關于低空雷達導引頭海面目標檢測性能的研究

趙丹

（西安電子工程研究所，陜西 西安 710100）

精確指導導彈可以借助各種傳感器和信息網的作用實現對敵方目標的定點打擊。在復雜的作戰(zhàn)環(huán)境下，雷達導引頭性能下降的問題會讓導彈的命中率有所降低。低空雷達導引頭海面目標檢測研究工作的開展，是結合實戰(zhàn)背景提升導彈命中率的措施。從國內外軍事學者對相關問題的研究情況來看，雷達低空目標檢測性能分析工作主要涉及到了以下幾方面內容：一是根據雜波的非高斯特性，對雷達檢測性能在非高斯雜波背景下的工作狀況進行分析，二是在研究雷達低空目標檢測所面對的多徑環(huán)境的基礎上，探究多徑條件下的雷達目標檢測性能。隨著軍事技術的不斷創(chuàng)新，在同一種環(huán)境下同時考慮海雜波和多徑散射的相關問題，可以為低空雷達導引頭目標檢測性能研究工作的開展提供一定的理論支持。

1 雷達導引頭低空目標檢測的雜波特性

低空雷達導引頭的目標檢測能力與以下因素有關：一是雜波問題；二是多徑散射現象的影響。針對低空雷達導引頭分析過程中出現的試驗成本高、重復性差和樣本數量相對較少的問題，研究人員通常會借助建模仿真手段開展雷達到陰天有低空目標檢測性能的研究工作。高隨機性是雜波特性的主要表現形式，對此研究者往往會以統(tǒng)計學為切入角度，對雜波特性問題進行分析。在統(tǒng)計學體系的影響下，雜波幅度的分布特性、雜波的時間相關性等內容成為了研究人員所不可忽視的內容。以雜波的時間相關性、空間相關性和雜波的幅度統(tǒng)計分布等因素為例，遭到幅度分布可以用以下公式表示：

X(t)=xi(t)+jxq(t)=A(t)exp[jθ(t)]

在上述公式之中，xi(t)指代的內容為雜波信號的同相分量；xq(t)反映的信息為雜波信號的正交分量；雜波幅度和雜波相位等概念分別用A(t)和θ(t)指代。由此可見，在實際研究工作中，A（t)的概率密度函數為雜波幅度特性的反映。雜波的相關特性建立在雜波序列的自相關函數或雜波譜的基礎之上。

2 低空雷達導引頭海面目標檢測的多徑效應

2.1 鏡反射效應

在信息化作戰(zhàn)環(huán)境下，基于低空飛行或超低空飛行的突防技術，是新型反艦導彈所常用的一種攻擊手段。在實戰(zhàn)環(huán)境下，處于低空飛行狀態(tài)的反艦導彈雖然可以降低為敵方雷達所察覺的概率，但是在多徑效應和海雜波等因素的影響下，反艦導彈仍然難以發(fā)揮其應有的功能。一般而言，低空雷達導引頭海面目標檢測體系中應用的兩種鏡面反射模型中包含有涉及一路反射信號的鏡面反射模型；還有一種鏡面反射模型可以在實戰(zhàn)環(huán)境下同時考慮三路信號。將地球的表面視為平面，是與一路反射信號有關的鏡面反射模型的特點，這種模型將地面假定為平原，地面具有良好的導電性；考慮三路信號的模型將地球表面視作曲面，認定地面具有一定的粗糙度。由于后者較之前者多關注了兩路目標回波信號，因而兩種模型所給出的目標回波信號在信號幅度方面會表現出一定的差異。針對多徑效應對反艦導彈自身目標探測能力的影響，研究者在雷達導引頭研究工作進行過程中，可以采用針對三路信號的鏡反射模型。受地球曲率和地面粗糙度等因素的影響，鏡面反射系數與菲涅爾反射系數和發(fā)散因子之間也存在著一定的聯系。

2.2 漫反射效應

多徑效應中的漫反射效應具有著隨機性高的特點。為保證漫反射效應研究結果的準確性，研究者需要在先行獲取實驗數據的基礎上，根據數據擬合技術構建相關的近似模型。根據學術界的研究結果，漫反射效應的研究模型主要涉及到了以下內容：一種觀點將漫反射模型視為高斯-馬爾可夫過程的反映；另一種觀點認為漫反射過程重要集中在某一個閃爍面中。在筆者看來，漫反射閃爍面的形狀與以下因素有關：一是天線高度；二是目標高度；三是雷達波長和反射面的高度分布。漫反射信號的相位具有著較強的隨機性。

3 低空雷達導引頭海面目標檢測性能的建模分析

3.1 海雜波模型的構建

精確指導式導彈研制技術中的核心技術。主動雷達導引頭巡的制導技術對導彈作戰(zhàn)時效能的提升有著重要的作用。海雜波與雷達導引頭檢測性能之間有著較為密切的聯系。雷達導引頭目標檢測能力的影響因素為多徑散射與海雜波的影響效果。海雜波建模的準確性是目標檢測結果的主要影響因素。在對海雜波的認識進行深化以后，我們可以發(fā)現，常規(guī)的低掠視角下的海雜波幅度分布與常規(guī)的高斯分布、瑞利分布等因素之間存在著明顯的差異。在對上述因素進行充分分析以后，研究者可以用以下公式表示海雜波的功率譜：

在上述公式之中，S0表示的內容為海雜波平均功率，fd為海雜波的平均多普勒頻率，αf指代的是功率譜標準離差。在借助距離單元劃分變化和零記憶非線性變換生成海雜波數據以后，研究者在研究工作開展以前，要以雷達參數和目標位置為依據，確定生成雜波的地域范圍。在研究工作開始以后，需要根據雷達-單元幾何關系，對各個散射單元的回波信號進行計算。

3.2 研究結果分析

建模分析過程可以生成多徑條件下的雷達接受信號圖。如下圖1所示的內容為多徑、海雜波條件下不同大小目標的檢測概率。

圖1 多徑、海雜波條件下不同大小目標的檢測效率

根據雷達接收信號功率在目標距離變化影響下而產生的平滑度結果，我們可以發(fā)現，假設目標RCS的數值為1m2，此時海雜波頻率與目標的回波功率的所處環(huán)境具有著大致相等的特點。如果要求系統(tǒng)檢測RCS值為10m2的目標時，雷達導引頭在距離目標50km處開機以后，會進入到目標回波的衰減區(qū)，此時雷達導引頭回波功率值會表現出低于門限值的特點。在實戰(zhàn)環(huán)境下，敵方系統(tǒng)可以根據雷達導引頭所表現出來的特點，鎖定相關信息，制定有針對性的防御策略，因此雷達導引頭過早開機的問題的出現，會讓雷達導引頭其暴露于敵方的概率有所增加。

4 結語

在信息化作戰(zhàn)環(huán)境下，以低空飛行或超低空飛行為依托實施突防，是新型反艦導彈所常用的一種攻擊手段。對多徑散射和海雜波對來打導引頭檢測性能的影響進行分析，可以為反艦導彈雷達導引頭檢測方法的設計與性能評估提供理論支持。

[1]楊勇,肖順平,王雪松,馮德軍．混合背景下雷達導引頭檢測性能分析[J]．電波科學學報,2014,29(02):242-247,253．

[2]楊勇,馮德軍,王雪松,張文明,肖順平．低空雷達導引頭海面目標檢測性能分析[J]．電子與信息學報,2011,33(08):1779-1785．