无人机探测器样机扫描地杂波数据优化方案

无人机悬停状态下，探测器天线对探测区域内的不同散射单元进行辐照；辐照过程中，设探测区域内的散射单元与探测器之间不存在明显的相对运动，因此在探测过程中多普勒频移与频域展宽可忽略不计。探测器对区域的扫描方式一般包括栅型、圆周、螺旋和李萨如等形式［85］，无论任何一种扫描模式都可分解为俯仰扫描与方位扫描的叠加，因此按照俯仰与方位两种扫描方式进行杂波仿真。

1.探测器距离维杂波仿真分析

探测器天线俯仰角从90°减小至接近主瓣照射至最远处的散射单元，各散射单元的天线增益变化影响着目标区域内的地杂波回波的幅值。其中，载机高度设定为50 m，俯仰扫描下各距离单元天线增益如图6-5所示。

图6-5　俯仰扫描下各距离单元天线增益

当探测波束俯仰角处于0°时（即垂直照射正下方），主瓣波束对应第二距离单元。随着俯仰角的增加各个距离单元的天线增益变化并不明显，直至俯仰角增加至50°时主瓣波束对应至第三距离单元，随着波束的俯仰角的增加，主瓣覆盖的距离门也不断提升。杂波天线俯仰角-距离图像如图6-6所示；对距离门内的回波数据进行傅里叶变换，转移至频域进行分析，可以得到距离-频率二维杂波图，如图6-7所示。

图6-6　杂波天线俯仰角-距离图像（书后附彩插）

（a）三维；（b）二维

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图6-7　距离-频率二维杂波图（书后附彩插）

（a）三维；（b）二维

在对散射单元杂波仿真中对不同距离回波信号进行灵敏度补偿，因此仿真过程中杂波增益的主要影响因素即为探测器前端天线增益。在天线探测波束的俯仰角速度保持匀速的情况下主瓣在距离单元上的线速度呈非线性变化，从近距离单元到远距离单元积累时间逐渐减少，在数值上逐渐趋近于天线垂直波束宽度与俯仰角速度的比值。

由图6-7的各距离门频谱上看，由于探测器与散射单元之间没有明显的相对运动，因此没有出现频谱偏移与展宽，多普勒频率基本为零，杂波能量集中在零频。由近距离单元至远距离单元Weibull杂波尺度参数逐渐减小而单元面积逐渐增大，在两者的共同影响下不同距离单元之间的频谱能量并没有出现明显差异。

2.探测器方位向杂波仿真分析

探测器在方位向进行杂波仿真时，各距离单元的天线增益保持不变，遍历整个散射单元对应的探测区域和回波特性会有所差异，因此在方位向杂波仿真过程中认为散射单元的性质基本保持一致。对满足傅里叶变换积累量的方位向散射单元进行研究，方位向距离-频率二维杂波图如图6-8所示。

图6-8　方位向距离-频率二维杂波图（书后附彩插）

（a）三维；（b）二维

由图6-8可以看出，各距离单元杂波能量集中在零频，符合Gauss分布。其与俯仰扫描同样不存在多普勒频移与展宽，从幅度上看不同距离单元之间主要受天线增益影响，0～500 m范围内距离单元处于天线垂直副瓣范围内，功率谱幅度初始较低，但随着距离单元增加而迅速升高，杂波功率谱峰值幅度有所下降但下降幅度很小。