雷达电波波段及其特性

1.无限电波频谱

无线电波频谱的划分与命名：

2.雷达电波波段划分

本质上说，雷达频率使用没有根本的限制。任何装置，不论频率如何，只要是通过辐射电磁能量和利用从目标散射回波对目标探测和定位，都属于雷达工作频率的范畴。雷达常采用的工作波长从大于100m(短波)至小于\(10^{-7}\)m(紫外线).

常见的雷达波段有一套字母代号，如下表所示。

注：I波段(100-150MHz)，G波段(150-225MHz)，P波段(225-239MHz)，Q波段(36-40GHZ)

有些原始的编码代号(P、L、S、X和K)是第二次世界大战为了保密而采用的。后来虽不再需要保密，但这些代号仍继续使用。新波段的开辟又增加了一些其他代号(如C、Ku、Ka)等，而有些代号(如P和Q)则很少使用。

3.后向散射系数

雷达信号照射到地面或海面时会向各个方向散射，向后返回到雷达接收机的信号，通常称为雷达回波。这种回波信号，会污染目标信号，甚至掩盖目标信号，所以又称为雷达杂波。不管叫什么，实际上两者都是指同一个物理现象。陆地产生的杂波叫陆地杂波，海表面产生的杂波称作海杂波。

对于孤立目标来说，采用雷达散射截面(RCS)度量雷达目标的散射强度，RCS等于某个反向散射功率与入射平面波功率比值的\(4\pi\)倍。与孤立目标不同，雷达杂波用\(\sigma^0\)来描述。\(\sigma^0\)是微分散射截面，或称为后向散射系数，简称散射系数。它定义为单位面积的单站雷达散射截面，无量纲(经常用分贝表示)，为清楚起见，有时写成\(m^2/m^2\).

被照射的地球表面可以看成许多散射单元的集合，接收到的散射场是所有散射单元散射场的总和。假若\(n\)是照射区域内所包含散射单元的数目，那么雷达接收到的散射功率\(P_r\)就可以写成： \[ P_r=\sum_{i}^{n}\frac{\lambda^2P_{ti}G_{ti}G_{ri}\sigma^0(A_i)\Delta A_i}{4\pi(4\pi R_i^2)^2} \] 式中\(\Delta A_i\)是第\(i\)个散射单元的面积；\(\sigma^0(A_i)\)是该散射单元的散射系数；\(P_{ti}、G_{ti}\)和\(G_{ri}\)分别是该单元对应的发射功率\(P_t\)、天线增益\(G_t\)和接收天线增益\(G_r\)。

对上式取极限，那么有限和就变成积分表达式： \[ P_r=\frac{\lambda^2}{(4\pi)^3}\int\limits_{照射区}\frac{P_{t}G_{t}G_{r}\sigma^0(A)\Delta A}{R^4} \] 这个积分不完全正确，因为这意味着存在很多尺寸极小、真正独立的散射中心。但在应用中，只要照射区足够大，包含许多散射中心，这个公式就可以使用。在实际测量中，这个公式是实验设计的主要依据。

许多文献中散射系数用\(\gamma\)表示。\(\gamma\)和\(\sigma^0\)的定义略有不同，它定义为单位投影面积的单站雷达散射截面。下图给出了地面面积和投影面积的关系。

\(A\)是地面面积，\(A'\)是投影面积，\(\theta\)是入射角，因为两者的横向长度基本一样，所以 \[ A'=A\cos\theta \] 不论如何定义，雷达截面积应该保持不变(即散射能量相同)，那么 \[ \sigma^0 A=\gamma A'=\gamma A \cos\theta \] 由此可得 \[ \sigma^0=\gamma\cos\theta \]

4.几何角的关系

雷达杂波研究与应用中经常使用的几种角之间的关系如下图所示。

雷达入射角和俯角分别为雷达波束轴与地面垂线和水平线的夹角，二者为互余的关系；擦地角(即掠射角)和本地入射角则分别为波束轴与交地点处的地面切线和法线之间的夹角，二者为互余的关系。只有当距离较近或地球表面近似为平面的情况下，擦地角才与俯角相等，或者说本地入射角与擦地角为互余关系。在具体应用时，注意避免混淆。