精測雷達低仰角測角誤差規(guī)律的研究

陳登偉　吳海東　初曉

摘 要： 對精測雷達低仰角測角誤差規(guī)律進行研究，分析了精測雷達回波測量原理，并計算其天線差波束波瓣能量分布情況；研究雷達直射地物回波及地面遮擋對雷達跟蹤目標的影響，并與傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型進行對比，得出傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型對雷達低仰角誤差的影響并不是主要的；最后結(jié)合精測雷達對地物回波的實測數(shù)據(jù)得出雷達低仰角測角誤差的真實變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞： 雷達低仰角測角誤差； 地物反射回波； 地面遮擋效應(yīng)； 傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型

中圖分類號： TN95?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0047?04

Abstract： The low elevation angle error of precision instrumentation radar is studied in this paper. The echo measurement principle of precision instrumentation radar is analyzed. The lobes energy distribution of antenna difference beam is calculated. The effects of echo signals of direct ground object and the ground shielding on radar′s target tracking is researched. In comparison with the traditional multipath effect model， it is found that the influence of the traditional multipath effect model on the radar low elevation angle error is not important. The real changing rule of low elevation angle error of precision instrumentation radar was obtained by the measured ground echo datas of precision instrumentation radar.

Keywords： low elevation angle error of radar； reflection echoes of ground object； ground shielding effect； traditional multipath model

0 引 言

精測雷達在低仰角跟蹤目標時總要受到地面復(fù)雜因素的影響而產(chǎn)生測角誤差，而對于測角誤差的規(guī)律則始終無法說清，在多數(shù)文獻中都用地面的鏡面反射多路徑效應(yīng)模型[1?2]來解釋低仰角測角誤差。本文從精測雷達回波測量原理入手研究，通過對比傳統(tǒng)多路徑模型與地物回波對雷達跟蹤的影響進行探討，最后用精測雷達對地物回波的實測數(shù)據(jù)得出了低仰角雷達測角誤差變化規(guī)律。通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)理論認為的多路徑效應(yīng)對雷達低仰角誤差的影響并不大，而對雷達測角誤差影響最大的因素則是與目標同距離下方的雷達地物直射回波和地面對雷達差波束的遮擋效應(yīng)。

1 雷達回波測量原理

1.1 地物回波的影響范圍

雷達照射到地面是一定會有地物回波的，但是不是所有天線照射的地物都對回波有貢獻。雷達照射的地面范圍為一個斜面，通過對精測雷達測量原理的分析可以發(fā)現(xiàn)，在這一地面照射范圍內(nèi)，只有一個狹小的帶狀范圍內(nèi)的地物回波將被雷達接收，而在帶狀范圍之外的雷達回波將被雷達距離波門所屏蔽掉[3]，如圖1，圖2所示。這一帶狀范圍的寬度將由雷達距離波門的時間長度決定，例如，某精測雷達波門為±125 m，即雷達在某一時刻只處理波門中心附近±125 m范圍內(nèi)的回波信號。從以上分析可知，雷達照射地面時的地物回波只是一個狹小的地面區(qū)域的地物反射回波。

1.2 雷達測角跟蹤原理

由雷達原理可知，精測雷達測角一般采用比對兩束差波束能量差的方法進行。下面對精測雷達測角誤差信號產(chǎn)生的機理進行分析。

雷達跟蹤目標時，由發(fā)射機產(chǎn)生高頻電磁波向空中輻射，然后雷達天線等待接收回波。首先，由天線高頻頭部分產(chǎn)生接收回波每一時刻的兩束差波束能量差送到雷達接收機電路；接收機根據(jù)測距機給出的測距波門信號決定截取哪一個小時間段內(nèi)的差波束能量差信號，然后由峰值取樣保持電路取得這一時間段內(nèi)的差信號的最大值作為該時刻雷達跟蹤的角誤差信號；雷達伺服系統(tǒng)將根據(jù)這個誤差信號完成對目標的角度修正，從而自動跟蹤目標。

當目標低仰角飛行時，在截取的差波束能量差信號中，將既有目標回波的能量差又有地物回波的能量差，二者的疊加將決定雷達角誤差的變化方向。雷達低仰角回波產(chǎn)生示意圖如圖3所示。

1.3 單脈沖雷達差波瓣輻射能量分布

某精測雷達為單脈沖測量雷達，其天線兩差波束方向圖函數(shù)相同[1]，雙向工作均為[Fθ=][sinπdλsinθπdλsinθ2]（其中，[d]表示天線口徑大小，[λ]為工作波長），但最大輻射方向不同。

以雷達天線電中心為原點，對差波束1來講，方向圖函數(shù)可表示為[Fθ+α=sinπdλsinθ+απdλsinθ+α2，]對差波束2來講，方向圖函數(shù)可表示為[Fθ-α=sinπdλsinθ-απdλsinθ-α2，]（其中[α]為兩差波束到天線中心的偏角），對[Fθ+α]和[Fθ-α]兩函數(shù)求導(dǎo)數(shù)，并令[Fθ+α′]和[Fθ-α′]為0，根據(jù)雷達天線直徑[d]（單位：m），工作頻率[f]（單位：MHz），可求出兩差波束各自副瓣的位置及副瓣能量數(shù)值如圖4所示。

2 雷達低仰角回波的分析

2.1 傳統(tǒng)多路徑模型

對于雷達低仰角測角誤差，傳統(tǒng)理論認為地面鏡像反射多路徑效應(yīng)是影響雷達低仰角測角誤差的主要原因，傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型如圖5所示，分三個區(qū)域進行解釋[3]。

（1） 副瓣區(qū)。雷達主瓣還未“打地”，認為多路徑影響與雷達副瓣電平大小有關(guān)。

（2） 主瓣區(qū)。認為雷達主波束“打地”，多路徑影響開始變得嚴重。

（3） 水平區(qū)。當波束擦地角接近零，認為目標直接回波信號與目標鏡像回波差不多相等而相位相反，組合信號非常小，信噪比低，精度惡化。

2.2 雷達直射地物回波能量與傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)回波

能量的對比

傳統(tǒng)多路徑模型只考慮了目標對雷達回波的反射和散射，但當雷達跟蹤低仰角目標時，在與目標同等距離的地物必然也反射雷達回波并被雷達天線所接收，而傳統(tǒng)多路徑模型完全沒有提及。下面分兩種情況進行討論。

（1） 目標距離較近時的情況

當目標距離較近時，可以不考慮地球曲率的影響，此時雷達照射目標的下方地物完全可以被雷達波束直接照射到，如圖6所示。從圖6中可以看出，傳統(tǒng)多路徑回波與雷達直射地物回波并存，雷達接收回波將由目標直接回波、地物直接回波和目標多路徑回波組成。若沒有地物回波和目標多路徑回波的影響，雷達將無偏差的正確跟蹤目標，因此下面只考慮地物回波與目標多路徑回波的影響。

當目標飛得較低時，目標多路徑回波將由雷達主波束進入，即雷達俯仰差波束的下主瓣波束進入。此時對目標多路徑回波的影響將由地面反射系數(shù)[ρ（ρ<1）]和進入天線的回波與下波束主瓣中心的夾角大小決定。對于地物反射回波來說，當目標多路徑回波由雷達主波束進入時，雷達天線下波束主瓣肯定已經(jīng)觸碰到了地面，目標下方的地物將會產(chǎn)生很強的回波，并且從圖6中可以看出地物反射回波方向比目標多路徑回波方向更接近天線下波束主瓣的中心，因此，地物反射回波將比目標多路徑回波強許多倍。

從以上分析可知，對雷達低仰角測角來說，在目標距離較近時，目標下方的地物反射回波將顯著強于目標多路徑回波的影響，此時測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定。

（2） 目標距離較遠時的情況

當目標距離變遠時，此時必須考慮地球曲率的影響，如圖7所示。由于地球曲面的遮擋，目標下方的地物回波在雷達屏上將逐漸減少。此時，反射回波將主要由目標回波和地面多路徑影響決定，但因為目標回波幾乎貼近地面，所以多路徑的回波與目標回波方向的夾角很小，因此多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響也變小。此時，另一個重要因素即地面對雷達下波束主瓣的遮擋將十分明顯。根據(jù)雷達波束對目標的作用效果可以得出此時的有效合成波束方向圖，如圖8所示。從圖8中可以看出由于地面的遮擋，下波束的主瓣能量將明顯弱化，導(dǎo)致目標處接收的上波束能量明顯強于下波束。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，這時地面遮擋將是測角誤差的主要因素，雷達上波束回波明顯強于下波束回波，誤差將導(dǎo)致雷達天線向上偏離。

當目標在遠距離處一直向上升高時，假設(shè)下波束主瓣完全不被地面遮擋，此時地面遮擋引起的誤差將會減小，目標多路徑回波將會是主要考慮因素，但是由于雷達天線下波束主瓣已經(jīng)脫離地面，多路徑回波能量只能從雷達下波束副瓣進入，而精測雷達的副瓣與主瓣能量之比是很小的，一般都在20 dB以上，所以即使有目標多路徑回波能量從副瓣進入，但對雷達回波信號的影響是不大的。因此，當目標升高時即沒有地面遮擋時，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角的影響也是很微弱的。

從以上兩種情況的分析可知，對于雷達低仰角測角誤差，無論目標距離遠近，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響都不是主要因素。當目標距離較近時，沒有地球曲率影響，測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定；當目標距離較遠時，此時仰角更低，由于地球曲率的因素，測角誤差將主要由地面對雷達天線下波束主瓣的遮擋情況決定。

3 對地物回波的實際測量

在實際測試中，對某精測雷達遠處一突出地物進行地物直射回波實際測量，結(jié)果如表1所示，根據(jù)表1繪制雷達回波高低差變化圖，如圖9所示。根據(jù)以上對精測雷達低仰角回波的分析，結(jié)合某精測雷達天線差波瓣方向圖（如圖4）可知，圖中A點為雷達主波束高于地物時的情形，此時高低角誤差由下波束的第一副瓣對準地物引起的；C點為雷達下波束主瓣完全對準地物引起的，此時雷達向下的誤差最大；B點為下波束主瓣與第一副瓣的交界處；D點為下波束主瓣完全被地面遮擋，而上波瓣主瓣對準地物引起的，此時雷達天線向上抬高；E點為上波束主瓣完全被地面遮擋引起的，此時誤差由下主瓣的第二副瓣對準地物引起的，天線向下偏；其他情況依次類推。以上雷達實測差值與圖4中的雷達天線差波束計算數(shù)值完全一致。

在雷達正常跟蹤目標時，雷達對地物回波的誤差信號將直接疊加到雷達目標回波中，從而使得雷達跟蹤目標高低角產(chǎn)生以上規(guī)律的偏差。

4 結(jié) 語

本文通過對精測雷達回波測量原理的分析，結(jié)合精測雷達實際測量，對傳統(tǒng)認為的地面鏡像多路徑效應(yīng)造成低仰角測角誤差的模型進行修正，提出了雷達低仰角誤差的主要原因是由雷達主瓣邊緣能量直接觸碰地面的地物反射回波和地面對雷達差波束的遮擋效應(yīng)導(dǎo)致的。通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，雷達低仰角測角誤差主要是由雷達主瓣本身具有一定寬度導(dǎo)致的，當雷達天線下波束的主瓣完全脫離地面時，測角誤差將由副瓣的影響產(chǎn)生；而精測雷達若要探測目標，雷達的主瓣必須具有一定的寬度，因此雷達的低仰角誤差必然存在。本文結(jié)論揭示了雷達低仰角測量誤差的真實規(guī)律，很好地解釋了測量雷達低仰角“點頭”現(xiàn)象[4?5]，為雷達低仰角測角誤差的估算與修正提供了很好的幫助。運用本文結(jié)論，通過測量典型地物回波可以繪制雷達穩(wěn)定跟蹤目標的飛行空域圖。

參考文獻

[1] 丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

[2] 王德純，丁家會，程望東.精密跟蹤測量雷達技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3] [美] MAHAFZA B R.雷達系統(tǒng)分析與設(shè)計（Matlab版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] [美] SKOLNIK M L.雷達系統(tǒng)導(dǎo)論[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 張小紅，楊敏.雷達低角跟蹤技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達，2004（11）：8?11.

[6] 于智春，李中偉，盧長海.降低多路徑效應(yīng)影響的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（1）：15?17.

2 雷達低仰角回波的分析

2.1 傳統(tǒng)多路徑模型

對于雷達低仰角測角誤差，傳統(tǒng)理論認為地面鏡像反射多路徑效應(yīng)是影響雷達低仰角測角誤差的主要原因，傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型如圖5所示，分三個區(qū)域進行解釋[3]。

（1） 副瓣區(qū)。雷達主瓣還未“打地”，認為多路徑影響與雷達副瓣電平大小有關(guān)。

（2） 主瓣區(qū)。認為雷達主波束“打地”，多路徑影響開始變得嚴重。

（3） 水平區(qū)。當波束擦地角接近零，認為目標直接回波信號與目標鏡像回波差不多相等而相位相反，組合信號非常小，信噪比低，精度惡化。

2.2 雷達直射地物回波能量與傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)回波

能量的對比

傳統(tǒng)多路徑模型只考慮了目標對雷達回波的反射和散射，但當雷達跟蹤低仰角目標時，在與目標同等距離的地物必然也反射雷達回波并被雷達天線所接收，而傳統(tǒng)多路徑模型完全沒有提及。下面分兩種情況進行討論。

（1） 目標距離較近時的情況

當目標距離較近時，可以不考慮地球曲率的影響，此時雷達照射目標的下方地物完全可以被雷達波束直接照射到，如圖6所示。從圖6中可以看出，傳統(tǒng)多路徑回波與雷達直射地物回波并存，雷達接收回波將由目標直接回波、地物直接回波和目標多路徑回波組成。若沒有地物回波和目標多路徑回波的影響，雷達將無偏差的正確跟蹤目標，因此下面只考慮地物回波與目標多路徑回波的影響。

當目標飛得較低時，目標多路徑回波將由雷達主波束進入，即雷達俯仰差波束的下主瓣波束進入。此時對目標多路徑回波的影響將由地面反射系數(shù)[ρ（ρ<1）]和進入天線的回波與下波束主瓣中心的夾角大小決定。對于地物反射回波來說，當目標多路徑回波由雷達主波束進入時，雷達天線下波束主瓣肯定已經(jīng)觸碰到了地面，目標下方的地物將會產(chǎn)生很強的回波，并且從圖6中可以看出地物反射回波方向比目標多路徑回波方向更接近天線下波束主瓣的中心，因此，地物反射回波將比目標多路徑回波強許多倍。

從以上分析可知，對雷達低仰角測角來說，在目標距離較近時，目標下方的地物反射回波將顯著強于目標多路徑回波的影響，此時測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定。

（2） 目標距離較遠時的情況

當目標距離變遠時，此時必須考慮地球曲率的影響，如圖7所示。由于地球曲面的遮擋，目標下方的地物回波在雷達屏上將逐漸減少。此時，反射回波將主要由目標回波和地面多路徑影響決定，但因為目標回波幾乎貼近地面，所以多路徑的回波與目標回波方向的夾角很小，因此多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響也變小。此時，另一個重要因素即地面對雷達下波束主瓣的遮擋將十分明顯。根據(jù)雷達波束對目標的作用效果可以得出此時的有效合成波束方向圖，如圖8所示。從圖8中可以看出由于地面的遮擋，下波束的主瓣能量將明顯弱化，導(dǎo)致目標處接收的上波束能量明顯強于下波束。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，這時地面遮擋將是測角誤差的主要因素，雷達上波束回波明顯強于下波束回波，誤差將導(dǎo)致雷達天線向上偏離。

當目標在遠距離處一直向上升高時，假設(shè)下波束主瓣完全不被地面遮擋，此時地面遮擋引起的誤差將會減小，目標多路徑回波將會是主要考慮因素，但是由于雷達天線下波束主瓣已經(jīng)脫離地面，多路徑回波能量只能從雷達下波束副瓣進入，而精測雷達的副瓣與主瓣能量之比是很小的，一般都在20 dB以上，所以即使有目標多路徑回波能量從副瓣進入，但對雷達回波信號的影響是不大的。因此，當目標升高時即沒有地面遮擋時，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角的影響也是很微弱的。

從以上兩種情況的分析可知，對于雷達低仰角測角誤差，無論目標距離遠近，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響都不是主要因素。當目標距離較近時，沒有地球曲率影響，測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定；當目標距離較遠時，此時仰角更低，由于地球曲率的因素，測角誤差將主要由地面對雷達天線下波束主瓣的遮擋情況決定。

3 對地物回波的實際測量

在實際測試中，對某精測雷達遠處一突出地物進行地物直射回波實際測量，結(jié)果如表1所示，根據(jù)表1繪制雷達回波高低差變化圖，如圖9所示。根據(jù)以上對精測雷達低仰角回波的分析，結(jié)合某精測雷達天線差波瓣方向圖（如圖4）可知，圖中A點為雷達主波束高于地物時的情形，此時高低角誤差由下波束的第一副瓣對準地物引起的；C點為雷達下波束主瓣完全對準地物引起的，此時雷達向下的誤差最大；B點為下波束主瓣與第一副瓣的交界處；D點為下波束主瓣完全被地面遮擋，而上波瓣主瓣對準地物引起的，此時雷達天線向上抬高；E點為上波束主瓣完全被地面遮擋引起的，此時誤差由下主瓣的第二副瓣對準地物引起的，天線向下偏；其他情況依次類推。以上雷達實測差值與圖4中的雷達天線差波束計算數(shù)值完全一致。

在雷達正常跟蹤目標時，雷達對地物回波的誤差信號將直接疊加到雷達目標回波中，從而使得雷達跟蹤目標高低角產(chǎn)生以上規(guī)律的偏差。

4 結(jié) 語

本文通過對精測雷達回波測量原理的分析，結(jié)合精測雷達實際測量，對傳統(tǒng)認為的地面鏡像多路徑效應(yīng)造成低仰角測角誤差的模型進行修正，提出了雷達低仰角誤差的主要原因是由雷達主瓣邊緣能量直接觸碰地面的地物反射回波和地面對雷達差波束的遮擋效應(yīng)導(dǎo)致的。通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，雷達低仰角測角誤差主要是由雷達主瓣本身具有一定寬度導(dǎo)致的，當雷達天線下波束的主瓣完全脫離地面時，測角誤差將由副瓣的影響產(chǎn)生；而精測雷達若要探測目標，雷達的主瓣必須具有一定的寬度，因此雷達的低仰角誤差必然存在。本文結(jié)論揭示了雷達低仰角測量誤差的真實規(guī)律，很好地解釋了測量雷達低仰角“點頭”現(xiàn)象[4?5]，為雷達低仰角測角誤差的估算與修正提供了很好的幫助。運用本文結(jié)論，通過測量典型地物回波可以繪制雷達穩(wěn)定跟蹤目標的飛行空域圖。

參考文獻

[1] 丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

[2] 王德純，丁家會，程望東.精密跟蹤測量雷達技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3] [美] MAHAFZA B R.雷達系統(tǒng)分析與設(shè)計（Matlab版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] [美] SKOLNIK M L.雷達系統(tǒng)導(dǎo)論[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 張小紅，楊敏.雷達低角跟蹤技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達，2004（11）：8?11.

[6] 于智春，李中偉，盧長海.降低多路徑效應(yīng)影響的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（1）：15?17.

2 雷達低仰角回波的分析

2.1 傳統(tǒng)多路徑模型

對于雷達低仰角測角誤差，傳統(tǒng)理論認為地面鏡像反射多路徑效應(yīng)是影響雷達低仰角測角誤差的主要原因，傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)模型如圖5所示，分三個區(qū)域進行解釋[3]。

（1） 副瓣區(qū)。雷達主瓣還未“打地”，認為多路徑影響與雷達副瓣電平大小有關(guān)。

（2） 主瓣區(qū)。認為雷達主波束“打地”，多路徑影響開始變得嚴重。

（3） 水平區(qū)。當波束擦地角接近零，認為目標直接回波信號與目標鏡像回波差不多相等而相位相反，組合信號非常小，信噪比低，精度惡化。

2.2 雷達直射地物回波能量與傳統(tǒng)多路徑效應(yīng)回波

能量的對比

傳統(tǒng)多路徑模型只考慮了目標對雷達回波的反射和散射，但當雷達跟蹤低仰角目標時，在與目標同等距離的地物必然也反射雷達回波并被雷達天線所接收，而傳統(tǒng)多路徑模型完全沒有提及。下面分兩種情況進行討論。

（1） 目標距離較近時的情況

當目標距離較近時，可以不考慮地球曲率的影響，此時雷達照射目標的下方地物完全可以被雷達波束直接照射到，如圖6所示。從圖6中可以看出，傳統(tǒng)多路徑回波與雷達直射地物回波并存，雷達接收回波將由目標直接回波、地物直接回波和目標多路徑回波組成。若沒有地物回波和目標多路徑回波的影響，雷達將無偏差的正確跟蹤目標，因此下面只考慮地物回波與目標多路徑回波的影響。

當目標飛得較低時，目標多路徑回波將由雷達主波束進入，即雷達俯仰差波束的下主瓣波束進入。此時對目標多路徑回波的影響將由地面反射系數(shù)[ρ（ρ<1）]和進入天線的回波與下波束主瓣中心的夾角大小決定。對于地物反射回波來說，當目標多路徑回波由雷達主波束進入時，雷達天線下波束主瓣肯定已經(jīng)觸碰到了地面，目標下方的地物將會產(chǎn)生很強的回波，并且從圖6中可以看出地物反射回波方向比目標多路徑回波方向更接近天線下波束主瓣的中心，因此，地物反射回波將比目標多路徑回波強許多倍。

從以上分析可知，對雷達低仰角測角來說，在目標距離較近時，目標下方的地物反射回波將顯著強于目標多路徑回波的影響，此時測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定。

（2） 目標距離較遠時的情況

當目標距離變遠時，此時必須考慮地球曲率的影響，如圖7所示。由于地球曲面的遮擋，目標下方的地物回波在雷達屏上將逐漸減少。此時，反射回波將主要由目標回波和地面多路徑影響決定，但因為目標回波幾乎貼近地面，所以多路徑的回波與目標回波方向的夾角很小，因此多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響也變小。此時，另一個重要因素即地面對雷達下波束主瓣的遮擋將十分明顯。根據(jù)雷達波束對目標的作用效果可以得出此時的有效合成波束方向圖，如圖8所示。從圖8中可以看出由于地面的遮擋，下波束的主瓣能量將明顯弱化，導(dǎo)致目標處接收的上波束能量明顯強于下波束。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，這時地面遮擋將是測角誤差的主要因素，雷達上波束回波明顯強于下波束回波，誤差將導(dǎo)致雷達天線向上偏離。

當目標在遠距離處一直向上升高時，假設(shè)下波束主瓣完全不被地面遮擋，此時地面遮擋引起的誤差將會減小，目標多路徑回波將會是主要考慮因素，但是由于雷達天線下波束主瓣已經(jīng)脫離地面，多路徑回波能量只能從雷達下波束副瓣進入，而精測雷達的副瓣與主瓣能量之比是很小的，一般都在20 dB以上，所以即使有目標多路徑回波能量從副瓣進入，但對雷達回波信號的影響是不大的。因此，當目標升高時即沒有地面遮擋時，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角的影響也是很微弱的。

從以上兩種情況的分析可知，對于雷達低仰角測角誤差，無論目標距離遠近，目標多路徑效應(yīng)對雷達測角誤差的影響都不是主要因素。當目標距離較近時，沒有地球曲率影響，測角誤差將主要由目標下方的復(fù)雜地物回波決定；當目標距離較遠時，此時仰角更低，由于地球曲率的因素，測角誤差將主要由地面對雷達天線下波束主瓣的遮擋情況決定。

3 對地物回波的實際測量

在實際測試中，對某精測雷達遠處一突出地物進行地物直射回波實際測量，結(jié)果如表1所示，根據(jù)表1繪制雷達回波高低差變化圖，如圖9所示。根據(jù)以上對精測雷達低仰角回波的分析，結(jié)合某精測雷達天線差波瓣方向圖（如圖4）可知，圖中A點為雷達主波束高于地物時的情形，此時高低角誤差由下波束的第一副瓣對準地物引起的；C點為雷達下波束主瓣完全對準地物引起的，此時雷達向下的誤差最大；B點為下波束主瓣與第一副瓣的交界處；D點為下波束主瓣完全被地面遮擋，而上波瓣主瓣對準地物引起的，此時雷達天線向上抬高；E點為上波束主瓣完全被地面遮擋引起的，此時誤差由下主瓣的第二副瓣對準地物引起的，天線向下偏；其他情況依次類推。以上雷達實測差值與圖4中的雷達天線差波束計算數(shù)值完全一致。

在雷達正常跟蹤目標時，雷達對地物回波的誤差信號將直接疊加到雷達目標回波中，從而使得雷達跟蹤目標高低角產(chǎn)生以上規(guī)律的偏差。

4 結(jié) 語

本文通過對精測雷達回波測量原理的分析，結(jié)合精測雷達實際測量，對傳統(tǒng)認為的地面鏡像多路徑效應(yīng)造成低仰角測角誤差的模型進行修正，提出了雷達低仰角誤差的主要原因是由雷達主瓣邊緣能量直接觸碰地面的地物反射回波和地面對雷達差波束的遮擋效應(yīng)導(dǎo)致的。通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，雷達低仰角測角誤差主要是由雷達主瓣本身具有一定寬度導(dǎo)致的，當雷達天線下波束的主瓣完全脫離地面時，測角誤差將由副瓣的影響產(chǎn)生；而精測雷達若要探測目標，雷達的主瓣必須具有一定的寬度，因此雷達的低仰角誤差必然存在。本文結(jié)論揭示了雷達低仰角測量誤差的真實規(guī)律，很好地解釋了測量雷達低仰角“點頭”現(xiàn)象[4?5]，為雷達低仰角測角誤差的估算與修正提供了很好的幫助。運用本文結(jié)論，通過測量典型地物回波可以繪制雷達穩(wěn)定跟蹤目標的飛行空域圖。

參考文獻

[1] 丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

[2] 王德純，丁家會，程望東.精密跟蹤測量雷達技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3] [美] MAHAFZA B R.雷達系統(tǒng)分析與設(shè)計（Matlab版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[4] [美] SKOLNIK M L.雷達系統(tǒng)導(dǎo)論[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[5] 張小紅，楊敏.雷達低角跟蹤技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達，2004（11）：8?11.

[6] 于智春，李中偉，盧長海.降低多路徑效應(yīng)影響的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（1）：15?17.