勒图像。如果雷达发射波中包含低频调制分量（波长为目标尺寸的0.5～10倍），如斜坡函数调制，则从雷达回波中可以得到目标尺寸和形状的信息。这些技术可以用来对目标进行分类和识别。金属目标上各部分之间的接触达不到分子水平而间隙又小到 100埃数量级时，其接触面呈现出非线性效应。这时，散射波中包含入射波的高次谐波和多种频率入射波的交叉波。谐波的强度不再与入射波强度成正比，而是成非线性函数，即在谐波上雷达截面积与入射功率有关。利用这种效应，在高次谐波上（常用三次谐波）接收目标回波，可以区分金属与非金属目标，并可用来抑制杂波。

海面回波与海浪高度、风速、风的行程和持续时间、雷达波束相对于海浪的方向、涨潮和落潮、海面污染等因素有关，也与雷达频率、极化、入射余角、照射面积等因素有关。海面回波的统计性质决定于海情（海情按风速分级）和雷达分辨能力。在世界各大海洋上，海面回波的性质大致相同。图1为中等海情（风速为10～20节）时海面雷达截面积密度0与雷达频段、极化和入射余角的关系。图中数据是多次测量的平均值。接近垂直照射时，海面的镜面反射很强。入射余角很小时，入射波与反射波（两者反相）发生干涉，使后向散射变弱。测量表明，当风速低于5节时，海面后向散射很小。当风速从5节增大到20节时，后向散射增加很快，到20节时接近饱和。雷达截面积密度σ0与风速的关系是σ0正比于e／V。式中V为风速；c为常数。

对于地面回波，不论在理论上还是在实际上都比海面回波存在更多的问题。一般来说，地面回波比海面回波强。只是在垂直照射时地面回波较弱。地面回波随地形和地貌变化很大。山地、平原、沙漠、耕地、沼泽、不同的植被（树木、庄稼）、植物的不同生长期、地面上的建筑物等，都有不同的散射特性。图2表示不同地面的散射截面积密度σ0的典型数值范围。

降雨、降雪等气象现象，在微波频率上有明显的后向散射。雨的反射率η等于单位体积内雨滴的雷达截面积的总和。通常，雨滴的直径不到1厘米（0.05～0.7厘米）。当波长大于雨滴周长时，雨滴的散射截面积可用瑞利散射公式计算：

式中；ε为雨滴的介电常数；Di为雨滴直径。

单只的鸟和昆虫的雷达截面积很小，成群的鸟和昆虫也能严重地干扰对目标的观测。利用灵敏度时间控制电路可以抑制近距离的鸟群回波。

至于由大气折射系数不均匀和“睛空湍流”造成的后向散射（即“仙波”），只有在雷达发射功率很大时才能观察得到。

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