多径盲区问题

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1、1.1多径盲区问题1.1.1海面反射产生多径效应雷达所发射的电磁波在空中传播时，除了直接照射目标外，还会通过海面的反射间接照射目标。通过海面反射的电磁波使得从目标所处的位置看好像存在一个位于海面之下的“镜像”天线。同样，从目标处反射回来的电磁波，除了直接回到天线的回波外，还会有通过海面的反射间接回到天线的回波。通过海面反射的回波使得从天线所处的位置看好像存在一个位于海面之下的“镜像”目标。假设目标是理想点目标，海面对电磁波的反射为镜面反射，那么雷达收到的目标回波共有种情况：①从雷达直接到目标并从目标直接回到雷

2、达的回波；②从雷达直接到目标并通过海面反射回到雷达的回波；③从雷达发射通过海面反射到达目标并直接回到雷达的回波；④从雷达发射通过海面反射到达目标并再次通过海面反射回到雷达的回波。上述几种情况的回波在雷达接收馈元处叠加，成为雷达最终接收到的总回波。总回波的大小取决于几种不同路径雷达回波彼此的幅度和相位差。第二、第三种情况都经过海面一次反射，相对于直接回波的相位差由路程差和海面反射系数决定，二者基本相同，而第四种情况的回波经过了两次海面反射，相对于直接回波的相位差比第二、三种情况加倍。可以写出总回波的表达式如下：

3、其中，为总回波，为直接回波，为经海面一次反射回波、为经海面二次反射回波。为了讨论简便、突出主要问题，假设海面为理想水平镜面，反射系数为幅度为1相位180度，并假设天线方向图引入的不同回波的相位差可以忽略，则相位差主要取决于路程差。关于反射系数的假设其合理性可从下面这张图得到验证（来自IEEETRANSACTIONSONGEOSCIENCEANDREMOTESENSING,VOL.35,NO.5,SEPTEMBER1997,page1235，也可以参看新版《雷达手册》第二章相关的图。）当掠射角很小时（这个条件在

4、xxxA/xxxB中大部分距离段是成立的），无论水平极化波还是垂直极化波，海水反射系数基本上都是幅度为1相位180度。当掠射角稍大时（相当于xxxA/xxxB中比较近的距离段），水平极化波的海水反射系数基本保持幅度为1相位180度，而垂直极化波的海水反射系数虽然相位不再是180度，但幅度衰落很快，因此是次要成分。假设雷达发射的是单频正弦波，则根据小掠射角时海水反射系数的特点、、可写成如下形式：其中，为直接回波和经海面一次反射回波的相位差，取决于雷达载波波长和两种回波的路程差，也包括海面反射系数引入的相位差；是

5、其它因素引入的相位，假设对几种回波相同。总回波为：由该式可以看出，两种回波路程差引起的相位差使得总回波的幅度发生变化（即式中的项），最坏的情况总回波幅度衰落为零，此时雷达无法看到点目标。路程差与天线高度、目标高度、目标距离等因素有关，下面作详细分析。1.1.1多径盲区的空间分布特征假设天线相对于海面高度为，目标相对于海面高度为，目标相对于雷达的距离为，不考虑地球曲率的影响（在雷达视线范围内可以假设海面是一个平面而不是球面），则雷达、目标、海面之间的几何关系如下图所示：图中，、分别为直接回波和经海面反射路径的路

6、程。利用勾股定理可以得到：两个式子相减得到：上式左边即为路程差。由此得到两种回波由于路程差导致的相位差为：总的相位差为（假设忽略波束方向图等其它因素引入的相位差）：定义由于多径效应引起的回波衰落（多径衰落）为（对数函数括号内作了归一化处理）：给定天线高度，则可以根据上式画出多径衰落随高度和距离变化的关系。下面几张图是不同天线高度情况下，多径盲区在距离-高度图上的分布。图中纵坐标为目标高度，横坐标为目标距离。每个盲区从内到外的四条线为等衰落线，分别对应-40分贝、-30分贝、-20分贝、-10分贝的衰落。每张图

7、对应一种雷达天线高度。雷达载波频率假设为9,410MHz（对应波长为3.2公分）。下面几张图分别是上面几张图近距离部分的局部放大（其中200米以内的部分没有画出）。如果用水平线在上图中切取截面则得到一定目标高度时多径衰落随距离变化的关系图。下面是几种天线高度情况下的多径衰落随距离变化关系图。下面是近距离局部放大图：从这些盲区图可以看出如下几个特点：一、当目标距离远远大于天线高度和目标自身高度时，盲区基本上分布在目标高度与距离之比为常数的位置上，而且是连成片的。这是因为：当时，回波衰落，此时目标高度和距离之比满

8、足：，可见，盲区位置与波长和天线高度有关，通过改变波长或雷达天线高度可以改变距离-高度图上多径盲区的分布。二、近距离处盲区出现得越来越频繁。近距离处的盲区不成片，而是由一个一个的孤岛构成，这对于距离和高度都占据很大范围的大目标来说影响要小一些，目标总有部分反射点的回波能够被雷达探测到；但是对于小目标来说情况就不同了，很容易落入某个孤岛形盲区，使得雷达难以探测到。而且由于盲区孤岛出现得频繁，小目标刚刚