雷達探測的對象一般稱為雷達目標。凡能散射電磁波的物體都可以作為雷達的目標。空中交通管制雷達以飛機作為目標；艦載雷達以船艦、浮標、海岸線等作為目標；地圖測繪雷達以地面作為目標；氣象雷達以暴風雨等氣象現象作為目標。在雷達目標環境中，目標以外的其他散射體的回波使雷達顯示器上的圖像（或其他形式的雷達輸出信號）變得雜亂，妨礙對目標回波的檢測，稱為雷達雜波。雷達目標和雜波的含義具有相對性，視雷達的用途而定。例如，地面回波對於防空雷達是雜波，而對地形測繪雷達則屬於目標；雲、雨幾乎對所有雷達都是雜波，但對於氣象雷達則屬於目標。
基本介紹
- 中文名：雷達目標和雜波
- 對象：散射電磁波的物體
- 輸出信號：散射體的回波
- ，雜波：目標周圍的分布散射體
定義,條件,
定義
雷達探測的對象一般稱為雷達目標。凡能散射電磁波的物體都可以作為雷達的目標。空中交通管制雷達以飛機作為目標；艦載雷達以船艦、浮標、海岸線等作為目標；地圖測繪雷達以地面作為目標；氣象雷達以暴風雨等氣象現象作為目標。在雷達目標環境中，目標以外的其他散射體的回波使雷達顯示器上的圖像（或其他形式的雷達輸出信號）變得雜亂，妨礙對目標回波的檢測，稱為雷達雜波。雷達目標和雜波的含義具有相對性，視雷達的用途而定。例如，地面回波對於防空雷達是雜波，而對地形測繪雷達則屬於目標；雲、雨幾乎對所有雷達都是雜波，但對於氣象雷達則屬於目標。
散射體分為點散射體和分布散射體。當散射體的尺寸比雷達分辨單元小時，雷達無法分辨其細節，只能把它當作一個點散射體來處理。當散射體的尺寸比雷達分辨單元大時，則須當作分布散射體處理。分布散射體又分為面分布散射體（如地面、海面等）和體分布散射體（如陣雨、鳥群、箔條等）。在多數情況下，雜波是指點目標周圍的分布散射體。廣義地說，雷達雜波還應包括觀測目標以外的無關目標回波和干擾波。
散射體分為點散射體和分布散射體。當散射體的尺寸比雷達分辨單元小時，雷達無法分辨其細節，只能把它當作一個點散射體來處理。當散射體的尺寸比雷達分辨單元大時，則須當作分布散射體處理。分布散射體又分為面分布散射體（如地面、海面等）和體分布散射體（如陣雨、鳥群、箔條等）。在多數情況下，雜波是指點目標周圍的分布散射體。廣義地說，雷達雜波還應包括觀測目標以外的無關目標回波和干擾波。
條件
雷達必須在雜波、接收機噪聲和其他干擾中檢測目標並提取關於目標的信息。研究目標和雜波的各種性質，對於雷達設計和使用非常必要。目標的散射能力用雷達截面積表示(見雷達目標截面積)。若已知雷達發射功率、天線增益、天線波束寬度(方位)和(俯仰)、雷達波長、雷達到目標的距離，則雷達收到的回波功率為
(1)
分布散射體的後向散射能力，用雷達目標截面積密度，即單位照射面積的雷達截面積表示。如果雷達照射面積為,則雷達目標截面積為=。當雷達照射波的入射餘角較小時，照射面積受雷達發射脈衝寬度和波束方位寬度的限制：=(/2)/cos。式中為電磁波傳播速度。這時,雷達從照射區收到的後向散射功率為
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波(2)
體分布散射體的散射能力用單位照射體積的雷達目標截面積（也稱反射率）表示。當被照射體積為時，雷達目標截面積為=。雷達波束對空照射時,被照射體積為。這時,雷達收到的回波功率
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波(3)
不同類型散射體的回波強度與距離的關係明顯不同。公式(1)、(2)、(3)是實際測量各種散射體散射能力的基礎。散射能力與散射體的物理性質、空間分布情況、運動情況及雷達視角、雷達波長和極化等因素有密切關係。
點目標的尺寸雖比雷達分辨單元小，但可能比雷達波長大得多,形狀可能很複雜,如飛機、船舶等。對於這樣的目標，雷達不能分辨目標各個部分的散射波，只能收到各部分散射波的矢量和。由於目標的運動，雷達照射目標的視角不斷變化。因此，運動目標的回波是起伏的。
回波起伏具有隨機的性質。通常是用機率密度函式()描述雷達目標截面積起伏幅度分布；用相關函式或傅立葉變換即功率譜密度函式()描述雷達目標截面積起伏的相關特性或頻率分布。面分布和體分布散射體的回波起伏也用同樣方法描述。這些統計性質的實際測量和理論計算是難以做到的。常用理論模型近似地作為實際散射體，以便進行分析和反映回波起伏的基本特點。1960年，P.斯威爾林建立的目標起伏模型有兩種：①把目標看成許多同等大小的獨立散射元的集合，每個散射元的回波幅度相等,相位在0～2間均勻分布。合成回波的瞬時值服從常態分配，包絡服從瑞利分布，雷達截面積（即回波功率）服從指數分布。具有這種特點的散射體稱為瑞利型（斯威爾林1、2），降雨降雪是典型的瑞利型。例如，從各種角度觀測飛機回波（除側面觀測以外）時，回波起伏均服從瑞利分布。又如，雷達分辨力不高（>1微秒,>1°）時,低海情（分辨單元大于海浪波長）的海面回波和平坦地面(如沙漠、農田等)的回波，也都服從瑞利分布。②把目標看成一個主要散射元和許多小散射元的集合(斯威爾林3、4)。這時，總的回波功率即散射截面積的機率密度可用4自由度的-分布近似表示（準確的機率密度應為賴斯分布）。當雷達觀測飛機的側面時，其回波起伏符合這種分布。在觀測形狀簡單的大型目標時，測得的大幅度起伏出現的機率比上述模型給出的大，即實際機率密度的尾部比較高。這類目標包括圓柱體和帶翼的圓柱體，如某些衛星體、火箭、艦船和大平板形的目標。在適當選擇參數時,-分布和對數常態分配可以很好地擬合這類目標的實測數據。用高分辨力雷達（<1微秒,<1°）觀察高海情海面、市區、有建築物的郊區地面時，回波起伏也可用對數常態分配來擬合。這種擬合，僅是用一種便於分析的函式描述實際雜波的起伏特性，而與回波起伏的機理沒有直接的關係。海面雜波和地面雜波往往介於瑞利分布（尾部較低）和對數常態分配（尾部較高）之間。用威布爾分布（形狀參數在2～0.8之間）能更好的擬合其機率分布。在時間相關性方面，斯威爾林把起伏分為慢起伏和快起伏兩種極端情況。①慢起伏：天線掃描間不相關，掃描內完全相關（斯威爾林1，3）；②快起伏：脈衝間不相關（斯威爾林2，4）。實際目標起伏的相關性處於兩者之間。
在分析目標起伏對雷達跟蹤精度的影響和研究抑制雜波的技術時，需要知道目標和雜波起伏功率譜密度函式的具體形式。回波起伏功率譜密度常用高斯函式近似表示為。式中為目標或雜波的平均都卜勒頻移為都卜勒頻移的散布寬度。固定目標(如地物等)的平均都卜勒頻移為零，而其散布寬度則與天線波束寬度和掃描速度、地面植物搖擺、海浪的運動、飛機姿態角變化快慢等因素有關。運動目標和氣象雜波的不為零。氣象雜波的與雨滴等散射粒相對運動強度有關。
當雷達距離分辨力很高時，雷達能觀察到大型目標上各主要散射部位在雷達視線上的分布，並能估計出目標在視線方向上的投影尺寸，加上單脈衝技術還可以測出目標的三維輪廓。利用相干雷達可以測出目標各部分的距離－都卜勒圖像。如果雷達發射波中包含低頻調製分量（波長為目標尺寸的0.5～10倍）,如斜坡函式調製，則從雷達回波中可以得到目標尺寸和形狀的信息。這些技術可以用來對目標進行分類和識別。金屬目標上各部分之間的接觸達不到分子水平而間隙又小到 100埃數量級時，其接觸面呈現出非線性效應。這時，散射波中包含入射波的高次諧波和多種頻率入射波的交叉波。諧波的強度不再與入射波強度成正比，而是成非線性函式，即在諧波上雷達截面積與入射功率有關。利用這種效應，在高次諧波上（常用三次諧波）接收目標回波，可以區分金屬與非金屬目標，並可用來抑制雜波。
雷達目標和雜波海面回波與海浪高度、風速、風的行程和持續時間、雷達波束相對於海浪的方向、漲潮和落潮、海面污染等因素有關，也與雷達頻率、極化、入射餘角、照射面積等因素有關。海面回波的統計性質決定於海情（海情按風速分級）和雷達分辨能力。在世界各大海洋上,海面回波的性質大致相同。圖1為中等海情（風速為10～20節）時海面雷達截面積密度與雷達頻段、極化和入射餘角的關係。圖中數據是多次測量的平均值。接近垂直照射時，海面的鏡面反射很強。入射餘角很小時，入射波與反射波（兩者反相）發生干涉，使後向散射變弱。測量表明，當風速低於5節時，海面後向散射很小。當風速從5節增大到20節時,後向散射增加很快,到20節時接近飽和。雷達截面積密度與風速的關係是正比於e/。式中為風速；為常數。
對於地面回波，不論在理論上還是在實際上都比海面回波存在更多的問題。一般來說，地面回波比海面回波強。只是在垂直照射時地面回波較弱。地面回波隨地形和地貌變化很大。山地、平原、沙漠、耕地、沼澤、不同的植被（樹木、莊稼）、植物的不同生長期、地面上的建築物等，都有不同的散射特性。圖2表示不同地面的散射截面積密度的典型數值範圍。
雷達目標和雜波降雨、降雪等氣象現象，在微波頻率上有明顯的後向散射。雨的反射率等於單位體積內雨滴的雷達截面積的總和。通常，雨滴的直徑不到1厘米（0.05～0.7厘米）。當波長大於雨滴周長時，雨滴的散射截面積可用瑞利散射公式計算：
式中；為雨滴的介電常數；為雨滴直徑。
單只的鳥和昆蟲的雷達截面積很小，成群的鳥和昆蟲也能嚴重地干擾對目標的觀測。利用靈敏度時間控制電路可以抑制近距離的鳥群回波。
至於由大氣折射係數不均勻和“睛空湍流”造成的後向散射（即“仙波”），只有在雷達發射功率很大時才能觀察得到。
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
雷達目標和雜波
點目標的尺寸雖比雷達分辨單元小，但可能比雷達波長大得多,形狀可能很複雜,如飛機、船舶等。對於這樣的目標，雷達不能分辨目標各個部分的散射波，只能收到各部分散射波的矢量和。由於目標的運動，雷達照射目標的視角不斷變化。因此，運動目標的回波是起伏的。
回波起伏具有隨機的性質。通常是用機率密度函式()描述雷達目標截面積起伏幅度分布；用相關函式或傅立葉變換即功率譜密度函式()描述雷達目標截面積起伏的相關特性或頻率分布。面分布和體分布散射體的回波起伏也用同樣方法描述。這些統計性質的實際測量和理論計算是難以做到的。常用理論模型近似地作為實際散射體，以便進行分析和反映回波起伏的基本特點。1960年，P.斯威爾林建立的目標起伏模型有兩種：①把目標看成許多同等大小的獨立散射元的集合，每個散射元的回波幅度相等,相位在0～2間均勻分布。合成回波的瞬時值服從常態分配，包絡服從瑞利分布，雷達截面積（即回波功率）服從指數分布。具有這種特點的散射體稱為瑞利型（斯威爾林1、2），降雨降雪是典型的瑞利型。例如，從各種角度觀測飛機回波（除側面觀測以外）時，回波起伏均服從瑞利分布。又如，雷達分辨力不高（>1微秒,>1°）時,低海情（分辨單元大于海浪波長）的海面回波和平坦地面(如沙漠、農田等)的回波，也都服從瑞利分布。②把目標看成一個主要散射元和許多小散射元的集合(斯威爾林3、4)。這時，總的回波功率即散射截面積的機率密度可用4自由度的-分布近似表示（準確的機率密度應為賴斯分布）。當雷達觀測飛機的側面時，其回波起伏符合這種分布。在觀測形狀簡單的大型目標時，測得的大幅度起伏出現的機率比上述模型給出的大，即實際機率密度的尾部比較高。這類目標包括圓柱體和帶翼的圓柱體，如某些衛星體、火箭、艦船和大平板形的目標。在適當選擇參數時,-分布和對數常態分配可以很好地擬合這類目標的實測數據。用高分辨力雷達（<1微秒,<1°）觀察高海情海面、市區、有建築物的郊區地面時，回波起伏也可用對數常態分配來擬合。這種擬合，僅是用一種便於分析的函式描述實際雜波的起伏特性，而與回波起伏的機理沒有直接的關係。海面雜波和地面雜波往往介於瑞利分布（尾部較低）和對數常態分配（尾部較高）之間。用威布爾分布（形狀參數在2～0.8之間）能更好的擬合其機率分布。在時間相關性方面，斯威爾林把起伏分為慢起伏和快起伏兩種極端情況。①慢起伏：天線掃描間不相關，掃描內完全相關（斯威爾林1，3）；②快起伏：脈衝間不相關（斯威爾林2，4）。實際目標起伏的相關性處於兩者之間。
在分析目標起伏對雷達跟蹤精度的影響和研究抑制雜波的技術時，需要知道目標和雜波起伏功率譜密度函式的具體形式。回波起伏功率譜密度常用高斯函式近似表示為。式中為目標或雜波的平均都卜勒頻移為都卜勒頻移的散布寬度。固定目標(如地物等)的平均都卜勒頻移為零，而其散布寬度則與天線波束寬度和掃描速度、地面植物搖擺、海浪的運動、飛機姿態角變化快慢等因素有關。運動目標和氣象雜波的不為零。氣象雜波的與雨滴等散射粒相對運動強度有關。
當雷達距離分辨力很高時，雷達能觀察到大型目標上各主要散射部位在雷達視線上的分布，並能估計出目標在視線方向上的投影尺寸，加上單脈衝技術還可以測出目標的三維輪廓。利用相干雷達可以測出目標各部分的距離－都卜勒圖像。如果雷達發射波中包含低頻調製分量（波長為目標尺寸的0.5～10倍）,如斜坡函式調製，則從雷達回波中可以得到目標尺寸和形狀的信息。這些技術可以用來對目標進行分類和識別。金屬目標上各部分之間的接觸達不到分子水平而間隙又小到 100埃數量級時，其接觸面呈現出非線性效應。這時，散射波中包含入射波的高次諧波和多種頻率入射波的交叉波。諧波的強度不再與入射波強度成正比，而是成非線性函式，即在諧波上雷達截面積與入射功率有關。利用這種效應，在高次諧波上（常用三次諧波）接收目標回波，可以區分金屬與非金屬目標，並可用來抑制雜波。
雷達目標和雜波海面回波與海浪高度、風速、風的行程和持續時間、雷達波束相對於海浪的方向、漲潮和落潮、海面污染等因素有關，也與雷達頻率、極化、入射餘角、照射面積等因素有關。海面回波的統計性質決定於海情（海情按風速分級）和雷達分辨能力。在世界各大海洋上,海面回波的性質大致相同。圖1為中等海情（風速為10～20節）時海面雷達截面積密度與雷達頻段、極化和入射餘角的關係。圖中數據是多次測量的平均值。接近垂直照射時，海面的鏡面反射很強。入射餘角很小時，入射波與反射波（兩者反相）發生干涉，使後向散射變弱。測量表明，當風速低於5節時，海面後向散射很小。當風速從5節增大到20節時,後向散射增加很快,到20節時接近飽和。雷達截面積密度與風速的關係是正比於e/。式中為風速；為常數。
對於地面回波，不論在理論上還是在實際上都比海面回波存在更多的問題。一般來說，地面回波比海面回波強。只是在垂直照射時地面回波較弱。地面回波隨地形和地貌變化很大。山地、平原、沙漠、耕地、沼澤、不同的植被（樹木、莊稼）、植物的不同生長期、地面上的建築物等，都有不同的散射特性。圖2表示不同地面的散射截面積密度的典型數值範圍。
雷達目標和雜波降雨、降雪等氣象現象，在微波頻率上有明顯的後向散射。雨的反射率等於單位體積內雨滴的雷達截面積的總和。通常，雨滴的直徑不到1厘米（0.05～0.7厘米）。當波長大於雨滴周長時，雨滴的散射截面積可用瑞利散射公式計算：
式中；為雨滴的介電常數；為雨滴直徑。
單只的鳥和昆蟲的雷達截面積很小，成群的鳥和昆蟲也能嚴重地干擾對目標的觀測。利用靈敏度時間控制電路可以抑制近距離的鳥群回波。
至於由大氣折射係數不均勻和“睛空湍流”造成的後向散射（即“仙波”），只有在雷達發射功率很大時才能觀察得到。
雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波雷達目標和雜波