Low-angle radar land clutter: measurements and empirical models

Front Matter......Page 2
Table of Contents......Page 0
Foreword......Page 6
Preface......Page 7
Table of Contents......Page 11
1.1 Introduction......Page 16
1.2 Historical Review......Page 18
1.2.1 Constant sigma°......Page 19
1.2.2 Wide Clutter Amplitude Distributions......Page 20
1.2.3 Spatial Inhomogeneity/Resolution Dependence......Page 21
1.2.4 Discrete Clutter Sources......Page 23
1.2.5 Illumination Angle......Page 24
1.2.6 Range Dependence......Page 26
1.3 Clutter Measurements at Lincoln Laboratory......Page 28
1.4 Clutter Prediction at Lincoln Laboratory......Page 31
1.4.1 Empirical Approach......Page 32
1.4.4 One-Component sigma° Model......Page 33
1.4.5 Depression Angle......Page 34
1.4.6 Decoupling of Radar Frequency and Resolution......Page 35
1.4.7 Radar Noise Corruption......Page 36
1.5.1 Overview......Page 38
1.5.4 Propagation......Page 39
1.5.5 Statistical Issues......Page 40
1.5.7 Parameter Ranges......Page 41
1.6 Organization of Book......Page 42
References......Page 45
2.1.1 Outline......Page 49
2.2.1 Radar Instrumentation......Page 50
2.2.3 Terrain Description......Page 51
2.3.1 Clutter Physics I......Page 56
2.3.2 Measured Land Clutter Maps......Page 58
2.3.3 Clutter Patches......Page 60
2.3.4 Depression Angle......Page 69
2.3.5 Terrain Slope/Grazing Angle......Page 76
2.3.6 Clutter Modeling......Page 79
2.4.1 Amplitude Distributions by Depression Angle for Three General Terrain Types......Page 82
2.4.2 Clutter Results for More Specific Terrain Types......Page 91
2.4.3 Combining Strategies......Page 110
2.4.4 Depression Angle Characteristics......Page 115
2.4.5 Effect of Radar Spatial Resolution......Page 124
2.4.6 Seasonal Effects......Page 125
2.5 Summary......Page 129
References......Page 130
2.5 Summary......Page 132
References......Page 133
3.1 Introduction......Page 135
3.1.1 Outline......Page 136
3.2 Multifrequency Clutter Measurements......Page 137
3.2.2 Data Collection......Page 138
3.2.3 Terrain Description......Page 148
3.3.1 Clutter Physics II......Page 152
3.3.2 Trends with Radar Frequency......Page 154
3.3.3 Depression Angle and Terrain Slope......Page 157
3.4 Mean Land Clutter Strength vs Frequency by Terrain Type......Page 161
3.4.1 Detailed Discussion of Measurements......Page 162
3.4.2 Twelve Multifrequency Clutter Strength Characteristics......Page 197
3.5.1 Frequency Dependence......Page 203
3.5.2 Polarization Dependence......Page 206
3.5.3 Resolution Dependence......Page 210
3.6.1 Ratio of Standard Deviation-to-Mean......Page 216
3.6.2 Skewness and Kurtosis......Page 221
3.6.3 Fifty-, 70-, and 90-Percentile Levels......Page 222
3.7 Effects of Weather and Season......Page 225
3.7.1 Diurnal Variability......Page 228
3.7.2 Six Repeated Visits......Page 229
3.7.3 Temporal and Spatial Variation......Page 231
3.8 Summary......Page 236
References......Page 240
4.1 Introduction......Page 241
4.1.1 Modeling Objective......Page 243
4.1.2 Modeling Rationale......Page 244
4.1.3 Modeling Scope......Page 247
4.2.1 Model Basis......Page 248
4.2.2 Interim Model......Page 250
4.2.3 Error Bounds......Page 253
4.3.1 Phase Zero Results......Page 255
4.3.2 Simple Clutter Model......Page 258
4.3.3 Further Considerations......Page 261
4.3.4 Summary......Page 265
4.4.1 Effects of Trees on Visibility at Cold Lake......Page 268
4.4.3 Vertical Objects on Level Terrain at Altona......Page 271
4.4.4 Summary......Page 275
4.5.1 Introduction......Page 276
4.5.2 Discrete Clutter Sources at Cochrane......Page 280
4.5.3 Separation of Discrete Source at Suffield......Page 281
4.5.4 sigma vs sigma° Normalization......Page 286
4.5.5 Conclusions......Page 289
4.6 Temporal Statistics, Spectra, and Correlation......Page 290
4.6.2 Spectral Characteristics......Page 291
4.6.3 Correlative Properties......Page 294
4.7 Summary......Page 299
References......Page 303
5.1 Introduction......Page 306
5.1.1 Review......Page 307
5.2.1 Weibull Statistics......Page 315
5.2.2 Clutter Model Framework......Page 317
5.2.3 Derivation of Results......Page 319
5.3.1 General Mixed Rural Terrain......Page 328
5.3.2 Further Reduction......Page 336
5.3.3 Validation of Clutter Model Framework......Page 338
5.3.4 Simplified Clutter Prediction......Page 339
5.4 Land Clutter Coefficients for Specific Terrain Types......Page 340
5.4.1 Urban or Built-Up Terrain......Page 343
5.4.2 Agricultural Terrain......Page 392
5.4.3 Forest Terrain......Page 406
5.4.4 Shrubland Terrain......Page 418
5.4.5 Grassland Terrain......Page 421
5.4.6 Wetland Terrain......Page 426
5.4.7 Desert Terrain......Page 429
5.4.8 Mountainous Terrain......Page 437
5.5 PPI Clutter Map Prediction......Page 442
5.5.2 Model Improvement......Page 443
5.6 Summary......Page 444
References......Page 446
6.1 Introduction......Page 448
6.2 Exponential Windblown Clutter Spectral Model......Page 449
6.2.1 ac Spectral Shape......Page 450
6.2.2 dc/ac Ratio......Page 452
6.2.3 Model Scope......Page 454
6.3.1 Radar Instrumentation and Data Reduction......Page 455
6.3.2 Measurements Illustrating ac Spectral Shape......Page 462
6.3.3 Measured Ratios of dc/ac Spectral Power......Page 473
6.4.1 Spreading of sigma° in Doppler......Page 477
6.4.2 Two Regions of Spectral Approximation......Page 479
6.4.3 Cells in Partially Open or Open Terrain......Page 482
6.4.4 MTI Improvement Factor......Page 489
6.5.1 Introduction......Page 493
6.5.2 Impact on Performance of Optimum MTI......Page 494
6.5.3 Impact on STAP Performance......Page 498
6.5.4 Validation of Exponential Clutter Spectral Model......Page 508
6.6.1 Three Analytic Spectral Shapes......Page 512
6.6.2 Reconciliation of Exponential Shape with Historical Results......Page 532
6.6.3 Reports of Unusually Long Spectral Tails......Page 537
6.7 Summary......Page 547
References......Page 550
Appendix 2.A Phase Zero Radar......Page 555
Appendix 2.B Formulation of Clutter Statistics......Page 563
Appendix 2.C Depression Angle Computation......Page 576
Appendix 3.A Phase One Radar......Page 579
Appendix 3.B Multipath Propagation......Page 591
Appendix 3.C Clutter Computations......Page 606
Appendix 4.A Clutter Strength vs Range......Page 616
Appendix 4.B Terrain Visibility as a Function of Site Height and Antenna Mast Height......Page 625
Appendix 4.C Effects of Terrain Shadowing and Finite Sensitivity......Page 637
Appendix 4.D Separation of Discretes in Clutter Modeling......Page 662
Appendix 5.A Weibull Statistics......Page 672
B......Page 699
C......Page 700
D......Page 703
F......Page 705
H......Page 706
L......Page 707
M......Page 709
P......Page 711
Q......Page 712
R......Page 713
S......Page 714
T......Page 716
U......Page 717
W......Page 718
Z......Page 719