海杂波环境下目标SNR和SCR计算

一、 信噪比计算

由雷达方程计算信噪比：

$$SNR=\frac{E}{N_0}=\frac{P_tG^2\lambda^2\sigma}{\left(4\pi\right)^3R^4kT_0F\left(LOSS\right)}$$ $$G=\frac{4\pi A}{\lambda^2}\ast\eta$$

其中为雷达发射机发射功率。天线增益，A为天线面积，是天线效率。J/K表示玻尔兹曼常数；表示系统噪声温度，取290K。F为噪声系数，典型值为2；（LOSS)表示雷达损耗。

在波束扫描过程中，目标被波束照射时间，，对时间内接收的回波信号进行相干积累后的信噪比为：

$$SNR=\frac{E}{N_0}=\frac{P_tG^2\lambda^2\sigma}{\left(4\pi\right)^3R^4kT_0F\left(LOSS\right)}·ta$$

由以下参数计算SNR：

参数名	参数值	参数值
波长	0.03m	0.03m
发射功率	20w	20w
天线高度	0.006m	0.006m
天线长度	0.6m	0.6m
天线效率	0.8	0.8
噪声系数	2	2
雷达损耗	1	1
平台运动速度	30m/s	30m/s
平台高度	500m	500m
探测距离	40km	30km
目标雷达截面积	3000	3000
PRF	1000	1000
脉冲持续时间	50us	50us
SNR	28.5482 dB	32.2963 dB

二、 海杂波后向反射系数

海杂波后向散射特性是海杂波的重要特征之一。海杂波的强弱用单位面积的雷达截面积来表示，用来表征单位面积的雷达照射区域对电磁波后向散射能力的平均强度。典型的海杂波后向散射系数模型包括GIT模型、TSC模型、NRL模型等。在文献[1]中，作者提出了一种改进的NRL模型，文献[2]对比了上述各类模型，其中改进的NRL模型和实际数据拟合的更好，但只适用于风向和波束夹角为90度（侧风）的情况。

本次实验采用改进的NRL计算海杂波后向反射系数，其模型定义如下：

$$\eqalignno{ \sigma_{H,V}&=c_{1}+c_{2}\cdot \hbox{log} _{10}(\hbox{sin}(\alpha))+{(27.5+c_{3}\cdot\alpha)\cdot.\hbox{log} _{10}(f)\over (1+0.95\cdot\alpha)}\cr &+c_{4}\cdot(1+SS)^{1/(2+0.085\cdot \alpha+0.033\cdot SS)}+c_{5}\cdot\alpha^{2}\quad ({\rm dB}) &\hbox{(8)}}$$

其中表示掠地角；SS表示海况，取0、1、2、3、4、5；该表达式具有五个自由参数，用于提供与水平和垂直极化的实验数据点的所需匹配。此表达式的第一项是常量 c1表示反射率的固定 dB 偏移。第二项，包含系数 c2，表示通常假设的海洋杂波反射率对掠角的对数依赖性。第三项，系数为c3，考虑了雷达频率的影响，并对掠角进行了额外的经验校正。第四项，带系数c4，则增加了海况的影响，并再次对放牧角度进行了额外的实证修正。第五项，系数为c5，随着掠角接近垂直入射，反射率迅速增加。具体数值如下表。

例如在1级海况，H极化，雷达高度为500m，探测距离为30km时，后向散射系数约为-46.7dB。

三、 信杂比计算

信杂比计算公式：

$$SCR=\frac{\sigma_t}{\sigma_c}=\frac{2\sigma_tcos\psi}{\sigma^0\theta_{3dB}Rc\tau}$$

在探测距离为30km时，1级海况的情况下，SCR约为10.95 dB，2级海况时，SCR为3.38dB。在探测距离为40km时，1级海况的情况下，SCR约为12.22 dB，2级海况时，SCR为4.65dB。

参考文献

[1] V. Gregers-Hansen and R. Mital, “An Improved Empirical Model for Radar Sea Clutter Reflectivity,” in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 48, no. 4, pp. 3512-3524, October 2012, doi: 10.1109/TAES.2012.6324732.

[2] 任红霞,姬光荣,吴庚坤.海杂波后向散射系数经验模型研究[J].现代电子技术,2014,37(19):69-71.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2014.19.033.