雙基地雷達(dá)反隱身矩形組網(wǎng)部署探討

胡明皓，李 飛，程力睿

（電子工程學(xué)院，合肥 230031）

0 引 言

隱身目標(biāo)的出現(xiàn)，對(duì)防空預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，其隱身原理主要有以下幾點(diǎn)：一是采用吸透波結(jié)構(gòu)材料和吸透波涂層；二是隱形外形設(shè)計(jì)，使入射的雷達(dá)波偏轉(zhuǎn)散射到其他方向，在雷達(dá)方向±30°內(nèi)的反射區(qū)有極小的雷達(dá)橫截面積（RCS）。傳統(tǒng)的單基地雷達(dá)由于RCS極小，無(wú)法正常發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。雙基地雷達(dá)由于接收機(jī)與發(fā)射機(jī)分置，相對(duì)于接收機(jī)而言，目標(biāo)的RCS與單基地雷達(dá)有很大的差異，這為雙基地雷達(dá)探測(cè)隱身目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。從RCS的角度看，雙基地雷達(dá)的反隱身能力基于以下2個(gè)因素：一是利用目標(biāo)的前向散射；二是利用目標(biāo)的側(cè)向散射。這里重點(diǎn)討論利用前向散射區(qū)預(yù)警探測(cè)隱身目標(biāo)的組網(wǎng)方法。

1 前向散射區(qū)矩形組網(wǎng)探測(cè)機(jī)理

雷達(dá)組網(wǎng)一般結(jié)構(gòu)有星形、矩形和三角形等。這里就矩形結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。

1.1 原理

雙基地雷達(dá)的前向散射區(qū)指的是雙基地角β在180°至135°之間的區(qū)域，如圖1中陰影部分所示，其特性是雙基地雷達(dá)截面積比單基地雷達(dá)截面積增大很多，且在180°時(shí)為最大。

圖1 雙基地雷達(dá)前向散射區(qū)示意圖

圖1中，T為發(fā)射機(jī)，R為接收機(jī)，L為雙基地雷達(dá)基線長(zhǎng)度。

當(dāng)雙基地角β＝180°時(shí)，目標(biāo)的前向散射截面積用σF表示，即：σF＝4πA2／λ2［1］（1）式中：A為目標(biāo)在入射方向上的投影面積；λ為波長(zhǎng)。

目標(biāo)既可以是光滑的簡(jiǎn)單形狀，也可以是復(fù)雜形狀；既可以是反射型的，也可以是吸收型的，或者是兩者的組合。

假設(shè)一半徑為D＝1m的球體，在λ＝0.1m時(shí)其前向散射截面積為σF＝4πA2／λ2＝12 400m2，而后向反射截面積為σM＝πr2＝3.14m2，由此可見(jiàn)，利用雙基地雷達(dá)的前向散射區(qū)可大大增加對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力。

理論上在β＝180°時(shí)，雷達(dá)前向散射截面積最大，為發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)的最佳區(qū)域，但由于在β＝180°時(shí)，雖然RCS最大，卻失去了對(duì)目標(biāo)的距離和多普勒分辨能力，即無(wú)法確定目標(biāo)的距離，也無(wú)法分辨出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，所以目標(biāo)基線上的前向散區(qū)不可利用。

1.2 矩形組網(wǎng)前向散射預(yù)警探測(cè)區(qū)

如圖2所示，R1R2T2T1矩形組網(wǎng)，M為弧R1T2與弧R2T1的交點(diǎn)，N為弧T2R2的中點(diǎn)，因?yàn)?75°≤β≤180°區(qū)域較小，此時(shí)產(chǎn)生的探測(cè)盲區(qū)暫不考慮，所以由T1與R1構(gòu)成圖中A所示前向散射區(qū)。依此類推，T2與R1，T1與R2，T2與R2分別構(gòu)成B、C、D所示前向散射區(qū)，由此矩形網(wǎng)構(gòu)成的前向散射覆蓋區(qū)為圖中陰影部分所示，類似于“∞”型形狀。當(dāng)隱身目標(biāo)進(jìn)入矩形組網(wǎng)前向散射覆蓋區(qū)域中時(shí)，雙基地雷達(dá)就能進(jìn)行預(yù)警探測(cè)，但是因?yàn)榇嬖趫D中Ⅰ、Ⅱ所示的空白區(qū)域，當(dāng)隱身目標(biāo)繼續(xù)飛行進(jìn)入此區(qū)域時(shí)，由于雙基地雷達(dá)前向散射區(qū)無(wú)法覆蓋而出現(xiàn)盲區(qū)，為了消除這一盲區(qū)，由圖1的幾何關(guān)系可以看出，只要改變矩形組網(wǎng)的長(zhǎng)寬比值k，使M、N點(diǎn)重合，就可以形成一個(gè)連續(xù)的預(yù)警探測(cè)區(qū)域（如圖3陰影所示），從而消除探測(cè)盲區(qū)。

為精確得到k值，建立如圖4所示坐標(biāo)系，以2部雙基地雷達(dá)構(gòu)成的矩形中心為原點(diǎn)，x、y軸分別平行于矩形長(zhǎng)、寬，可求得各條圓弧的坐標(biāo)方程。為得到連續(xù)觀察區(qū)域，使M、N點(diǎn)重合，聯(lián)立方程組：

圖2 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)預(yù)警探測(cè)區(qū)

圖3 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)

式中：a、b分別表示當(dāng)β＝135°時(shí)，接收站R2在坐標(biāo)系中的橫縱坐標(biāo)。

2 任務(wù)條件下矩形組網(wǎng)部署方法

在實(shí)際預(yù)警探測(cè)時(shí)，往往根據(jù)既定的任務(wù)區(qū)域來(lái)部署偵察裝備，下面基于前述的矩形組網(wǎng)機(jī)理，探討具體的部署方法。

2.1 利用“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)部署

雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)對(duì)隱身目標(biāo)來(lái)襲方向上的某一區(qū)域進(jìn)行預(yù)警探測(cè)，獲得“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)，根據(jù)圖4求出“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S1與矩形網(wǎng)長(zhǎng)寬比k的關(guān)系為：

圖4 雙基地矩形組網(wǎng)前向散射區(qū)幾何關(guān)系圖

其結(jié)果經(jīng)Matlab仿真可以得到圖5所示曲線。

圖5 預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S1與矩形網(wǎng)長(zhǎng)寬比k關(guān)系圖（縱坐標(biāo)面積經(jīng)L2歸一化）

2.2 利用矩形可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)部署

由于“∞”型形狀的特殊性，存在圖6中Ⅲ、Ⅳ所示類似于三角形的探測(cè)盲區(qū)。在部署時(shí)，既要避開(kāi)此三角形盲區(qū)，又要使“∞”型覆蓋整個(gè)探測(cè)區(qū)。為便于計(jì)算、部署，在原先預(yù)警探測(cè)區(qū)“∞”型內(nèi)截出一個(gè)最大矩形EFGH，并近似認(rèn)為此矩形EFGH即為雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)前向散射區(qū)所覆蓋的區(qū)域。將這個(gè)最大矩形稱為可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)，如圖6所示。為便于精確部署，根據(jù)圖4幾何關(guān)系求出最大預(yù)警探測(cè)矩形區(qū)域長(zhǎng)（EF）、寬（EH）的長(zhǎng)度：

圖6 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)

圖7 可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S2與矩形網(wǎng)長(zhǎng)寬比k關(guān)系圖縱坐標(biāo)面積經(jīng)L2歸一化

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雙基地雷達(dá)利用前向散射區(qū)目標(biāo)截面積放大的特性，矩形組網(wǎng)，在反隱身斗爭(zhēng)中較單機(jī)地雷達(dá)有明顯優(yōu)勢(shì)。未來(lái)作戰(zhàn)，隨著隱身武器的大量使用，雙基地雷達(dá)定會(huì)得到更加廣泛的運(yùn)用。

［1］ 陳永光，李修和.組網(wǎng)雷達(dá)作戰(zhàn)能力分析與評(píng)估［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［2］ 楊振起，張永順，駱永軍.雙（多）基地雷達(dá)系統(tǒng)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.