文档介绍：毫米波雷达探测性能受降雨后向散射增强影响分析
摘要:降雨对毫米波传播特性的研究对于毫米波系统的地一空通 信，毫米波雷达、制导等作战系统,主动和被动遥感的应用具有重要的 实际意义。本文主要介绍了毫米波雷达的基本原理，分析了降雨的多 重散射效0 为标准参考温度(290K);Bn为接收机噪声带宽;Fn为接收机噪声系 数;(S0/N0)1min为一定雷达功能所要求的等效接收机输出的最小单 个脉冲信噪比。
接收机灵敏度指雷达以一定的检测概率和虚警概率所能探测到 目标的最小回波信号功率，表示为：
其中，是雷达能够探测到的目标的最小信噪比。这种形式的雷达 方程仅包含单个脉冲的信噪比，没有考虑信号积累的影响，不能表达雷 达总的有效性。
通常情况下，用平均功率表示雷达方程。匹配滤波器理论指出:在 白高斯噪声的作用下，匹配滤波器可以给出最大的信号噪声比2E/Ni,E 代表接收信号的总能量,Ni代表接收机输入端单边噪声功率谱密度。
常用雷达接收机虽然不是完全匹配滤波器，但近似匹配。以简单脉冲 波形为例,这时接收机噪声带宽Bn=l/T。假设单个脉冲能量Et=PtT,则 雷达输出最小单个脉冲信噪比方程可写为：
其中,Pav为平均功率;fr为脉冲重复频率。
降雨会对工作在微波及毫米波雷达的探测性能产生重要影响，尤 其对工作频率在10 GHz以上的雷达。雷达的探测能力除了受传播路 径上雨衰减的影响之外,还受目标附近雨的散射回波的影响。同时，雨 介质的辐射还增加了天线噪声温度。
天线增加的噪声温度可以表示为：
其中,Tm为降雨存在时大气介质的有效温度，一般取为260K;A是 电波传播路径上的降雨衰减
，它和雨顶高度、降雨率和天线仰角等因 素有关。当均匀降雨时,A为降雨衰减率和雨顶下斜路径长度的乘积, 可表示为：
雨顶下斜路径长度R的计算与天线仰角有关。当天线仰角0>5° 时,R表示为：
当天线仰角e&lt5°时,R表示为：
其中:hR为雨顶高度;hS为雷达站海拔高度;Re为地球等效半径, 一般取6370 km。R的单位为千米。
在雷达信号的传播路径上有降雨且降雨引起的衰减不可忽略时, 必须考虑降雨引起的衰减，这时目标的雷达方程为：
假设在波束的有效照射体内,n值是常数，并考虑降雨的二阶和相 干散射，此时降雨的雷达气象方程为：
上式中为降雨衰减因子，随着传播距离的增大，衰减越大,雨回波 功率越小。而上节的计算结果说明在不考虑降雨衰减时，传播距离越 大,雨回波功率增加越多，其值越大。综上所述雨回波功率随传播距离 的变化受和两因子综合影响。
由于考虑了雨滴的多次散射，故在计算目标和雨杂波回波功率时 应将降雨的多重散射考虑在内计算降雨衰减值。表1列出了几个降雨 率下通过蒙特卡罗计算的降雨衰减系数。
由表1的雨衰减系数，以及表2中的毫米波雷达参数，根据前面的 分析，计算考虑多重散射及降雨的相干散射（既考虑降雨的后向散射增 强）时的雨回波功率并与不考虑多重散射及相干散射时的情况作比 较。计算结果表明随着传播距离的增大，降雨回波功率减小，且大降雨 率减小的速率大于小降雨率。这与不考虑多次散射时情形是一致的。