李一楠 張林讓 盧海梁 李鵬飛 呂容川 李 浩 付庸杰邱爾雅 唐世陽(yáng)

①(西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安710071)

②(中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院 西安710100)

③(武漢凡谷電子技術(shù)股份有限公司 武漢430200)

1 引言

在現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)空中目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤一直以來(lái)都是各軍事強(qiáng)國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)之一[1]?？罩心繕?biāo)的探測(cè)常見(jiàn)手段主要有可見(jiàn)光、紅外和主動(dòng)雷達(dá)。然而，這些探測(cè)手段均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)[2]。當(dāng)前，被動(dòng)微波無(wú)源探測(cè)技術(shù)作為一種全被動(dòng)探測(cè)技術(shù)，而備受關(guān)注[3]。被動(dòng)微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)主要是利用目標(biāo)與背景的微波熱輻射亮溫差異來(lái)探測(cè)目標(biāo)的，其主要設(shè)備是微波輻射計(jì)，屬于無(wú)源雷達(dá)的范疇[3]。被動(dòng)微波輻射無(wú)源探測(cè)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，不發(fā)射任何信號(hào)，具有功耗低、隱蔽性強(qiáng)、受海雜波干擾小等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)對(duì)隱身目標(biāo)也具有較好的探測(cè)能力。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者一直在開(kāi)展其在軍事偵察等方面應(yīng)用研究[4–6]。

然而，被動(dòng)微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)一直受制于微波輻射計(jì)空間分辨率較低的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測(cè)。20世紀(jì)80年代，Ruf等人[7]借鑒了射電天文中“孔徑綜合”的思想，提出了綜合孔徑微波輻射計(jì)，以提高其空間分辨率。20世紀(jì)90年代，歐空局開(kāi)始了地球低軌道的星載2維綜合孔徑微波輻射計(jì)MIRAS，MIRAS是一個(gè)L波段的“Y”型69單元的2維綜合孔徑輻射計(jì)，于2009年11月2日成功發(fā)射升空，MIRAS是世界上首個(gè)且唯一在軌的星載綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)[8]。綜合孔徑微波輻射計(jì)在高分辨率靜止軌道大氣探測(cè)的應(yīng)用也備受關(guān)注，2002年，美國(guó)航天局提出了靜止軌道星載綜合孔徑微波輻射計(jì)項(xiàng)目GeoSTAR[9]；2005年，歐空局于提出了地球靜止軌道星載綜合孔徑微波輻射計(jì)項(xiàng)目GAS[10]；2009年，中國(guó)科學(xué)院空間中心提出了一種旋轉(zhuǎn)圓形的綜合孔徑微波輻射計(jì)項(xiàng)目GIMS[11]。

與此同時(shí)，微波輻射測(cè)量技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用也逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。1998年，南京理工大學(xué)提出采用毫米波輻射計(jì)反空中涂層隱身飛機(jī)的方法[1]；2001年，中科院空間中心提出利用微波輻射計(jì)探測(cè)隱身目標(biāo)；2002年，德國(guó)航天中心展示了機(jī)載綜合孔徑微波輻射計(jì)對(duì)地軍事目標(biāo)進(jìn)行偵察的研究工作[12]。2004年，波蘭華沙技術(shù)大學(xué)提出利用多基輻射計(jì)相關(guān)測(cè)量來(lái)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方法[13]；同年，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所指出使用綜合孔徑微波輻射計(jì)可觀察到1.5 km外地面上3 m×3 m大小的金屬目標(biāo)[14]。2005年，華中科技大學(xué)成功研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)一維綜合孔徑微波輻射計(jì)，并利用該系統(tǒng)在微波輻射無(wú)源探測(cè)方面展開(kāi)一系列研究[15,16]。2015年，中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院開(kāi)展了高分辨率綜合孔徑微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)用于全天時(shí)、全天候、隱蔽性探測(cè)海面大型艦船目標(biāo)的相關(guān)研究，于2018年開(kāi)展了機(jī)載驗(yàn)證試驗(yàn)[2,3,17]。

針對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤的問(wèn)題，本文提出了利用地基綜合孔徑微波輻射計(jì)作為一種無(wú)源探測(cè)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)。本文詳細(xì)闡述了地基綜合孔徑微波輻射計(jì)空中目標(biāo)無(wú)源探測(cè)理論；建立了地對(duì)空?qǐng)鼍跋碌目罩心繕?biāo)探測(cè)概率方程，并基于探測(cè)概率方程討論系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)和可行性；最后開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證地基綜合孔徑微波輻射計(jì)的空中目標(biāo)無(wú)源探測(cè)技術(shù)的可行性。

2 地基綜合孔徑微波輻射計(jì)空中目標(biāo)無(wú)源探測(cè)理論

微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)主要是利用目標(biāo)與背景的微波輻射亮溫差異來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效探測(cè)。當(dāng)?shù)鼗C合孔徑微波輻射計(jì)觀測(cè)空中目標(biāo)時(shí)，其背景是天空，而天空是典型的低亮溫場(chǎng)景[18,19]。對(duì)于空中金屬目標(biāo)而言，由于其自身輻射和地表高輻射亮溫的反射使得其在微波輻射亮溫圖像中成為明顯的高亮溫目標(biāo)；對(duì)于空中隱身目標(biāo)而言，由于隱身目標(biāo)自身的高輻射率產(chǎn)生高的微波輻射亮溫同樣使其在微波輻射亮溫圖像中成為明顯的高亮溫目標(biāo)?；诳罩薪饘倌繕?biāo)和隱身目標(biāo)在微波輻射亮溫圖像中的高亮溫特征，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)。如圖1所示，給出了空中目標(biāo)探測(cè)模型示意圖。微波輻射計(jì)觀測(cè)的亮溫主要有3部分：目標(biāo)自身輻射亮溫、地表總輻射經(jīng)目標(biāo)反射亮溫和目標(biāo)與輻射計(jì)之間的大氣下行輻射亮溫。

在目標(biāo)參考面，空中目標(biāo)的微波輻射亮溫圖像可表示

其中，Ts表示天空背景的微波輻射亮溫。假設(shè)空中目標(biāo)物理溫度為300 K，天空背景的微波輻射亮溫為3 K，地表向上輻射亮溫為250 K。若空中目標(biāo)為金屬目標(biāo)，工作頻率在100 GHz以內(nèi)時(shí)其輻射率e不超過(guò)0.1，則該空中金屬目標(biāo)的亮溫約為255 K，此時(shí)空中金屬目標(biāo)與天空背景的亮溫差值?Tt=252K；若空中目標(biāo)為隱身目標(biāo)，且輻射率e為0.8時(shí)，則該空中隱身目標(biāo)的亮溫約為290 K，此時(shí)空中金屬目標(biāo)與天空背景的亮溫差值?Tt=287K。由此可知，空中金屬目標(biāo)或空中隱身目標(biāo)在天空背景下均呈現(xiàn)出高亮溫特征。

在地基綜合孔徑微波輻射計(jì)參考面，獲得的空中目標(biāo)和天空的背景的分別表示為

圖1 空中目標(biāo)探測(cè)模型示意圖

如圖2所示，分別給出了10.7 GHz時(shí)地表背景下空中金屬目標(biāo)和空中隱身目標(biāo)的微波輻射亮溫圖。由圖2可知：空中金屬目標(biāo)或隱身目標(biāo)在天空背景下均呈現(xiàn)出高亮溫特征，在微波輻射亮溫圖像中呈現(xiàn)出高對(duì)比度，這與上述理論分析是一致的。綜上所述：基于空中目標(biāo)與天空背景的微波輻射亮溫差異，即空中金屬目標(biāo)或隱身目標(biāo)在微波輻射亮溫圖像中呈現(xiàn)高亮溫特征可實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的有效探測(cè)。

圖2 空中金屬目標(biāo)和隱身目標(biāo)的微波輻射亮溫圖

3 系統(tǒng)探測(cè)性能與可行性分析

文獻(xiàn)[3]中，定義了“系統(tǒng)探測(cè)度”來(lái)定量化衡量微波輻射無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)能力，推導(dǎo)了目標(biāo)探測(cè)方程方程。本節(jié)借鑒了文獻(xiàn)[3]的方法探討了空中目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)性能與可行性。

在目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)探測(cè)度來(lái)定量化衡量系統(tǒng)的探測(cè)能力[2,3]，其定義為

其中，?TB表 示系統(tǒng)的靈敏度，?θX和?θY分別表示的是X方向和Y方向的角分辨率。系統(tǒng)探測(cè)度越大，系統(tǒng)探測(cè)能力越強(qiáng)。

在目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)中，也可利用探測(cè)概率來(lái)定量化衡量系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)性能[2,3]。根據(jù)相關(guān)理論[2,3]和空中目標(biāo)探測(cè)模型，可推導(dǎo)基于恒虛警率的空中目標(biāo)探測(cè)概率方程

其中，k表示空中目標(biāo)到地基綜合孔徑微波輻射計(jì)間大氣衰減。

空中目標(biāo)到地基綜合孔徑微波輻射計(jì)間大氣的衰減又與大氣、云、霧中水汽含量和液水含量以及降雨量有關(guān)[16]。因此，大氣下行衰減可表示為

其中，v和w分別表示水汽和液水含量，R表示降雨率。

將式(12)和式(13)代入式(11)可得

聯(lián)合式(11)和式(14)可知：(1)在恒虛警概率下，目標(biāo)的探測(cè)概率與系統(tǒng)探測(cè)度、目標(biāo)有效輻射截面、目標(biāo)與背景的輻射亮溫差、探測(cè)距離和大氣透射率密切相關(guān)；(2)在恒虛警概率下，當(dāng)目標(biāo)有效輻射截面越大、目標(biāo)與背景的輻射亮溫差值越大、探測(cè)距離越小、大氣透射率的越高(衰減越小)，則目標(biāo)的探測(cè)概率越高，反之，目標(biāo)探測(cè)概率越低。下面將詳細(xì)地分析系統(tǒng)探測(cè)性能與工作頻率、飛行高度、天氣因素、探測(cè)距離和目標(biāo)有效輻射截面的關(guān)系。

3.1 工作頻率

根據(jù)式(11)和式(14)可知：大氣的透射率與系統(tǒng)的探測(cè)性能相關(guān)，即大氣的衰減與系統(tǒng)的探測(cè)性能密切相關(guān)，大氣衰減越大，輻射計(jì)的視在亮溫差值越小，系統(tǒng)的探測(cè)能力越弱。而大氣的衰減又與頻率有關(guān)，根據(jù)Liebe建立的大氣微波輻射傳輸模型—MPM 93模型[16]，圖3給出了晴朗天氣(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1013 h Pa，大氣溫度288 K，水汽含量7.5 g/cm)下大氣衰減系數(shù)與工作頻率的曲線關(guān)系。在被動(dòng)微波遙感中，常選擇大氣窗口作為被動(dòng)微波遙感的工作頻率，比如6.8 GHz,10.6 GHz,18.7 GH,23.8 GHz,37 GHz和94 GHz等。

同樣，根據(jù)Liebe建立的大氣微波輻射傳輸模型—MPM93模型[16]，圖4給出大氣溫度288 K時(shí)10.7 GHz和37.0 GHz信號(hào)分別在夏季中緯和冬季中緯地區(qū)的大氣衰減率與高度(海拔)的變化曲線。由圖4可知：大氣的衰減系數(shù)隨海拔高度的上升呈現(xiàn)出近似負(fù)指數(shù)遞減的變化趨勢(shì)，且夏季中緯地區(qū)的大氣衰減率高于冬季中緯地區(qū)的大氣衰減率。這主要是由于大氣中的水汽含量隨海拔高度升高而急劇下降導(dǎo)致的，且夏季的大氣水汽含量高于冬季的大氣水汽含量。由圖4亦可知：當(dāng)海拔高度高于10 km時(shí)(高出對(duì)流層)，可近似忽略大氣衰減。由此不難預(yù)測(cè)：當(dāng)探測(cè)距離相同時(shí)，目標(biāo)飛行高度越低，路徑的大氣衰減累積越大，對(duì)系統(tǒng)的性能影響亦越大。

3.2 飛行高度

假設(shè)探測(cè)目標(biāo)為某一典型空中隱身目標(biāo)，其翼展面積為478 m2，且認(rèn)為翼展面積等于仰角為90°時(shí)的有效輻射截面，且有效輻射截面隨仰角變化而變化，可近似等于翼展面積乘以仰角的正弦函數(shù)，探測(cè)距離為200 km，虛警率為10–5。圖5給出了在夏季中緯度晴空大氣條件下，工作頻率在10.7 GHz，海表鹽度32 psu和海表溫度300 K海洋背景下，不同高度時(shí)系統(tǒng)探測(cè)度與目標(biāo)探測(cè)概率的曲線關(guān)系。由圖5可知：在探測(cè)距離相同時(shí)，飛行高度越低，目標(biāo)的探測(cè)概率越低，對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)能力要求越高。這與之前分析是一致的，在相同的探測(cè)距離下，飛行高度越低，由于底層大氣的衰減系數(shù)較大，使得整個(gè)傳輸路徑對(duì)信號(hào)的衰減增大，從而降低了系統(tǒng)的探測(cè)能力和目標(biāo)的探測(cè)概率。

3.3 天氣因素

根據(jù)Liebe建立的大氣微波輻射傳輸模型，大氣的透射率與天氣是密切相關(guān)。根據(jù)式(11)和式(14)綜合可知：系統(tǒng)的探測(cè)能力也容易受到天氣因素的影響，包括云、霧和降雨等[3]。假設(shè)探測(cè)目標(biāo)同為圖5中海洋背景下的典型空中隱身目標(biāo)，工作頻率在10.7 GHz，飛行高度為10 km，探測(cè)距離為200 km，虛警率為10–5。圖6分別給出了晴空大氣、濃積云、濃霧、重霧、微雨(0.5 mm/h)、小雨(1 mm/h)和中雨(4 mm/h)下系統(tǒng)探測(cè)度與探測(cè)概率的關(guān)系曲線。需要說(shuō)明的是，由于晴空大氣、濃積云和濃霧的衰減非常小，圖6中晴空大氣、濃積云和濃霧的曲線幾乎重合了。由圖6綜合分析可知：晴空大氣、濃積云和濃霧等對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)能力影響幾乎可以忽略，重霧、微雨和小雨對(duì)系統(tǒng)探測(cè)能力有一定的影響，而中雨對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)能力影響較大。

圖3 晴朗天氣下不同工作頻率下的衰減圖

圖4 10.7 GHz和37 GHz信號(hào)的衰減系數(shù)隨海拔高度的變化曲線

3.4 探測(cè)距離

根據(jù)式(14)可知：目標(biāo)探測(cè)概率與目標(biāo)探測(cè)距離密切相關(guān)。假設(shè)探測(cè)的目標(biāo)同樣為圖5中海洋背景下的典型空中隱身目標(biāo)，飛行高度為10 km，系統(tǒng)工作頻率為10.7 GHz，系統(tǒng)探測(cè)度為5×106K–1rad–2，目標(biāo)虛警率為10–5。圖7給出了晴空大氣下探測(cè)距離與探測(cè)概率的關(guān)系曲線。由圖7可知：目標(biāo)的探測(cè)概率隨著探測(cè)距離的增加而降低。圖7的結(jié)果表明：當(dāng)探測(cè)距離小于235 km時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該典型隱身目標(biāo)的探測(cè)概率優(yōu)于90%，此時(shí)系統(tǒng)探測(cè)度5×106K–1rad–2。此時(shí)對(duì)應(yīng)的典型的系統(tǒng)靈敏度和角分辨率分別為1.1 K,0.029°。

3.5 目標(biāo)有效輻射截面

根據(jù)式(14)可知，目標(biāo)的探測(cè)概率與目標(biāo)有效輻射截面密切相關(guān)。圖8給出了飛行高度為10 km，系統(tǒng)工作頻率為10.7 GHz，系統(tǒng)探測(cè)度為5×106K–1rad–2，目標(biāo)虛警率為10–5，探測(cè)距離200 km時(shí)，晴空大氣目標(biāo)有效輻射截面與探測(cè)概率的關(guān)系曲線。由圖8可知：目標(biāo)有效輻射截面與系統(tǒng)的探測(cè)性能正相關(guān)，目標(biāo)有效輻射截面越大，目標(biāo)的探測(cè)概率越大。

由上述分析可知：當(dāng)系統(tǒng)工作在10.7 GHz、系統(tǒng)探測(cè)度為5×106K–1r ad–2時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)距離220 km、高度10 km的某一典型軍事目標(biāo)的有效探測(cè)。式(10)又可以表示為

圖5 晴空大氣條件下，不同飛行高度下，系統(tǒng)探測(cè)度與目標(biāo)探測(cè)概率的曲線關(guān)系

圖6 不同天氣因素下系統(tǒng)探測(cè)度與探測(cè)概率曲線關(guān)系

其中，?R X和?R Y分別表示X軸方向和Y軸方向的空間分辨率。一般認(rèn)為?R X=?R Y=?R，根據(jù)式(15)計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)度為5×106K–1rad–2、探測(cè)距離為220 km時(shí)，系統(tǒng)的靈敏度與空間分辨率的曲線關(guān)系，如圖9所示。由圖9可知：當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)度一定時(shí)，空間分辨率與系統(tǒng)靈敏度之間呈反比。當(dāng)系統(tǒng)角分辨率為0.029°、系統(tǒng)靈敏度為0.97 K、工作頻率為10.7 GHz時(shí)，系統(tǒng)規(guī)模在60～70 m的量級(jí)，陣元數(shù)目接近10000個(gè)，這在工程上也是可以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)工作頻率越高，系統(tǒng)規(guī)模越小，但是受大氣影響越大。因此，在實(shí)際中應(yīng)該綜合考慮大氣影響和系統(tǒng)規(guī)模兩個(gè)因素選擇合適的工作頻率。

綜上所述：地基綜合孔徑空中目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)是可行的；其探測(cè)性能主要與探測(cè)距離、目標(biāo)有效輻射截面、目標(biāo)飛行高度等密切相關(guān)；探測(cè)距離越近、目標(biāo)有效輻射截面越大、目標(biāo)飛行高度越高，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)概率越高；同時(shí)，天氣因素對(duì)目標(biāo)的探測(cè)性能也有一定的影響，云和霧對(duì)探測(cè)性能的影響較小，而中雨以上的降雨對(duì)系統(tǒng)探測(cè)性能影響較大，其將嚴(yán)重惡化系統(tǒng)的探測(cè)能力。

圖7 探測(cè)距離與探測(cè)概率的曲線關(guān)系

圖8 探測(cè)概率與有效輻射截面的曲線關(guān)系

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證地基綜合孔徑微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)的可行性，開(kāi)展了空中目標(biāo)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備是一臺(tái)單臂6單元“Y”型的X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)，如圖10(a)所示，其關(guān)鍵指標(biāo)如表1所示。

在實(shí)驗(yàn)中，主要是利用該X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)起飛過(guò)程中的運(yùn)12飛機(jī)進(jìn)行探測(cè)，如圖10(b)所示，由于系統(tǒng)空間分辨率較低，反演圖像均采取了3倍補(bǔ)0。實(shí)驗(yàn)中，首先，利用X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)對(duì)運(yùn)12飛機(jī)整個(gè)起飛過(guò)程進(jìn)行探測(cè)，采集探測(cè)數(shù)據(jù)；隨后，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正和亮溫反演，獲得探測(cè)目標(biāo)的微波輻射亮溫圖像；最后，利用目標(biāo)探測(cè)算法對(duì)微波輻射亮溫圖像進(jìn)行目標(biāo)標(biāo)識(shí)、探測(cè)與跟蹤。如圖11(a)所示給出運(yùn)12飛機(jī)在起飛整個(gè)過(guò)程中3個(gè)不同時(shí)刻的光學(xué)圖像，圖11(b)給出了對(duì)應(yīng)時(shí)刻的獲得微波輻射亮溫圖像，圖11(c)給出了對(duì)應(yīng)的目標(biāo)標(biāo)識(shí)圖像。

圖9 系統(tǒng)靈敏度與空間分辨率的曲線關(guān)系

圖10 X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)和運(yùn)12飛機(jī)

表1 X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)相關(guān)參量

運(yùn)12飛機(jī)由金屬材料組成的，根據(jù)第2節(jié)中空中目標(biāo)的微波輻射特性可知：運(yùn)12飛機(jī)將反射地表的微波輻射亮溫，使得X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)接收飛機(jī)總的亮溫遠(yuǎn)大于天空背景亮溫，其在微波輻射亮溫圖像中將呈現(xiàn)出高亮溫的特征。觀察圖11可發(fā)現(xiàn)：在亮溫圖像中，與光學(xué)圖像中運(yùn)12飛機(jī)對(duì)應(yīng)的位置上出現(xiàn)了一個(gè)高溫區(qū)，3個(gè)時(shí)刻的亮溫圖像均呈現(xiàn)出上述特征，這與上述理論情況是基本吻合的。由此可斷定亮溫圖中高亮溫區(qū)域是實(shí)際光學(xué)圖像中該運(yùn)12飛機(jī)的亮溫圖像，且其與天空背景的亮溫圖像對(duì)比較為明顯。再根據(jù)這一特征，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤。上述實(shí)驗(yàn)充分表明地基綜合孔徑微波輻射計(jì)作為一種地基微波無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)是可行性的。

在實(shí)驗(yàn)中，由于系統(tǒng)積分時(shí)間為20 ms，此時(shí)系統(tǒng)星下點(diǎn)靈敏度約為3.35 K，星下點(diǎn)角分辨率為7.2°(加Blackman窗)，飛機(jī)距離X波段綜合孔徑微波輻射計(jì)的距離大約300 m，飛機(jī)是由涂層金屬組成，側(cè)視有效輻射截面約為20 m2，10.65 GHz時(shí)輻射率接近為0，由于探測(cè)距離較近，可忽略大氣的衰減，基于上述參量再根據(jù)式(11)可以計(jì)算得到在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)12飛機(jī)的探測(cè)概率在虛警率為10–5時(shí)理論上應(yīng)該為100%。在實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)探測(cè)概率定義為飛機(jī)在系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)被探測(cè)到的幀數(shù)與飛機(jī)在系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)總幀數(shù)的百分比，通過(guò)對(duì)所有探測(cè)圖像的分析和統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)驗(yàn)中飛機(jī)的探測(cè)概率為100%、虛警率為0，這與上述理論結(jié)果是吻合的。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)中空中目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤的問(wèn)題，本文提出了利用地基綜合孔徑微波輻射計(jì)作為一種無(wú)源探測(cè)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)。地基綜合孔徑微波輻射計(jì)空中目標(biāo)無(wú)源探測(cè)理論主要是利用天空背景下的空中目標(biāo)的高亮溫特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)?；诮⒌目罩心繕?biāo)探測(cè)模型，推導(dǎo)了空中目標(biāo)探測(cè)概率方程，詳細(xì)地分析了地基綜合孔徑空中目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)的可行性，同時(shí)從探測(cè)概率的角度討論了系統(tǒng)探測(cè)性能與系統(tǒng)探測(cè)度、目標(biāo)有效輻射截面、探測(cè)距離和天氣等因素之間的關(guān)系。理論推導(dǎo)和仿真分析均表明：(1)地基綜合孔徑空中目標(biāo)微波輻射無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)是可行的；(2)系統(tǒng)探測(cè)性能主要與探測(cè)距離、目標(biāo)有效輻射截面、目標(biāo)飛行高度等密切相關(guān)；(3)探測(cè)距離越近、目標(biāo)有效輻射截面越大、目標(biāo)飛行高度越高，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)概率越高；(4)天氣與目標(biāo)的探測(cè)性能也有一定的影響，云和霧對(duì)探測(cè)性能的影響較小，而中雨以上的降雨對(duì)系統(tǒng)探測(cè)性能影響較大，將嚴(yán)重惡化系統(tǒng)的探測(cè)能力。為了驗(yàn)證技術(shù)的可行性，開(kāi)展了空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明地基綜合孔徑微波輻射計(jì)的空中目標(biāo)無(wú)源探測(cè)技術(shù)探測(cè)空中目標(biāo)是可行的。在后續(xù)研究中，將深入開(kāi)展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，從定量化的角度充分地驗(yàn)證相關(guān)理論的正確性和合理性。

圖11 3個(gè)不同時(shí)刻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果