远旁瓣引起的杂波干扰

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1、第22卷第4期南京气象学院学报Vol.22No.41999年12月JournalofNanjingInstituteofMeteorologyDec.1999文章编号:1000-2022(1999)04-0734-05远旁瓣引起的杂波干扰甄广炬(中国民航北京气象中心,北京100621)摘要:分析了偏角馈入抛物面天线远旁瓣回波产生的机理,并经实验验证了远旁瓣回波的存在。结论显示:偏角馈入抛物面天线较中心馈入抛物面天线在抑制远旁瓣方面有优势,在做低仰角扫描时不会产生远旁瓣回波;但在高仰角时,也会产生远旁瓣回波。在多卜勒雷达的使用中,控制天线的转速有利于消除远旁瓣回波的影响。关键词:多卜勒雷达;

2、远旁瓣;杂波干扰中图分类号:TN959.4文献标识码:A地物回波的干扰,是雷达探测中必须考虑的问题。用于民航机场的多卜勒气象雷达,经常需要进行近程风切变的探测。这样,地物回波的影响更要重视。在首都机场TDR3600-HP多卜勒气象雷达的使用过程中,有时会出现奇特的对称弧形回波。它们既不是气象回波,与周围的地物也不相符,很象是由于雷达远旁瓣引起的杂波干扰。[1]Ronald曾研究过这种干扰。他分别就林肯实验室的FL2雷达和北达科塔大学UND雷达进行了实验,验证了远旁瓣干扰的存在。实验用雷达采用的是中心馈入抛物面天线。从这种天线的方向性图可以看出,大约在90～120°之间的能量分布较强,这就是

3、远旁瓣。远旁瓣是由于馈源能量从反射体边缘溢出造成的。如果在馈源与反射体边缘间连一条直线,它与天线主轴之间的夹角大致就是方向性图上出现远旁瓣的位置。首都机场的TDR3600-HP多卜勒雷达采用的是偏角馈入抛物面天线。这种天线的特点是具有很好的旁瓣抑制能力。由MicrowaveSpecialtyCorporation公司对该天线的实际测量结果(图略)可以看出,它的旁瓣确实很小,其远旁瓣基本没有被测量出来。那么,其弧形对称回波究竟是什么,偏角馈入抛物面天线是否存在远旁瓣干扰?对此,进行了分析和实验。1原理1.1中心馈入抛物面天线远旁瓣干扰中心馈入抛物面天线的顶视图如图1所示。当天线水平转动时,馈

4、源实际上是绕轴心做圆周运动,图中的虚线表示馈源的运动轨迹。馈源运动的线速度为V=2Pr8/360°。其中r是从馈源到轴心线的距离(m),8是天线运转的角速度(°/s),V即馈源的线速度(m/s)。由于多卜勒雷达探测的是目标物相对雷达的径向速度,所以,要考虑的是馈源线速度在馈源与目标物连收稿日期:1999-08-23;修订日期:1999-09-21作者简介:甄广炬,男,1965年12月生,工程师第4期甄广炬:远旁瓣引起的杂波干扰735线上的投影。假设目标物与天线反射体中轴的夹角为A,则有V′=2Pr8sinA/360°。可知:1)馈源到轴心距离r越大,相对速度V′越大;角速度8越大,V′也越

5、大;2)当A=0时,V′=0,即当目标物处于天线正前方雷达主瓣之中的时候,目标物与天线喇叭口之间不存在相对移动,不会影响对地物杂波的抑制功能。当A≠0时,V′≠0。特别是当A=90°时,目标与喇叭口的相对速度达到最大。远旁瓣出现在80～140°之间,能量最强可达-32dB左右,按双程计算为-64dB。现代多卜勒雷达一般具有很宽的动态范围和很高的灵敏度,这时如果出现很强的地物目标,有可能被雷达的远旁瓣所拾取,并探测到假速度V′。按照常识,地面目标是静止的,气象目标则一般具有明显的速度。在多卜勒信图1中心馈入抛物面天线顶视图号处理中,对运动速度小于给定门限的目标强Fig.1Thetopview

6、ofcentralfeed度进行抑制,达到减少地物杂波的干扰、增强parabolicantenna对气象目标的探测能力的目的。这种处理,通常是可行的,但当出现远旁瓣回波时,有可能被当作气象目标而不加以抑制。1.2偏角馈入抛物面天线远旁瓣干扰偏角馈入抛物面天线是一种新型的设计。它采用旋转抛物面的一部分做反射体,其切割线经过抛物面的顶点,这样,馈源被移到反射体的边缘,形成偏角馈入。这种天线的旁瓣很小,远旁瓣在曲线上没有反映。另外,这种天线的水平转轴设在反射体的左右侧边缘上,减小了水平扫描时馈源与垂直旋转中心轴之间的距离。根据以上两点,偏馈天线似乎不会存在远旁瓣干扰。但是,如果仔细分析,实际上,

7、偏馈天线也可能受到远旁瓣回波的干扰。远旁瓣是由于雷达天线边缘的能量溢出造成的。这种现象在反射天线中是普遍存在的,偏馈天线也不会例外。方向性图上没有反映,是因为当天线处于水平发射状态时,远旁瓣主要能量实际不在水平面上。这种天线的馈源处于反射体主体的下方,波束是斜向上的,从反射体的左右边缘溢出的能量,有一个向上的角度,而在水平方向较弱,不会造成回波。所以,当天线处于水平时,远旁瓣对偏馈天线影响很小。如果将天线抬高一定角度,情