譚 嘯, 楊志偉, 何鵬遠(yuǎn), 吳翔宇

(西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710071)

0 引 言

星載單基地雷達(dá)的運(yùn)行軌跡確定,波束在地面覆蓋范圍廣,容易受到蓄意干擾的影響,使得其生存能力受到威脅[1-4]。在此背景下,星載雙基地雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生,該雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射站和接收站分別置于兩顆不同衛(wèi)星平臺(tái)[2-3,5]。由于接收站靜默,相比單基地雷達(dá)具有較強(qiáng)的抗干擾能力[2-3];同時(shí),目標(biāo)的雙站散射截面積增大,使得星載雙基地雷達(dá)反隱身能力更強(qiáng)[6-7]。但是星載雙基地雷達(dá)同樣俯視工作,不可避免地會(huì)受到嚴(yán)重的地/海雜波干擾[8-9],當(dāng)信雜噪比(signal-to-clutter-plus-noise ratio, SCNR)較低時(shí),動(dòng)目標(biāo)會(huì)被淹沒在雜波背景中無法直接檢測(cè)[10-13]。星載雙基地雷達(dá)與單基地雷達(dá)的雜波特性有很大差異,雙基地系統(tǒng)收發(fā)分置使得其雜波特性更加復(fù)雜,在工程中檢測(cè)目標(biāo)面臨很大的挑戰(zhàn)。一方面,收發(fā)分置使得同一距離環(huán)上不同區(qū)域的方位分辨率相差較大[14-18]。另一方面,回波的多普勒頻率受到兩平臺(tái)共同調(diào)制,而空間頻率僅由接收平臺(tái)決定,這就使得雙基地雷達(dá)的空時(shí)二維雜波特性非常復(fù)雜[19-27]。在不同的雙基構(gòu)型下呈現(xiàn)不同的距離依賴性,導(dǎo)致雜波抑制性能惡化[21,25]。因此,為了提升星載雙基地雷達(dá)的探測(cè)能力,探尋利于檢測(cè)的雙基構(gòu)型,研究不同星載雙基構(gòu)型下的雜波特性很有必要,能夠?yàn)閷?shí)際工程中星載雙基地雷達(dá)探測(cè)提供理論支撐。

由于缺乏星載雙基地雷達(dá)的雜波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),通過仿真探尋雜波特性的規(guī)律是有效途徑,建立嚴(yán)格的雜波信號(hào)模型是分析雜波特性的基礎(chǔ)。現(xiàn)有的星載雙基地雷達(dá)雜波信號(hào)建模方法能夠準(zhǔn)確地描述兩星位置和雙基距離環(huán)的位置,能夠基于雜波空時(shí)導(dǎo)向矢量給出雜波信號(hào)的表達(dá)式[19-27],但是存在如下的兩個(gè)問題。其一,方位向散射單元采用均勻劃分的方式,忽略了方位分辨率的影響。方位分辨率的惡化不僅會(huì)使雜波強(qiáng)度增大,還會(huì)使多普勒分辨率惡化,導(dǎo)致不同的空間錐角對(duì)應(yīng)同一個(gè)多普勒頻率。其二,由于衛(wèi)星平臺(tái)速度較大,“停走?！奔僭O(shè)[28-29]不再成立?，F(xiàn)有建模方式是將機(jī)載平臺(tái)的空時(shí)模型類比平移到星載雙基平臺(tái),忽略了上述問題,會(huì)對(duì)分析星載雙基地雷達(dá)雜波特性的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

針對(duì)上述研究問題,文獻(xiàn)[25]基于傳統(tǒng)的空時(shí)模型,對(duì)類單基構(gòu)型、跟飛構(gòu)型和同軌道高不同軌面構(gòu)型3種典型星載雙基構(gòu)型的雜波抑制性能進(jìn)行了分析,但該文的分析比較籠統(tǒng)不夠細(xì)致。本文在考慮分辨率空變的基礎(chǔ)上,基于嚴(yán)格的斜距歷程,針對(duì)跟飛構(gòu)型,建立了星載雙基地雷達(dá)雜波信號(hào)模型。在建立的雜波信號(hào)模型基礎(chǔ)上,分析了分辨率空變性及其對(duì)雜波譜的影響。并結(jié)合全鏈路評(píng)估模型,以SCNR損失為指標(biāo),研究了不同基線長(zhǎng)度和觀測(cè)區(qū)域?qū)π阅艿挠绊?能夠?yàn)閷?shí)際工程中跟飛構(gòu)型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和觀測(cè)模式設(shè)計(jì)提供支撐。

1 信號(hào)模型

1.1 幾何模型

由于實(shí)際工程中通常是對(duì)處于同一距離環(huán)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,因此本節(jié)根據(jù)跟飛構(gòu)型的星地幾何關(guān)系,建立了雙基等距離環(huán)模型。同時(shí),根據(jù)雷達(dá)探測(cè)幾何,將雙基等距離環(huán)劃分了4種典型的觀測(cè)區(qū)域。

星載雙基地雷達(dá)的發(fā)射站和接收站位于空間中不同位置,跟飛構(gòu)型在慣性空間內(nèi)的星地幾何關(guān)系如圖1所示,發(fā)射站和接收站的軌道高度分別為HT和HR,發(fā)射站和接收站速度向量沿同一軌道的切線方向,分別為VT和VR。地面散射單元S相對(duì)發(fā)射站和接收站的下視角分別為βT和βR,相對(duì)發(fā)射站和接收站速度方向的方位角分別為αTv和αRv。假設(shè)發(fā)射站和接收站陣面方向與速度方向之間的偏航角分別為ΔαT和ΔαR,則地面散射單元S相對(duì)發(fā)射站和接收站陣面方向的方位角分別為αT=αTv-ΔαT和αR=αRv-ΔαR。

圖1 星載雙基雷達(dá)跟飛構(gòu)型幾何示意Fig.1 Geometry of following configuration of spaceborne bistatic radar

為了描述兩星的相對(duì)位置關(guān)系,本文建立了相對(duì)關(guān)系坐標(biāo)系O-XYZ。由于系統(tǒng)在實(shí)際工作中通常由接收站接收回波信號(hào)進(jìn)行空時(shí)自適應(yīng)處理(space time adaptive processing, STAP),空時(shí)導(dǎo)向矢量的構(gòu)建以接收站為依據(jù),因此在建立坐標(biāo)系時(shí)以接收站為原點(diǎn);以接收站所在軌道的切線方向,即速度向量方向?yàn)閄軸;以接收站指向地心的方向?yàn)閅軸;Z軸由右手螺旋定則確定。為方便分析,假設(shè)接收站位于發(fā)射站后方,根據(jù)幾何關(guān)系可得發(fā)射站坐標(biāo):

T=[LcosβTR,LsinβTR,0]T

(1)

式中:L表示基線長(zhǎng)度;βTR表示發(fā)射站相對(duì)接收站的俯仰角;L和βTR之間的關(guān)系為

(2)

式中:Re表示地球半徑。

發(fā)射站速度方向在XOY平面內(nèi),沿軌道切線方向,與接收站速度方向(X軸)間的夾角為

θTR=2βTR

(3)

下面給出計(jì)算雙基距離環(huán)位置坐標(biāo)的方法。以發(fā)射站和接收站為焦點(diǎn)做一橢球面,橢球面的半長(zhǎng)軸為雙基距離和,該橢球面與地球表面的交線即為該雙基距離和下的雙基距離環(huán),如下所示:

(4)

式中:x、y和z表示距離環(huán)上點(diǎn)的坐標(biāo);[Tx,Ty,Tz]T表示發(fā)射站坐標(biāo);a表示橢球面的半長(zhǎng)軸;b表示橢球面的短軸。

圖2給出了跟飛構(gòu)型下的觀測(cè)示意。對(duì)于雙基距離和較大的區(qū)域觀測(cè),如圖2(a)所示,將觀測(cè)區(qū)域劃分為同前視區(qū)、同外側(cè)區(qū)和同后視區(qū);對(duì)于雙基距離和較小的區(qū)域觀測(cè),如圖2(b)所示,稱為同內(nèi)側(cè)區(qū)。

圖2 跟飛構(gòu)型觀測(cè)示意圖Fig.2 Observation model of following configuration

需要注意的是,只有當(dāng)?shù)孛嫔⑸鋯卧瑫r(shí)落在發(fā)射站和接收站波束覆蓋范圍內(nèi),其散射回波才能被系統(tǒng)接收,因此在雙基距離和過大或兩基線過長(zhǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)截?cái)嘈?yīng)。圖3給出了出現(xiàn)截?cái)嘈?yīng)時(shí),有效散射區(qū)域在相對(duì)關(guān)系坐標(biāo)系XOZ平面的投影示意圖,受地球曲率影響,接收站和發(fā)射站能夠共同覆蓋的最大區(qū)域分別在⊙R和⊙T內(nèi),因此可視區(qū)域?yàn)閮蓤A相交區(qū)域。

圖3 有效散射區(qū)域示意圖Fig.3 Effective scattering region

1.2 雜波信號(hào)模型

在第1.1節(jié)建立的雙基幾何模型的基礎(chǔ)上,建立每一距離環(huán)的雜波信號(hào)模型?？蓪⒌孛鎰澐殖删W(wǎng)格狀場(chǎng)景,每個(gè)網(wǎng)格可看成一個(gè)散射單元,場(chǎng)景回波是其內(nèi)部所有散射單元回波的疊加[30-31]。現(xiàn)有的星載雙基地雷達(dá)地面散射單元?jiǎng)澐址绞讲捎镁鶆騽澐?忽略了分辨率空變性的影響。本文通過計(jì)算出雙基雷達(dá)的距離分辨率和方位分辨率,將場(chǎng)景按分辨率為間隔進(jìn)行劃分,方位分辨率ρa(bǔ)和距離分辨率ρr[14]分別為

(5)

式中:c表示光速;Bs表示信號(hào)帶寬;γ表示雜波散射單元指向發(fā)射站和接收站的兩向量之間的夾角;k1和k2分別表示0.886的3 dB展寬系數(shù)和成像引入的展寬系數(shù);Ta表示積累時(shí)間;G⊥表示地面投影矩陣;ω1和ω2分別表示發(fā)射站與接收站的角速度矢量。

按照分辨率進(jìn)行散射點(diǎn)劃分的雜波模型與均勻劃分的雜波模型相比會(huì)對(duì)兩方面產(chǎn)生影響。其一,分辨率惡化嚴(yán)重時(shí),散射單元的散射面積增大,使得雜波幅度增強(qiáng)。其二,會(huì)產(chǎn)生多普勒模糊,方位分辨率惡化使得散射單元的方位向?qū)挾容^大,對(duì)應(yīng)的接收站空間錐角范圍較大,因此存在多個(gè)空間錐角對(duì)應(yīng)同一個(gè)多普勒頻率的現(xiàn)象,造成雜波譜展寬。

按照實(shí)際分辨率劃分雜波散射點(diǎn)后,假設(shè)第l個(gè)距離環(huán)被劃分成ND個(gè)散射點(diǎn),則第n個(gè)接收通道接收的第l個(gè)距離環(huán)上的回波信號(hào)為

(6)

(7)

(8)

式(7)中,Pn,l.i表示第n個(gè)接收通道接收的第l個(gè)距離環(huán)上第i個(gè)散射單元的回波幅度,其表達(dá)式為

(9)

式中:Pav表示平均發(fā)射功率;Gt和Gr分別表示發(fā)射天線和接收天線增益,與單基地雷達(dá)天線增益的計(jì)算方法相同;σ0表示散射系數(shù)[2];RT0和RR0分別表示初始時(shí)刻發(fā)射站和接收站的斜距歷程;Ls表示系統(tǒng)損耗。

1.3 雜波抑制能力評(píng)估模型

在建立的雜波信號(hào)模型基礎(chǔ)上,本節(jié)建立了衡量雜波抑制性能的分析模型。后續(xù)的性能分析均按此模型進(jìn)行。對(duì)于第l個(gè)距離環(huán),根據(jù)式(6)所示的雜波數(shù)據(jù)表達(dá)式,將第n個(gè)通道接收的第k個(gè)脈沖時(shí)刻的空時(shí)雜波數(shù)據(jù)記為xl(n,k)。因此,第l個(gè)距離環(huán)的空時(shí)二維數(shù)據(jù)的表達(dá)式為

Xl=[xl(1,1),xl(2,1),…,xl(N,1),…,
xl(1,K),xl(2,K),…,xl(N,K)]T+n

(10)

式中:n表示噪聲向量?？諘r(shí)全維自適應(yīng)處理是STAP方法的上限,工程上計(jì)算全維最優(yōu)處理權(quán)矢量的表達(dá)式為

(11)

式中:S表示目標(biāo)的導(dǎo)向矢量,其表達(dá)式為S=Sd?Ss,?表示Kronecker積。

(12)

式中:Lnum表示選取距離環(huán)的數(shù)目。

通常用SCNRLoss衡量雜波抑制性能[30]。在信號(hào)、雜波與噪聲相互獨(dú)立的前提下,輸出SCNR的表達(dá)式為

(13)

因此,SCNRLoss的表達(dá)式為

(14)

式中:SNR表示目標(biāo)的信噪比。

(15)

式中:fd_normal表示SCNRLoss-多普勒頻率曲線中的歸一化多普勒頻率;曲線包含的點(diǎn)數(shù)為num。

2 不同觀測(cè)區(qū)域下雜波特性分析

本節(jié)在建立的信號(hào)模型基礎(chǔ)上,對(duì)跟飛構(gòu)型下不同觀測(cè)區(qū)域的雜波特性進(jìn)行分析,下面進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。選取的軌道參數(shù)和雷達(dá)載荷參數(shù)如表1和表2所示,同后視區(qū)、同外側(cè)區(qū)和同前視區(qū)的場(chǎng)景中心所在距離環(huán)的雙基距離和為1 800 km,同內(nèi)側(cè)區(qū)的場(chǎng)景中心所在距離環(huán)的雙基距離和為1 350 km。

表1 軌道參數(shù)Table 1 Orbital parameters

表2 雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)Table 2 Radar system parameters

根據(jù)軌道參數(shù),計(jì)算得到發(fā)射站相對(duì)接收站的基線L為2 432.3 km,俯仰角βTR為10°,速度夾角θTR為20°。4種觀測(cè)區(qū)域在相對(duì)關(guān)系坐標(biāo)系XOZ平面投影如圖4所示。

圖4 觀測(cè)區(qū)域在XOZ平面投影Fig.4 Observation areas in XOZ projection

2.1 分辨率空變性分析

根據(jù)式(5)所示的距離和方位分辨率表達(dá)式,對(duì)發(fā)射站和接收站可共同觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的距離和方位分辨率進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖5所示。仿真中去除了可觀測(cè)范圍內(nèi)分辨率惡化超過最小分辨率4倍的區(qū)域,因此仿真結(jié)果中有一部分無填充顏色,該部分的分辨率惡化更為嚴(yán)重。圖5中黑色的線條表示觀測(cè)區(qū)域位置。

圖5 距離和方位分辨率等高線分布Fig.5 Contour map of range and azimuth resolution

從圖5(a)能夠看出,距離分辨率最差的區(qū)域集中在了兩星星下點(diǎn)連線附近,其余區(qū)域的距離分辨率相差不大,均小于15 m。從圖5(b)能夠看出,方位分辨率最差的區(qū)域集中在兩星星下點(diǎn)連線中央部分,超過了3 000 m。兩星各自星下點(diǎn)周圍區(qū)域的方位分辨率最好,在2 000 m以下。其余區(qū)域的方位分辨率適中,在2 000～3 000 m之間。

因此,對(duì)于4種觀測(cè)區(qū)域而言,同內(nèi)側(cè)區(qū)的距離和方位分辨率惡化十分嚴(yán)重;同外側(cè)區(qū)與同前/后視區(qū)的距離分辨率接近,方位分辨率后者稍小。

按照?qǐng)D5所示的分辨率分布對(duì)雙基距離環(huán)進(jìn)行散射點(diǎn)劃分。由于方位分辨率較大,一個(gè)雜波散射單元占據(jù)多個(gè)空間錐角,而多普勒頻率僅對(duì)應(yīng)一個(gè)值,產(chǎn)生了多普勒模糊,會(huì)造成雜波譜展寬。圖6給出了同外側(cè)區(qū)觀測(cè)下,考慮與不考慮分辨率空變性影響時(shí)中心距離環(huán)的空時(shí)譜。

圖6 中心距離環(huán)空時(shí)譜Fig.6 Space-time power spectrum of center range cell

2.2 雜波特性分析

對(duì)不同觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的陣面方向如圖7所示。同前/后視區(qū)和同內(nèi)側(cè)區(qū)觀測(cè)時(shí),兩星的天線陣面方向均與衛(wèi)星運(yùn)行方向垂直;同外側(cè)區(qū)觀測(cè)時(shí),考慮天線陣面與衛(wèi)星運(yùn)行方向一致,以及天線陣面法向指向觀測(cè)的場(chǎng)景中心兩種情況。

圖7 陣面方向示意Fig.7 Direction of antenna array

圖8給出了4種觀測(cè)區(qū)域下角度-多普勒曲線的分布情況,仿真了每種觀測(cè)區(qū)域下最小、最大和中心雙基距離環(huán)的角度-多普勒曲線。如圖8(a)和圖8(b)所示,同前視區(qū)和同后視區(qū)的角度-多普勒曲線呈豎直的弧形,且開口方向相反。由于同后視區(qū)相距接收站更近,相同的方位向場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的空間錐角更大,因此同后視區(qū)所占的空間錐角范圍更大,同后視區(qū)的空間錐角余弦的范圍達(dá)到了0.16,同前視區(qū)的范圍為0.045。

圖8 4種觀測(cè)區(qū)域下的角度-多普勒曲線Fig.8 Direction-Doppler curve of four different observation areas

對(duì)于不同距離環(huán)的角度-多普勒曲線分布而言,存在嚴(yán)重的距離依賴性,產(chǎn)生原因主要有兩個(gè)方面,一方面與單基前視距離依賴性的產(chǎn)生原因相同,即陣面方向與平臺(tái)速度方向垂直,另一方面是因?yàn)槭瞻l(fā)雙站位置不重合,使得距離依賴性更加嚴(yán)重。

如圖8(c)所示,同內(nèi)側(cè)區(qū)不同距離環(huán)的空間錐角范圍不同,3個(gè)雙基距離環(huán)對(duì)應(yīng)的接收站空間錐角余弦范圍分別為0.8、1.2和1.6,雙基距離和越大的距離環(huán)對(duì)應(yīng)的空間錐角范圍越大。同時(shí),同內(nèi)側(cè)區(qū)的多普勒頻率范圍很大產(chǎn)生了折疊,使得不同距離環(huán)的角度-多普勒曲線折疊在一起,雜波幾乎分布在了整個(gè)角度-多普勒平面上,不具備檢測(cè)能力。

如圖8(d)和圖8(e)所示,同外側(cè)區(qū)的角度-多普勒曲線近似呈直線型,陣面法線指向場(chǎng)景中心時(shí)的空間錐角范圍比陣面與速度方向一致時(shí)更大。同時(shí)能夠看出,不同距離環(huán)的角度-多普勒曲線也具有較強(qiáng)的距離依賴性,產(chǎn)生的原因是平臺(tái)收發(fā)分置,并且陣面方向與衛(wèi)星運(yùn)行方向不一致時(shí)的距離依賴性更加嚴(yán)重。

2.3 雜波抑制能力分析

假設(shè)目標(biāo)所在的接收站空間錐角余弦為0,固定目標(biāo)的接收站空間錐角余弦,變化其多普勒頻率,得到輸出SCNRLoss曲線如圖9所示。

圖9 輸出SCNRLoss曲線Fig.9 Output SCNRLoss curve

對(duì)于同前視區(qū)和同后視區(qū),由于仿真的最近和最遠(yuǎn)觀測(cè)區(qū)域仍在距離向主瓣范圍內(nèi),雜波幅度接近,因此同前視區(qū)和同后視區(qū)的曲線凹口出現(xiàn)突然下墜的現(xiàn)象。對(duì)于同外側(cè)區(qū),不同距離環(huán)上接收站空間錐角余弦為0處對(duì)應(yīng)的雜波幅度不同,產(chǎn)生上大下小的凹口。

經(jīng)過計(jì)算,同前視區(qū)和同后視區(qū)觀測(cè)的3 dB損失凹口展寬占比均為21.84%。同外側(cè)區(qū)觀測(cè)下,陣面與速度方向一致和陣面法向指向場(chǎng)景中心的3 dB損失凹口展寬占比分別為17.64%和19.24%?？梢?同外側(cè)區(qū)觀測(cè)下的性能比同前視區(qū)和同后視區(qū)更好,同時(shí)陣面與速度方向一致時(shí)性能更好。

3 關(guān)鍵參數(shù)選擇

通過第2節(jié)的討論能夠看出,跟飛構(gòu)型下各觀測(cè)區(qū)域均存在嚴(yán)重的距離依賴性,但同外側(cè)區(qū)相比其他觀測(cè)區(qū)域性能更好。因此,本節(jié)在同外側(cè)區(qū)觀測(cè)的條件下,研究?jī)尚遣煌€長(zhǎng)度和不同觀測(cè)中心位置影響下的檢測(cè)能力,給出參數(shù)選擇結(jié)論。

3.1 兩星不同相對(duì)位置關(guān)系的選擇

仿真使用表2中的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù),軌道參數(shù)除近地點(diǎn)幅角外與表1相同,并且天線陣面方向與衛(wèi)星飛行方向一致。在觀測(cè)中心位置一定的條件下,改變兩星的相對(duì)位置。

圖10給出了發(fā)射站相對(duì)接收站的俯仰角βTR分別為0°、7.5°、10°、12°和15°時(shí),兩星星下點(diǎn)和距離環(huán)的分布情況。根據(jù)式(2)中基線長(zhǎng)L與俯仰角βTR之間的關(guān)系,基線長(zhǎng)L分別為0 m、1 828.3 km、2 432.3 km、2 912.3 km和3 625.3 km。在βTR為0°時(shí),發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)位置重合,跟飛構(gòu)型變?yōu)閱位乩走_(dá)。隨著兩星基線增大,距離環(huán)產(chǎn)生截?cái)嘈?yīng)。

圖10 不同相對(duì)位置關(guān)系下的距離環(huán)分布Fig.10 Range cells distribution of different relative position relations

圖11給出了場(chǎng)景中心處的距離和方位分辨率隨基線L的變化曲線。

圖11 場(chǎng)景中心的距離和方位分辨率隨基線的變化情況Fig.11 Variation of range resolution and azimuth resolution of scene center with baseline

由圖5的仿真結(jié)果可知,觀測(cè)區(qū)域內(nèi)其他位置的分辨率與場(chǎng)景中心的分辨率接近,因此可以用場(chǎng)景中心處的分辨率研究觀測(cè)區(qū)域內(nèi)整體的分辨率情況。從圖11中能夠看出,在兩星位置重合時(shí),距離和方位分辨率最小。隨著基線L增加,距離和方位分辨率均逐漸惡化,且變化率逐漸增加。一方面會(huì)使得雜波散射點(diǎn)的能量更強(qiáng),另一方面造成多普勒模糊更加嚴(yán)重,可以通過增加積累時(shí)間使方位分辨率改善。

圖12給出了3 dB損失凹口展寬占比隨基線L的變化曲線。在兩星位置重合時(shí),3 dB損失凹口展寬占比最小,此時(shí)取得最優(yōu)的雜波抑制性能。隨著基線L增加,3 dB損失凹口展寬比逐漸增大,雜波抑制性能逐漸惡化,且性能惡化的變化率逐漸降低。

圖12 3 dB凹口展寬占比隨基線的變化情況Fig.12 Variation of 3 dB notch broading ratio with baseline

3.2 場(chǎng)景中心位置的選擇

仿真使用表1和表2中的軌道參數(shù)和雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù),并且天線陣面方向與衛(wèi)星飛行方向一致。在兩星相對(duì)位置關(guān)系一定時(shí),通過改變同外側(cè)區(qū)觀測(cè)的場(chǎng)景中心對(duì)應(yīng)的雙基距離和,研究場(chǎng)景中心位置對(duì)性能的影響。

圖13給出了在發(fā)射站相對(duì)接收站的俯仰角βTR為10°條件下,不同雙基距離環(huán)的分布情況,能夠看出在距離和較大時(shí)產(chǎn)生了截?cái)嘈?yīng)。圖13中,藍(lán)色區(qū)域?yàn)椴煌p基距離環(huán)上的觀測(cè)場(chǎng)景。根據(jù)圖5的仿真結(jié)果可知,不同觀測(cè)場(chǎng)景的分辨率相近,因此可認(rèn)為分辨率對(duì)不同場(chǎng)景中心的影響相近。

圖13 不同場(chǎng)景中心位置下的距離環(huán)分布Fig.13 Range cells distribution of different scene centers

圖14給出了3 dB損失凹口展寬占比隨雙基距離和的變化曲線。能夠看出遠(yuǎn)距離觀測(cè)對(duì)于檢測(cè)能力改善明顯。

圖14 3 dB凹口展寬占比隨雙基距離和的變化情況Fig.14 Variation of 3 dB notch broading ratio with different sums of bistatic distance

4 結(jié) 論

本文基于嚴(yán)格的斜距歷程和星地關(guān)系,同時(shí)考慮了分辨率空變性的影響,建立了星載雙基地雷達(dá)的雜波信號(hào)模型?；谏鲜瞿Ｐ?對(duì)跟飛構(gòu)型的雜波特性進(jìn)行了分析,同時(shí)結(jié)合全鏈路評(píng)估模型,以輸出SCNRLoss為指標(biāo),研究了不同觀測(cè)區(qū)域和基線長(zhǎng)度對(duì)性能的影響,給出了關(guān)鍵參數(shù)選擇的結(jié)論。理論分析和仿真驗(yàn)證表明:

(1) 跟飛構(gòu)型下同內(nèi)側(cè)區(qū)的距離-方位分辨率惡化非常嚴(yán)重,同前/后視區(qū)和同外側(cè)區(qū)的距離-范圍分辨率能夠滿足工程需求。方位分辨率增大會(huì)使一個(gè)雜波散射單元占據(jù)多個(gè)空間錐角,而多普勒頻率僅對(duì)應(yīng)一個(gè)值,產(chǎn)生多普勒模糊,造成雜波譜展寬。

(2) 跟飛構(gòu)型下同內(nèi)側(cè)區(qū)不具備雜波抑制能力;同前/后視和同外側(cè)區(qū)均有較強(qiáng)的距離依賴性,但同外側(cè)區(qū)的雜波抑制性能更好。

(3) 在同外側(cè)區(qū)觀測(cè)下,衛(wèi)星天線陣面方向與飛行方向一致時(shí)檢測(cè)性能最好;隨著兩星基線拉長(zhǎng),距離和方位分辨率逐漸惡化,并且雜波抑制能力變差;遠(yuǎn)距離觀測(cè)相比近距離觀測(cè)擁有更好的檢測(cè)能力。