雷达系统分析与设计：MATLAB应用第8章-地球大气影响

"《Radar Systems Analysis and Design Using Matlab, C08》是关于雷达系统分析与设计的经典著作，尤其关注使用MATLAB进行仿真。在第8章中，作者深入探讨了雷达波的传播，包括自由空间分析的局限性以及地球和大气层对雷达信号的影响。章节内容涵盖地面反射、电磁波衍射、大气折射和雷达能量的衰减等关键概念。" 在雷达系统的设计和分析中，理解雷达波如何在地球和大气层中传播至关重要。在之前的章节中，通常假设雷达波在自由空间中传播，忽略了地球和大气层对信号的干扰。然而，这样的简化分析只能提供基本的理解，而不能精确预测实际雷达系统的性能。为了更准确地估算雷达性能，我们需要考虑地球和大气层的影响。 第8章，雷达波传播，首先介绍了地球大气层的结构。大气层由多个层次构成，其中最靠近地面的一层称为对流层（图8.1），其高度大约延伸至20公里。当电磁波在对流层中传播时，会因大气的折射（向下弯曲）而发生路径改变。这种折射效果与对流层的介电常数密切相关，介电常数的变化会影响电磁波的传播速度和路径。 地面反射是雷达系统中一个重要的考虑因素，当雷达波遇到地球表面时，一部分能量会被反射回去。反射的性质取决于地面的类型，如平坦的水面、草地或建筑物等，这些都会影响雷达的回波强度和定位精度。 此外，电磁波在传播过程中会发生衍射现象，尤其是在遇到障碍物边缘时。衍射可以帮助我们理解雷达波如何绕过物体传播，这对于理解雷达探测的盲区和边缘效应很有帮助。 大气层中的气体也会对雷达波产生折射作用，这被称为大气折射。大气压力、温度和湿度的不均匀分布会导致雷达波路径的弯曲，从而影响目标的定位。特别是在对流层的高层，如平流层和中间层，这种折射效应尤为显著。 最后，大气层中的气体成分（如水蒸气、氧气和氮气）会对雷达能量产生吸收，导致雷达能量的衰减。这种衰减随频率的不同而变化，对于特定雷达工作频段，需要计算并补偿这部分损耗，以确保准确的探测距离和信噪比。 通过使用MATLAB，工程师可以模拟这些复杂的传播效应，进行雷达系统设计优化。MATLAB的建模和仿真能力使分析变得直观且高效，能够帮助设计师在实际构建系统前理解其性能表现，优化参数设置，以实现最佳的雷达性能。