米波雷達(dá)陣地選擇要素分析

劉育才，馬曉靜

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所;合肥 230088;2.電子工程學(xué)院，合肥 230037)

米波雷達(dá)陣地選擇要素分析

劉育才，馬曉靜

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所;合肥 230088;2.電子工程學(xué)院，合肥 230037)

摘要：簡(jiǎn)要回顧了米波雷達(dá)發(fā)展歷程，闡述了米波雷達(dá)反隱身的有效性，從理論上分析了影響其作戰(zhàn)效能的地形遮蔽、同頻段干擾、地面反射影響等幾種主要因素，并分別進(jìn)行仿真，給出了仿真結(jié)果以及陣地選擇建議。

關(guān)鍵詞：米波雷達(dá)；地形遮蔽；干擾；地面反射

0引言

米波雷達(dá)工作在甚高頻(VHF)波段，它是二戰(zhàn)中發(fā)明和使用的主要防空雷達(dá)，在二戰(zhàn)中扮演著重要的角色。但在戰(zhàn)后，隨著微波系統(tǒng)的發(fā)展，使雷達(dá)系統(tǒng)日趨完善，工作波段也在向微波、毫米波發(fā)展，米波雷達(dá)的發(fā)展則處于停滯狀態(tài)。近年來(lái)，隨著電磁干擾、低空突防和反輻射導(dǎo)彈等一系列反雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，加上美國(guó)憑借其雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)實(shí)力，不斷研制和生產(chǎn)新型飛機(jī)和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，特別是隱身飛機(jī)和隱身導(dǎo)彈的出現(xiàn)，使各國(guó)的防空雷達(dá)系統(tǒng)都面臨著嚴(yán)重的威脅[1]。目前的隱身飛機(jī)主要是通過(guò)外形或者是通過(guò)涂覆吸收材料來(lái)隱身，而米波雷達(dá)對(duì)隱身飛機(jī)具有天然的反隱身優(yōu)勢(shì)，作為隱身技術(shù)的兩大基礎(chǔ)——外形隱身和吸波材料對(duì)米波雷達(dá)來(lái)說(shuō)基本上是無(wú)效的，所以米波雷達(dá)具有天然的反隱身能力。因此，法國(guó)、俄羅斯等國(guó)大力發(fā)展米波雷達(dá)以應(yīng)對(duì)隱身飛機(jī)的威脅，我國(guó)目前也裝備了不同型號(hào)的多型米波雷達(dá)。

本文就米波雷達(dá)在作戰(zhàn)使用中的陣地選擇要素進(jìn)行分析，分析影響其作戰(zhàn)效能發(fā)揮的地形遮蔽、同頻段干擾、地面反射影響等幾種主要因素，對(duì)米波雷達(dá)的陣地選擇具有一定的參考價(jià)值。

1地形遮蔽影響

在地物環(huán)境對(duì)雷達(dá)作用范圍的影響中，地物遮蔽是一個(gè)重要的方面，如果在雷達(dá)周圍有高大建筑物的存在或者山區(qū)地形的存在，都可能會(huì)對(duì)雷達(dá)形成一定范圍的遮蔽盲區(qū)，影響雷達(dá)探測(cè)威力的發(fā)揮[2]。在不考慮繞射效應(yīng)的情況下，在遮蔽角以下雷達(dá)將不能探測(cè)到目標(biāo)。

作為遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)，米波雷達(dá)需要探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)，為了使得模型更加精確，需要考慮地球曲率的影響，采用球面反射模型。在球面反射模型下，根據(jù)目標(biāo)仰角和目標(biāo)距離、高度、雷達(dá)架設(shè)高度等參數(shù)的關(guān)系[3-4]：

(1)

式中:θt為目標(biāo)仰角;ht為目標(biāo)高度;h0為雷達(dá)相位中心高度;Rt為目標(biāo)距離;R0為等效地球半徑。

當(dāng)目標(biāo)高度為20 000 m、10 000 m時(shí)，不同遮蔽角對(duì)雷達(dá)作用距離的影響如圖1所示。因此，在選擇雷達(dá)架設(shè)陣地時(shí)，必須研究陣地周圍的地物特點(diǎn)，在主要作戰(zhàn)方向避開(kāi)可能對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生遮蔽的地物，同時(shí)兼顧其它方向，以保證雷達(dá)威力的充分發(fā)揮。

圖1　遮蔽角對(duì)雷達(dá)作用距離的影響

2同頻段干擾影響

米波雷達(dá)工作在VHF波段，而該波段通常被通信、導(dǎo)航、電視等電子設(shè)備占用，因此米波雷達(dá)易于受到這些民用設(shè)備的無(wú)意干擾[5]。以電視頻道干擾為例，根據(jù)GB/T 14433-93《彩色電視廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，我國(guó)米波波段無(wú)線電視1～12頻道的頻率分布如表1所示，這些同頻段的干擾會(huì)對(duì)米波雷達(dá)產(chǎn)生噪聲干擾或假目標(biāo)干擾。

表1　我國(guó)電視1～12頻道頻率分布

考慮噪聲干擾時(shí)，根據(jù)雷達(dá)距離方程，干擾條件下雷達(dá)作用距離隨干噪比變化關(guān)系如圖2所示?？梢?jiàn)，噪聲干擾嚴(yán)重影響雷達(dá)的作用距離，因此，在選擇雷達(dá)陣地時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)這些同頻段干擾。

圖2　干擾條件下雷達(dá)作用距離隨干噪比變化關(guān)系

3地面反射影響

米波雷達(dá)工作頻段低，波束寬度寬，容易受到地(水)面反射的影響[6]。由于地(水)面多徑信號(hào)的干涉影響，天線的垂直面波瓣會(huì)發(fā)生變化，設(shè)在自由空間天線垂直面的幅度波瓣函數(shù)為f0(θ,θ0)，其中θ0是波瓣最大值的指向角；δ為直達(dá)波與反射波在目標(biāo)處的波程差；Sd為直達(dá)波在目標(biāo)處的電場(chǎng)強(qiáng)度；Sr為反射波在目標(biāo)處的電場(chǎng)強(qiáng)度；φd為自由空間天線波瓣在直達(dá)波仰角θd處的相位；φr為自由空間天線波瓣在直達(dá)波仰角θr處的相位；f0(θd,θ)為自由空間天線波瓣在直達(dá)波仰角θd處的幅度值；f0(θr,θ)為自由空間天線波瓣在直達(dá)波仰角θr處的幅度值；ρ為地面反射系數(shù)的幅值；φg為地面反射系數(shù)的相位。

在這里僅考慮地面導(dǎo)電性能、地面粗糙度等因素的影響，不考慮地球曲率的影響。根據(jù)迭加原理，在目標(biāo)處的電場(chǎng)強(qiáng)度是直達(dá)波電場(chǎng)強(qiáng)度與反射波電場(chǎng)強(qiáng)度的迭加，表示如下：

(2)

由電磁場(chǎng)理論知：

(3)

(4)

將式(2)、式(3)代入式(1)得到考慮多徑效應(yīng)后天線的波瓣為:

(5)

令Δφ=φd-φr-φg+2πδ/λ，則:

(1) 當(dāng)Δφ=(2n+1)π,n=0,1,…時(shí)，fmin(θ,θ0)=f0(θd,θ0)-ρf0(θr,θ0)，為地面反射后天線波瓣的極小值。當(dāng)ρ=1，f0(θd,θ0)=f0(θr,θ0)時(shí)，f(θ,θ0)=0，天線波瓣出現(xiàn)零點(diǎn)(盲點(diǎn))，這是最壞的情況。

(2) 當(dāng)Δφ=2nπ,n=0,1,2,…時(shí)，fmax(θ,θ0)=f0(θd,θ0)+ρf0(θr,θ0)，為地面反射后天線波瓣的極大值。

下面對(duì)不考慮地面反射以及不同架高條件下雷達(dá)波束分裂情況進(jìn)行仿真，如圖3~圖8所示。仿真條件為:工作頻率60 MHz，波束寬度6.5°，雷達(dá)架設(shè)高度分別為40 m、100 m、200 m、300 m、400 m。

圖3　自由空間威力圖

圖4　架高40 m威力圖

圖5　架高100 m威力圖

圖6　架高200 m威力圖

圖7　架高300 m威力圖

從仿真結(jié)果可以看出，不同架高條件下，波瓣分裂情況明顯不同，造成威力覆蓋范圍也不同。選擇陣地時(shí)，可以根據(jù)雷達(dá)性能參數(shù)以及架設(shè)高度評(píng)估雷達(dá)威力覆蓋情況，在架高情況下，采用與架設(shè)高度相匹配的工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)威力的充分發(fā)揮。

4結(jié)束語(yǔ)

隱身飛機(jī)的出現(xiàn)對(duì)各國(guó)的防空雷達(dá)系統(tǒng)提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，迫使各國(guó)大力發(fā)展、部署米波雷達(dá)以應(yīng)對(duì)

隱身飛機(jī)的威脅。本文主要對(duì)地形遮蔽、同頻段干擾以及地面反射等幾種因素對(duì)米波雷達(dá)性能發(fā)揮的影響進(jìn)行了分析，給出了理論依據(jù)以及仿真結(jié)果，對(duì)米波雷達(dá)陣地選擇以及作戰(zhàn)使用具有一定的參考價(jià)值。

圖8　架高400 m威力圖

參考文獻(xiàn)

[1]蔣慶全．反隱身雷達(dá)技術(shù)發(fā)展探析[J]．火控雷達(dá)技術(shù)，2004(2):28-31.

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[3]Skolnik M I．雷達(dá)手冊(cè)[M]．第3版．南京電子技術(shù)研究所譯．北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[4]Skolnik M I．雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論[M]．第3版．左群聲,徐國(guó)良,馬林,等譯．北京：電子工業(yè)出版社，2006．

[5]樊滿良．淺談雷達(dá)工作環(huán)境對(duì)雷達(dá)作用范圍的影響[J]．空中交通管理，1997(6):21-23.

[6]張玉梅．減弱地面多徑影響的一種方法[J]．現(xiàn)代電子，1994(3):17-21.

Selection Factors Analysis of Meter-wave Radar Position

LIU Yu-cai，MA Xiao-jing

(1.No.38th Research Institute of CETC,Hefei 230088,China;2.Electronic Engineering College,Hefei 230037,China)

Abstract:This paper reviews the development history of meter-wave radars simply,expatiates the anti-stealth validity of meter-wave radars；analyzes several main factors such as terrain shade,common frequency jamming,ground reflect,etc.,which influence the operation efficiency,and respectively performs simulation,gives the simulation result and position selection suggestion.

Key words:meter-wave radar；terrain shade；interference；ground reflect

收稿日期:2015-01-10

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.03.009

中圖分類號(hào)：TN958

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：CN32-1413(2015)03-0030-03