米波雷達陣地選擇要素分析

劉育才，馬曉靜

(1.中國電子科技集團公司第38研究所;合肥 230088;2.電子工程學院，合肥 230037)

米波雷達陣地選擇要素分析

劉育才，馬曉靜

(1.中國電子科技集團公司第38研究所;合肥 230088;2.電子工程學院，合肥 230037)

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

關鍵詞：米波雷達；地形遮蔽；干擾；地面反射

0引言

米波雷達工作在甚高頻(VHF)波段，它是二戰中發明和使用的主要防空雷達，在二戰中扮演著重要的角色。但在戰后，隨著微波系統的發展，使雷達系統日趨完善，工作波段也在向微波、毫米波發展，米波雷達的發展則處于停滯狀態。近年來，隨著電磁干擾、低空突防和反輻射導彈等一系列反雷達技術的發展，加上美國憑借其雄厚的經濟實力和技術實力，不斷研制和生產新型飛機和戰略戰術導彈，特別是隱身飛機和隱身導彈的出現，使各國的防空雷達系統都面臨著嚴重的威脅[1]。目前的隱身飛機主要是通過外形或者是通過涂覆吸收材料來隱身，而米波雷達對隱身飛機具有天然的反隱身優勢，作為隱身技術的兩大基礎——外形隱身和吸波材料對米波雷達來說基本上是無效的，所以米波雷達具有天然的反隱身能力。因此，法國、俄羅斯等國大力發展米波雷達以應對隱身飛機的威脅，我國目前也裝備了不同型號的多型米波雷達。

本文就米波雷達在作戰使用中的陣地選擇要素進行分析，分析影響其作戰效能發揮的地形遮蔽、同頻段干擾、地面反射影響等幾種主要因素，對米波雷達的陣地選擇具有一定的參考價值。

1地形遮蔽影響

在地物環境對雷達作用范圍的影響中，地物遮蔽是一個重要的方面，如果在雷達周圍有高大建筑物的存在或者山區地形的存在，都可能會對雷達形成一定范圍的遮蔽盲區，影響雷達探測威力的發揮[2]。在不考慮繞射效應的情況下，在遮蔽角以下雷達將不能探測到目標。

作為遠程預警雷達，米波雷達需要探測遠距離目標，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，根據目標仰角和目標距離、高度、雷達架設高度等參數的關系[3-4]：

(1)

式中:θt為目標仰角;ht為目標高度;h0為雷達相位中心高度;Rt為目標距離;R0為等效地球半徑。

當目標高度為20 000 m、10 000 m時，不同遮蔽角對雷達作用距離的影響如圖1所示。因此，在選擇雷達架設陣地時，必須研究陣地周圍的地物特點，在主要作戰方向避開可能對雷達產生遮蔽的地物，同時兼顧其它方向，以保證雷達威力的充分發揮。

圖1　遮蔽角對雷達作用距離的影響

2同頻段干擾影響

米波雷達工作在VHF波段，而該波段通常被通信、導航、電視等電子設備占用，因此米波雷達易于受到這些民用設備的無意干擾[5]。以電視頻道干擾為例，根據GB/T 14433-93《彩色電視廣播覆蓋網技術規定》，我國米波波段無線電視1～12頻道的頻率分布如表1所示，這些同頻段的干擾會對米波雷達產生噪聲干擾或假目標干擾。

表1　我國電視1～12頻道頻率分布

考慮噪聲干擾時，根據雷達距離方程，干擾條件下雷達作用距離隨干噪比變化關系如圖2所示。可見，噪聲干擾嚴重影響雷達的作用距離，因此，在選擇雷達陣地時，應盡量避開這些同頻段干擾。

圖2　干擾條件下雷達作用距離隨干噪比變化關系

3地面反射影響

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

在這里僅考慮地面導電性能、地面粗糙度等因素的影響，不考慮地球曲率的影響。根據迭加原理，在目標處的電場強度是直達波電場強度與反射波電場強度的迭加，表示如下：

(2)

由電磁場理論知：

(3)

(4)

將式(2)、式(3)代入式(1)得到考慮多徑效應后天線的波瓣為:

(5)

令Δφ=φd-φr-φg+2πδ/λ，則:

(1) 當Δφ=(2n+1)π,n=0,1,…時，fmin(θ,θ0)=f0(θd,θ0)-ρf0(θr,θ0)，為地面反射后天線波瓣的極小值。當ρ=1，f0(θd,θ0)=f0(θr,θ0)時，f(θ,θ0)=0，天線波瓣出現零點(盲點)，這是最壞的情況。

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

下面對不考慮地面反射以及不同架高條件下雷達波束分裂情況進行仿真，如圖3~圖8所示。仿真條件為:工作頻率60 MHz，波束寬度6.5°，雷達架設高度分別為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，可以根據雷達性能參數以及架設高度評估雷達威力覆蓋情況，在架高情況下，采用與架設高度相匹配的工作參數，實現雷達威力的充分發揮。

4結束語

隱身飛機的出現對各國的防空雷達系統提出了嚴重挑戰，迫使各國大力發展、部署米波雷達以應對

隱身飛機的威脅。本文主要對地形遮蔽、同頻段干擾以及地面反射等幾種因素對米波雷達性能發揮的影響進行了分析，給出了理論依據以及仿真結果，對米波雷達陣地選擇以及作戰使用具有一定的參考價值。

圖8　架高400 m威力圖

參考文獻

[1]蔣慶全．反隱身雷達技術發展探析[J]．火控雷達技術，2004(2):28-31.

[2]張尉．米波雷達陣地地面有效反射區的探討[J]．現代雷達，2003,25(4):1-3.

[3]Skolnik M I．雷達手冊[M]．第3版．南京電子技術研究所譯．北京：電子工業出版社，2010.

[4]Skolnik M I．雷達系統導論[M]．第3版．左群聲,徐國良,馬林,等譯．北京：電子工業出版社，2006．

[5]樊滿良．淺談雷達工作環境對雷達作用范圍的影響[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：TN958

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2015)03-0030-03