海杂波建模与仿真

　　1　引言

　　利用目标的电磁散射特性发现和识别目标是雷达的基本工作原理,而目标存在或隐蔽于周围环境中,海杂波就是海面雷达波照射到海面的回波信号,其将严重影响雷达目标信号检测。对海杂波特性的深入了解并通过雷达信号处理可以最大限度地发挥雷达在杂波环境中的工作性能。

　　海杂波的仿真在环境仿真中具有非常重要的地位,海杂波信号幅度分布的模型主要有高斯分布、瑞利分布、韦伯分布、对数正态分布和K分布。

　　对于产生具有特定分布的随机序列的算法已经比较成熟,但所产生的随机序列均属白噪声序列,在实际海杂波中却不是这样的,因此对于海杂波功率谱的仿真不能简单采用高斯模型,而应该用ZMNL和SIRP方法对高斯序列进行处理以满足要求。

　　2　海杂波模型

　　当雷达探测位于海面上的目标时,雷达接收信号中除目标回波以外,还叠加有不需要的被照射区域的反射回波信号,即海杂波。海杂波模拟是雷达系统模拟中不可缺少的重要一环,它是雷达环境仿真逼真度的决定性因素。在此首先分析一下海杂波模型。

　　2.1　杂波功率

　　雷达接收的来自海面杂波信号的功率可表示为:

　　式(1)中:Pt为雷达发射功率、G为天线增益、λ为雷达信号波长、R为距离、Lr为雷达综合损耗、σc为杂波散射截面。

　　对于常规脉冲雷达,在波束入射余角θg较小时,杂波散射截面可表示为

　　式(2)中:σ0为海面的后向散射系数、ΔA为雷达分辨单元面积、c为光速、τ为脉冲宽度、θa为雷达天线方向波束宽度。

　　影响的因素很多,在雷达杂波模拟中,必须根据雷达和环境参数选择合适的后向散射系数模型。

　　2.2　海面后向散射系数

　　海杂波的σ0与海况(波高、波向、风速、风向)、极化、波长和入射角等有关,尽管很多文献中给出了海杂波σ0的模型,但许多模型即使在相同条件下,σ0的值也会相差几十分贝。现在常用的估计海杂波σ0的公式有:

　　式(3)中:θc为临界角,h1/10为1/10有效浪高,它们均与海况有关,θg为入射余角。

　　式(4)中:KB为蒲氏海况级别,hav为平均浪高,它们均与海况有关,最后一项在θg θc时加入。

　　但是,经过与实测数据的比较,上述经验公式与实测数据有一定的出入,而且不包括极化和风向的影响,误差可大到几十分贝。为了给海杂波仿真提供较为合理的模型,根据X、C、S、L波段脉宽为0.5~10μs的单站雷达在海况1、3、5时HH极化与VV极化的实测数据,对上式公式进行修正来估计小于10°的入射余角下X、C、S、L波段,1~7级海况的水平和垂直极化的σ0。修正的估计公式如下