经典雷达资料-第12章地物回波-3.docVIP

地面和直升机载的散射仪和频谱仪 许多地面散射测量都采用安装在吊车和直升机上的测量系统。它们中的绝大多数都是调频-连续波系统[66][67]，并采用大带宽来获取额外的独立抽样数据而非高分辨力。某些系统还采用非常大的带宽来实现好的距离分辨力，以精确定位散射源[68]。此外，它们中的大多数都具有多种极化能力，因为正交极化的两个接收信号的相位是可测的，某些还有测定极化方式的能力。 调频-连续波散射仪的基本组成如图12.20所示。扫频振荡器须产生线性扫频，用钇铁石榴石（YIG）调谐振荡器很容易实现线性扫频，但若用变容二极管调谐则需要线性化电路。如果采用双天线（如图12.20所示），则必须考虑波束重叠问题[69]。人们有时也采用具有环流器（隔离发射机和接收机）的单天线系统。由于环流器内部反射，以及发射机通过它时的泄漏，单天线系统的某些性能低于双天线系统。 图12.18 有限波束宽度对接近垂直入射 图12.19 天线波束宽度对以入射角为的散射系数测量误差的影响 函数的散射截面积的影响 图12.20 调频-连续波散射仪射频部分的基本框图 图12.21和图12.22示出调频-连续波散射仪的两种控制和数据处理方法。图12.21为普通的距离跟踪散射仪框图。当雷达和目标间的距离改变时，如用固定雷达观测海面或将雷达放置在直升机上，该系统能用于测量地面的散射系数。若散射仪放置在吊车上则不需距离跟踪仪。但由于距离随着入射角的变化而变化，因而这种方法也是很方便的。图12.22示出一种能在一定空域内测量散射系数的系统。通过分析回波的频谱，使用者可获得不同距离地面的散射系数。该系统已经用于确定植被[25]～[27]和雪地上的散射源。 图12.21 调频-连续波距离跟踪散射仪的基本框图：控制和数据处理系统 图12.22 调频-连续波距离识别散射仪的基本框图：控制和数据处理系统 超声波在水中的传播可用于模拟电磁波在空气中的传播[70]～[72]。由于传播速度不同，1 MHz音频对应的波长为1.5 mm。对很多仿真测量来说，这个波长很方便。而且，1 MHz频率范围内的设备操作起来在很多方面比微波范围内的设备容易。显而易见，这种设备比波长为1.5 mm的微波设备操作简单而且经济。 音频平面波和电磁平面波满足相同的边界条件。若散射表面不是平面以及当入射角相当倾斜时，声波和电磁波之间的模拟则是无效的。 由图像测得的散射系数 实际孔径或合成孔径雷达产生的雷达图像可用于散射系数的测量。但令人遗憾的是，大多数的这些系统都是未校准的，因而，它们的结果都或多或少包含不确定因素，甚至在不同时间采集的数据也可能不同。在某些系统中已引入了相对校准[12][18][20][73]～[75]。绝对校准（在某些场合下可能是相对的）可通过使用强参考目标（具有ARC转发器则更好）来实现[76]。另一种方法则是，用地面或直升机载的已经校准过的系统测量各参考区域的散射系数，然后将雷达图像与这些测量值进行比较[73][77]。 双基地测量 当发射机和接收机分置时，地物回波的测量比较罕见。这些测量很难在飞机上进行，这是由于发射机和接收机天线必须同时观察同一地面，并且信号必须与已知的天线视角相关。此外，回波的极化方式难于确知，两个天线波束共同照射区域的精确尺寸和形状有时也难以确定。基于这些原因，文献中极少报道过从飞机上对地面所做的双基地测量[78]。 水道试验站（Waterway experiment station）[24]和俄亥俄州立大学[2][4]利用电磁波在实验室中做过双基地测量，堪萨斯大学[71]利用声波在实验室中也做过同样的测量。贝尔电话实验室做过激光辐射双基地测量[79]。堪萨斯大学还完成了建筑物C波段双基地测量[80]。 由于天线方向性的问题，绝大部分双基地电磁测量都是前向散射的，也就是说，接收机、发射机、目标都处在同一垂直平面内。声波测量和光学测量较容易在较宽的角度范围内进行，并且人们已经完成了固定的入射角的测量，其散射方向覆盖整个半球。 由于发射机功率和接收机灵敏度都必须采用绝对基准，所以在实验室外进行双基地测量时，需要增加复杂的校准。然而，在实验室中则可利用和单基地测量类似的方法。 12.6 散射系数的通用模型（杂波模型） 20世纪70年代，人们基于散射测量提出一些关于大面积反射地面的平均后向散射模型。特别是，它们包括美国空间实验室辐射计-散射仪（RADSCAT）[83]的测量和堪萨斯大学车载微波有源频谱仪（MAS）[81]的测量。在相同数据的基础上，人们提出了两个不同的模型，一个是线性模型，另一个则是用更加复杂方程描述的模型。在此仅给出线性模型。这些模型都是用于计算平均散射系数的，而且模型不包