클리어터(레이더)

Clutter (radar)
레이더 디스플레이를 어지럽히는 다양한 레이더 아티팩트

클루터[1][2] 특히 레이더와 관련하여 전자 시스템에서 원하지 않는 메아리에 사용되는 용어다. 그러한 메아리는 일반적으로 지상, 바다, 비, 동물/곤충, 차프 및 대기 난기류에서 반환되며 레이더 시스템에 심각한 성능 문제를 일으킬 수 있다.

백스캐터 계수

한 사람이 어수선하다고 생각하는 것, 다른 사람이 타겟이라고 생각할 수도 있다. 단, 표적은 대개 확장된 편포자(여러 범위, 각도, 도플러 셀을 포함)에 대한 점 편포자와 잡동사니를 가리킨다. 이 잡동사니는 한 부피를 채울 수도 있고(비 등) 표면(땅처럼)에 국한될 수도 있다. 원칙적으로 잡동사니 영역에서 레이더 복귀(백스캐터)를 추정하는 데 필요한 것은 조명되는 부피나 표면, 단위 부피당 volume° 또는 단위 표면 면적당 σ°(백스캐터 계수)에 대한 지식이다.

잡음 제한 또는 소음 제한 레이더

어떤 가능한 잡음 이외에도 항상 잡음이 있을 것이다. 따라서 목표 수익률과 경쟁하는 총 신호는 잡음 + 잡음이다. 실제로 잡동사니나 잡동사니들이 지배하는 경우가 없으며 소음도 무시할 수 있다. 첫 번째 경우 레이더는 노이즈 리미티드(Noise Limited)라고 하며, 두 번째 경우는 클루터 리미티드(Cluter Limited)라고 한다.

볼륨 클러터

비, 우박, 눈, 그리고 채프는 볼륨 잡지의 예다. 예를 들어 범위 에서 공중 목표물이 폭풍우 안에 있다고 가정해 보십시오. 대상의 검출성에 미치는 영향은?

그림 1 조명이 들어오는 레인 셀의 그림

우선 잡동사니 반환의 크기를 찾아라. 잡동사니가 대상을 포함하는 셀을 채우고, 산포자가 통계적으로 독립적이며, 산포자가 볼륨을 통해 균일하게 분포한다고 가정한다. 펄스에 의해 조명되는 클러터 부피는 빔 폭과 펄스 지속시간 그림 1에서 계산할 수 있다. c가 빛의 속도이고 }이(가) 전송된 펄스의 지속시간이라면, 대상에서 돌아오는 펄스는 {{\}의 물리적 범위와 동일하며, 이는 클러터의 개별 요소로부터 돌아오는 것이다. R {\에서 방위각 및 고도 빔 너비는 조명 셀에 타원형 단면이 있다고 가정할 경우 각각 / 2 } 및 / 2 이다

따라서 조명 셀의 부피는 다음과 같다.

작은 각도에서 이는 다음과 같이 단순화된다.

잡동사니는 대상을 균일하게 포함하는 셀을 채우는 다수의 독립적 산란자로 가정한다. 볼륨으로부터의 클러터 리턴은 정상 레이더 방정식에 대해 계산되지만 레이더 크로스 섹션은 볼륨 백스캐터 계수, ,그리고 위에서 도출한 클러터 셀 볼륨으로 대체된다. 그때 그 잡동사니 귀환이 있다.

어디에

  • = 송신기 전력(와트)
  • = 송신 안테나 이득
  • = 수신 안테나의 유효 조리개(면적)
  • = 레이더에서 대상까지의 거리

클러터의 조명이 빔 폭에 걸쳐 균일하지 않다는 사실을 감안하여 보정을 실시해야 한다. 실제로 빔 모양은 그 자체가 가우스 함수에 근접한 싱크 함수에 근사하게 된다. 보정 계수는 안테나의 가우스 근사치를 빔에 걸쳐 통합함으로써 발견된다. 교정된 등 산란 전력은

여러 가지 간단한 대체품을 만들 수 있다. 수신 안테나 구멍은 다음과 같은 방법으로 이득과 관련된다.

안테나 이득은 다음과 같은 방법으로 두 빔 폭과 관련된다.

일반적으로 동일한 안테나가 송신과 수신에 모두 사용되므로 수신된 클러터 파워는 다음과 같다.

클러터 리턴 파워가 시스템 노이즈 파워보다 크면 레이더가 잡음 제한되고 신호 대 잡음 비율이 최소 신호 대 잡음 비율보다 크거나 같아야 대상을 탐지할 수 있다.

레이더 방정식을 통해 목표물 자체로부터의 복귀는 다음과 같다.

신호 대 잡음 비에 대한 결과적 표현으로

그 의미는 레이더가 소음을 제한했을 때 신호 대 잡음비의 변화는 역 4전원이라는 것이다. 거리를 절반으로 줄이면 신호 대 잡음 비율이 16배 증가(개선)한다. 그러나 레이더가 볼륨 클러터 제한일 때는 역제곱 법칙으로, 거리를 절반으로 줄이면 신호가 4배만 커진다.

이후

그 뒤를 잇다

클러터 셀의 부피를 줄임으로써 클러터 효과를 줄이기 위해서는 분명히 좁은 빔 폭과 짧은 펄스가 필요하다. 펄스 압축을 사용할 경우 계산에 사용할 적절한 펄스 지속시간은 전송된 펄스가 아니라 압축된 펄스의 지속시간이다.

신호 대 볼륨 혼잡 비율 계산 시 문제

볼륨 잡음(예: 비)의 문제는 조명된 볼륨이 완전히 채워지지 않을 수 있다는 것이며, 이 경우 채워진 부분을 알아야 하며, 분포를 균일하게 분산시키지 않을 수 있다는 것이다. 10° 높이의 빔을 고려하십시오. 10km 범위에서 빔은 지상 높이에서 1750m까지 커버할 수 있다. 지상에 비가 올 수 있지만 빔의 상단은 구름 수준 이상일 수 있다. 비가 내리는 빔 부분에서는 강우량이 일정하지 않을 것이다. 혼잡도와 신호 대 혼잡 비율을 정확하게 평가하기 위해서는 비가 어떻게 분산되었는지 알 필요가 있을 것이다. 이 방정식에서 예상할 수 있는 모든 것은 가장 가까운 5 또는 10dB에 대한 추정이다.

표면 클러터

표면 클러터 리턴은 표면의 특성, 거칠기, 방목각(빔이 표면과 함께 만드는 각도), 빈도 및 편극화에 따라 달라진다. 반사된 신호는 다양한 출처로부터 많은 수의 개별 수익의 페이소르 합으로, 그 중 일부는 움직일 수 있는 것(잎, 빗방울, 잔물결)과 그 중 일부는 정지해 있는 것(필론, 건물, 잡동사니 표본은 분해능 셀마다 다르며(공간 변동) 주어진 셀에 대한 시간(임시 변동)에 따라 달라진다.

빔 충전

그림 2. 고각 및 저각 표면 클러터 조명 그림

지구와 표적이 동일한 범위 분해능 셀에 있도록 지구 표면에 가까운 표적에 대해서는 두 가지 조건 중 하나가 가능하다. 가장 일반적인 경우는 빔이 어느 한 번에 조명되는 영역이 그림 2에 나타낸 것과 같이 빔과 교차하는 표면의 일부에 불과할 정도로 각도로 표면을 교차하는 경우다.

펄스 길이 제한 케이스

펄스 길이 제한 사례의 경우 조명 영역은 빔의 방위 폭과 표면을 따라 측정된 펄스 길이에 따라 달라진다. 조명이 들어오는 패치의 너비는 다음과 같다.

/ 2 \\tan \2}

표면을 따라 측정한 길이는

/ ) {\ 2)\sec }.

레이더에 의해 조명되는 영역은 다음에 의해 주어진다.

'작은' 빔 폭의 경우 이 값은 다음과 같다.

그때 그 잡동사니 귀환이 있다.

와트

조명 영역 를 대체하는 중

Watts

여기서 잡동사리의 후방 산란 계수다. }을(를) 도로 변환하고 숫자 값을 입력하면

= 2 o o o o {\^}^{와트.

목표값 반환에 대한 표현은 변경되지 않고, 따라서 신호 대 잡음

와트

이렇게 하면 다음과 같이 간단해진다.

표면이 어수선한 경우, 이제 잡음 신호는 R과 반비례한다. 거리를 절반으로 줄이면 비율이 두 배로 증가할 뿐이다(두 가지 개선 요인).

펄스 길이 제한 사례에 대한 혼잡도 계산 문제

신호 대 잡음 비를 계산하는 데는 여러 가지 문제가 있다. 주 빔의 잡동사니는 방목 각도에 걸쳐 확장되며 백스캐터 계수는 방목 각도에 따라 달라진다. 클루터는 안테나 측면부에 나타나며, 이는 다시 다양한 방목 각도와 다른 성질의 클루터까지 포함할 수 있다.

빔 폭 제한 케이스

계산은 앞의 예와 유사하며, 이 경우 조명 영역은 다음과 같다.

작은 빔 너비를 위해

어수선한 귀환은 전과 같다.

와트

조명 영역 를 대체하는 중

와트

이를 다음과 같이 단순화할 수 있다.

= 4 2 2 o 2 o }\2}^{2^{{o}}}}}}Wt}}}Watt}}}}}Watto}Watto}Watto}Watto}

}을(를) 도(道)로 변환

= t 2 4 ( / ) o\ \ \ \2}\^{{{{{{{{{}}}}}}}}}}와트}}}}}}와트}}}}}}}}}}}}

목표 수익은 변경되지 않고 따라서

로 단순화된다.

볼륨 클리어터의 경우와 마찬가지로 신호 대 클리어터 비율은 역제곱 법칙을 따른다.

표면 혼잡 계산 시 일반적인 문제

일반적으로 중요한 문제는 백스캐터 계수를 일반적으로 계산할 수 없으며 반드시 측정해야 한다는 것이다. 문제는 한 가지 조건에서 다른 위치에 사용되는 측정의 유효성이다. 추정을 할 수 있는 다양한 경험적 공식과 그래프가 존재하지만 그 결과를 주의 깊게 사용할 필요가 있다.

클러터 폴딩

클러터 폴딩레이더 시스템이 보는 '클러터'를 기술할 때 사용하는 용어다. 클러터 폴딩은 클러터의 범위 범위가 레이더의 펄스 반복 주파수 간격을 초과할 때 문제가 되고, 클러터 폴딩은 더 이상 적절한 클러터 억제를 제공하지 않으며, 클러터 "폴딩"이 다시 레인지에 돌아온다. 이 문제에 대한 해결책은 대개 레이더의 각 일관성 있는 잔류물충만 펄스를 추가해 시스템에 의해 잡음 억제가 적용되는 범위를 증가시키는 것이다.

이를 위한 트레이드오프는 송신기 전력 낭비 및 체류 시간 증가로 인해 채우기 펄스를 추가하면 성능이 저하된다는 것이다.

참조

  1. ^ Golbon-Haghighi, M.H.; Zhang G. (July 2019). "Detection of Ground Clutter for Dual-Polarization Weather Radar Using a Novel 3D Discriminant Function". Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 36 (7): 1285–1296. Bibcode:2019JAtOT..36.1285G. doi:10.1175/JTECH-D-18-0147.1.
  2. ^ Golbon-Haghighi, M.H.; Zhang G.; Li Y.; Doviak R. (June 2016). "Detection of Ground Clutter from Weather Radar Using a Dual-Polarization and Dual-Scan Method". Atmosphere. 7 (6): 83. Bibcode:2016Atmos...7...83G. doi:10.3390/atmos7060083.