[发明专利]一种微波超视距雷达回波图计算方法

权利要求书

1.一种微波超视距雷达回波图计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定微波超视距雷达相关参数、目标及环境参数

雷达相关参数包括工作频率、极化、发射功率、天线海拔高度、天线增益、垂直面和水平面的波束宽度、脉冲宽度、系统灵敏度；环境参数包括大气温度、湿度、压力、风速风向、海面温度或者大气折射率剖面；目标参数包括RCS大小、数目、起伏类型和距离、方位；

(2)蒸发波导特征参数预测和表面波导特征参数测量

在给定或实测海上大气温度、湿度、压力、风速风向和海面温度的情况下，利用蒸发波导预测模型—P-J模型或NPS模型，预测波导高度和强度并进一步给出蒸发波导大气折射率剖面；或者利用无线电探空仪、气象梯度塔方法直接测量出蒸发波导大气折射率剖面，利用无线电探空仪方法直接测量或采用微波雷达、微波辐射计、激光雷达、全球导航定位系统GNSS信号反演方法遥感测量水平均匀或不均匀情况下的蒸发波导或表面波导特征参数；

(3)大气波导或大气折射传播海面掠射角计算

根据雷达高度、天线波束和大气折射率剖面参数，利用射线跟踪算法计算雷达波束经大气折射或大气波导传播后在不同海面位置处的海面掠射角，即擦地角，在海面某一位置，即分辨单元，多条不同长度路径到达情况下，该位置对应多个射线的多个路径长度和多个掠射角，其中多个射线的多个路径长度对应回波图上的距离参数；

(4)大气波导或大气折射传播因子计算

根据雷达系统参数、海上大气和水文环境参数，评估大气波导传播截止频率和临界角，采用电波传播数值算法，求解抛物波方程的分步傅立叶变换方法，获得不同方位、不同距离和不同高度的三维传播损耗或传播因子；

(5)海杂波和目标回波功率图计算

选取能体现海面散射系数与雷达参数、海面环境关系的海杂波模型—GIT模型，根据雷达工作参数和环境参数，包括频率、极化、脉冲宽度、天线波束宽度和相对海面风向的方位、风速或波高、掠射角，计算海面散射系数和海杂波RCS；

若海面某位置处的多条路径长度或距离差小于由脉冲宽度确定的距离分辨单元，则多个路径海杂波回波功率非相干相加，同样，若不同位置处的多条路径长度也小于距离分辨单元，则多个路径海杂波回波功率也非相干相加，即位于同一距离门的海杂波功率相叠加，表示该距离对应的海面散射回波或杂波总功率；按照任务要求选取目标RCS及目标方位、距离和高度，匹配相同方位、相同距离和相同高度处的传播因子以及相同距离、相同方位的海面回波，根据雷达方程计算距离-方位二维回波图，当回波功率持续小于雷达接收机噪声电平或到达设定的距离后停止计算；

(6)动态雷达回波图模拟

根据以上雷达回波平均功率图，结合海杂波幅度统计分布模型—瑞利Rayleigh模型和目标RCS统计分布模型—Swerling模型分别随机产生特定距离和方位处的海杂波回波功率和目标回波功率，形成对应的距离-方位雷达二维回波图。

2.根据权利要求1所述的微波超视距雷达回波图计算方法，其特征在于：在步骤(2)中，蒸发波导大气修正折射率剖面的表达式为：

式中，M(0)、M(z)分别是海面和高度z处的大气修正折射率，h₁＝h_t＝z_EDH为蒸发波导高度，粗糙度长度z₀＝1.5×10^-4。

3.根据权利要求1所述的微波超视距雷达回波图计算方法，其特征在于：在步骤(4)中，计算考虑环境影响的基本传播损耗，提取传播因子F：

4.根据权利要求1所述的微波超视距雷达回波图计算方法，其特征在于：在步骤(5)中，利用杂波模型得到海面散射系数，由雷达参数得到对应分辨单元的RCS。

5.根据权利要求1所述的微波超视距雷达回波图计算方法，其特征在于：在步骤(6)中，根据目标参数、海杂波和雷达方程，得到距离-方位雷达回波功率：

式中，P_t为发射功率，G为雷达天线增益，λ为波长，σ为目标或海面雷达散射截面RCS，R为雷达到目标的距离，L_s为系统损耗，F为传播因子。