什么是前向散射雷达？雷达有多种分类，各分类又有着怎样的不同？

文|贾文彬的史书

编辑|贾文彬的史书

前向散射雷达，是双静态雷达的一种特殊情况，在历史上，它被认为是第一种被观测到的雷达，自从雷达系统的发展以来，FSR已经经历了高兴趣和低兴趣的时期。

近年来，对这类雷达的研究主要是由于“隐形”目标的使用和无源雷达的发展，事实上，由于目标的形状或涂层，具有极低的目标的出现，使得单静态雷达检测更加困难。

因此，由于前向散射截面不依赖于目标形状或材料，雷达研究的目的是针对可能的对策，如使用前向散射雷达。

此外，利用照明机会发展双静态雷达网络建立，无源相干定位概念也使FSR以其构建和部署简单的因素更加有趣。

Fsr

FSR是具有双静态角180⁰的双静态雷达的一种特殊情况这意味着双静态范围是RTxRRxL，RTx、RRx和L分别是距离发射器-目标、目标接收器和基线。

如图可见，Tx和Rx天线，如果考虑方向是面对面的，则雷达在目标穿过或接近基线时能够探测到目标。

这种特殊的几何形状造成了主要的限制，同时，该雷达系统拥有的重要特征，由于双静态角，180⁰，FSR缺乏范围分辨率。

因此，无法直接获取目标范围的信息，然而，超宽带信号的使用可以减轻这一限制，引入了一些范围分辨率的。

另一方面，缺乏距离分辨率也带来了一些有趣的优点，事实上，与普通雷达系统不同，FSR不受目标波动的影响。

在传统雷达中，目标的运动决定了RCS的波动，因为不同的散射点在一个建设性和非建设性的相互作用。

这种效应，由摇摆模型描述，不允许一个典型的雷达集成接收到的目标信号的全能见度时间，另一方面，FSR由于其距离分辨率的运气，没有受到这种现象的强烈影响。

因此，FSR中的积分时间与目标可见的时间重合，此外，尽管距离分辨率较差，但FSR具有非常好的多普勒分辨率，尽管前向散射雷达被认为是双静态雷达的一个子类，但它基于一个完全不同的操作原理。

事实上，虽然典型的单静态和双静态系统使用来自目标的后向散射来检测它，但FSR的信号是通过目标跨越基线的传输信号的整个阴影过程中形成的。

FSR中的电源预算

功率预算用于预测雷达系统的性能，并显示影响接收信号的参数，为了计算一个前向散射系统的功率预算，可以使用两种不同的模型。

自由空间和双射线路径，前者通常涉及到天线的高度与基线的长度相当或雷达的天线具有相当窄的照明光束的情况。

在这种情况下，我们讨论自由空间的传播，因为可以将表面分散的贡献省略，另一方面，TRP模型考虑了表面反射的信号，因为它们与未反射的信号具有相同的数量级，因此，总的场取决于反射光线和非反射光线的组合。

FSR所基于的原理是由于穿过Tx-Rx视线的目标的存在，发射机发射的信号的阴影，因此，在基线附近移动的物体引入了泄漏信号的幅度调制。

为了对FSR中的目标特征进行分析计算，假设目标遵循一个线性轨迹，并以恒定的速度移动，对于大多数的应用程序和配置，这种假设可以被认为是现实的。

为了更好地理解如何对FSR签名进行建模，下面的分析首先关注一个类似点的目标，省略雷达截面信息，集中于移动点的相位特征。

接收到的信号通过正方形律检测器，然后，通过根据系统应用设置的低通滤波器，以聚焦于预期的多普勒频率。

前向散射雷达中的杂波

杂波是指不需要的雷达回波的返回，干扰由感兴趣的物体的存在引起的期望回波，需要准确描述雷达杂波确定的调查、模型的发展和杂波的不同形式的测量。

这个问题是非常具有挑战性的，因为杂乱的可变性，它的影响可以从一个地点到另一个地点，从几何到几何，环境非平稳杂波显著地限制了多普勒雷达的性能。

在单静态雷达中，由于具有辨别范围的能力和通常的定向天线的使用，杂波是从一个有限的照明区域收集起来的。

不同的是，FSR缺乏范围分辨率，从节点照亮的更宽区域接收杂波，杂物的存在所带来的主要问题导致：由于杂波遮挡目标本身，目标检测减少，假报警增加。

FSR杂波严格依赖于主要的雷达应用，事实上，基于该情景，植被或动态海面可能会限制雷达的性能。

因此，有必要对地面、海上和机载目标探测的杂波统计和频谱进行调查，由于应用程序本身的性质，最后一个场景受不需要的回声的影响最小。

杂波是雷达出现的主要问题之一，尤其是当雷达安装在移动平台上时，事实上，由不需要的目标引入的干扰总是存在的。

将这些不需要的贡献从所期望的贡献中分离出来是最基本的，移动雷达最具挑战性的问题之一是其运动所带来的多普勒效应。

由于这可能会降低雷达的性能，因此需要进行估计以解决这个问题，更好地理解地面所引入的影响是理解目标存在时会发生什么的基础。

这个问题可以分为两种情况，雷达和目标向相反方向移动的场景，和雷达和目标向同一方向移动的场景。

第一种情况可以被认为是一种有利的情况，rv和tg v分别是雷达速度和目标速度，底部的多普勒频率与杂波和目标有关，不必要的返回所引起的干扰取决于雷达的速度，而与目标相关的多普勒效应则取决于雷达和目标的速度如何结合在一起。

由于雷达和目标的移动方向相反，它们的相对速度大于雷达的相对速度，因此，目标多普勒频率大于杂波频率，在这种情况下，目标将毫无问题地被检测到。

不同的是，第二种情况是指雷达和目标向同一方向移动的情况。

由于雷达和目标共享相同的方向，它们的相对速度将小于来自地面的贡献，因此，目标的贡献将向左移动，根据这是相对速度，目标移动可能是在地面内的贡献或比它更负。

在第一种情况下，目标落在杂波贡献中，根据其返回是否高于或低于杂波贡献，可以检测到它，或没有当目标的速度远远大于雷达的速度时，目标的多普勒频移也可以出现在负频的半频谱图。

移动端前向散射雷达是一种FSR配置，安装在移动平台上，可以任意移动，因此，以不移动Tx和Rx为特征的传统FSR可以认为是移动端FSR的一种特情况。

一个可能的FSR场景，即发射机和接收机都安装在船舶上，并在海面上移动，为了直观，为了保证在前向散射模式下工作，发射天线和接收天线应该相互指向。

在一般情况下，这可以用全向天线来实现，两个FSR节点的运动允许监测更广泛的区域，而一个典型的FSR只保证周边监视。

静止和移动FSR的操作原理是相同的，然而，Tx和Rx节点的运动决定了一些在研究该雷达系统时需要考虑的差异。

尽管这种配置与通常的FSR不同，只是因为现在的发射机和接收机可以移动，但这引入了一个巨大的不可预测性的场景，事实上，系统节点的运动并没有任何限制，因此可以考虑到几何图形的无限组合。

由于FSR节点的位置不同，基线的长度会随时间而变化，这是在建模系统时需要考虑的一个重要方面，因为它将影响几个FSR方面，如电力预算和RCS。

基线的变化会导致泄漏和目标信号的变化，在自由空间近似的情况下，可以从和理解，如果考虑TRP模型，则可以从和理解，这种功率水平的变化可以确定一个操作极限，阻碍目标检测。

此外，雷达节点的运动也改变了目标在穿越时的观察方式，事实上，它的视角随时间而变化。

这在概念上是一个优势，因为它可以允许重建目标的不同剖面，并最终改进其识别。

但从建模和处理的角度来看，其雷达横截面会随时间发生变化，使得计算RCS模式的尝试更加复杂，因此，对于简单的形状，仍然可以考虑Tx和Rx的运动。

这种配置可能受到的另一个问题是极其遥远的情况，目标以这种方式移动，始终保持在基线上。

这显然是一个极端的情况，然而，如果考虑接收机移动的情况，如在中，当目标速度与Rx速度比等于目标-Tx范围与Rx-Tx范围比时，目标将始终保持在基线上，防止任何可能的检测。

安装在移动平台上的雷达的主要问题之一是，由杂波造成的不必要的返回。

因此，所提出的FSR演化也受到杂波问题的影响，从周边地区返回可能会降低系统的检测能力，预计会有多普勒频移和杂波多普勒扩散。

结语

我们将前两个部分混合在一起，介绍了研究的一种创新配置，即在移动平台上安装发射机和接收机的前向散射雷达系统。

Tx和Rx可以自由移动的事实改变了系统，并带来了一些新的挑战，事实上，功率预算是不同的，处理过程必须考虑到Tx和Rx的运动，此外，该系统受到多普勒频移和杂波多普勒扩散的影响，可能会降低雷达的操作能力。