外場測試中反射信號對艦載雷達偵察裝備測向精度的影響

張興華

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

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外場測試中反射信號對艦載雷達偵察裝備測向精度的影響

張興華

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

測向精度是艦載雷達偵察裝備的重要技術(shù)指標(biāo)，影響測向精度的因素很多，尤其是外界反射信號的影響，導(dǎo)致內(nèi)外場測試結(jié)果差異很大。利用內(nèi)外場測試數(shù)據(jù)對外界反射信號，尤其是本艦反射信號對測向精度造成的影響進行了分析，并進行了內(nèi)場仿真驗證。

外場；反射信號；雷達偵察；測向精度

0 引 言

外界環(huán)境的影響尤其是本艦反射和外界反射的干擾是影響艦載雷達偵察裝備測向精度的重要因素，經(jīng)常會導(dǎo)致艦載雷達偵察裝備在內(nèi)外場測試的結(jié)果相差較大。目前的內(nèi)場試驗條件，并沒有將影響較大的外界環(huán)境因素考慮在內(nèi)，都是在較理想的環(huán)境下進行試驗，因此內(nèi)外場測向精度結(jié)果差別較大。

內(nèi)場仿真數(shù)據(jù)更能精確地體現(xiàn)出雷達偵察裝備自身的技術(shù)指標(biāo)和性能，而外場試驗數(shù)據(jù)則能真實地反映雷達偵察裝備實際環(huán)境適應(yīng)性。分析外界環(huán)境對雷達偵察裝備的影響需要以內(nèi)場仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合分析內(nèi)外場試驗數(shù)據(jù)，確定裝備安裝條件和外界環(huán)境對測向精度造成的影響[1]。

1 確認(rèn)裝備狀態(tài)

確定外界反射信號是否對裝備造成影響，首先應(yīng)確認(rèn)裝備狀態(tài)。對設(shè)備的狀態(tài)進行檢查確認(rèn)，通過通道自檢的方式可以檢查到除了接收天線以外的整個測向接收通道，對各個測向通道的脈幅值和測向視頻幅度(對應(yīng)測向通道視頻信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換量化編碼計算所得)進行檢查，確認(rèn)設(shè)備各測向通道正常。

2 影響測向誤差的因素

在確認(rèn)裝備狀態(tài)后，應(yīng)對外界環(huán)境及安裝環(huán)境進行分析。在測試海域，不可避免或多或少地有其它艦船(如商船、貨輪、漁船等)航行，還可能有其它艦船錨泊。以掃描信號為例，在掃描過程中，波束掃射到測試海域的其它艦船(如商船、貨輪、漁船等)時，將產(chǎn)生反射。

對偵察天線有較大影響作用的反射物主要是指桅桿、煙囪和天線等高大物體，尤其是在反射物、偵察天線和敵方雷達處于一條直線上時影響尤其大。當(dāng)反射物處于偵察天線和輻射源之間，反射物將會遮擋大部分的信號，使偵察天線無法接收到信號。當(dāng)偵察天線處于反射物和輻射源之間時，反射物將會反射輻射源入射波至偵察天線，造成多徑干擾，其效果圖如圖1所示[2]。

圖1 本艦反射物反射

由于雷達到天線所在平臺的距離遠大于反射物和天線之間的距離，所以將入射波等效為平行波，反射波相對于直射波的時間延遲可忽略不計。

圖2顯示了遮擋反射的剖面圖，其中RA、RE分別是天線半徑和反射物半徑，lAE是天線與反射物之間的距離，θE是反射物反射波最大入射角，則有：

(1)

如信號產(chǎn)生反射，反射信號可能會照射到本艦。若反射信號入射角度與真實信號入射角度相差小于方位歸并容差，將影響目標(biāo)的方位更新；若反射信號入射角度與真實信號入射角度相差大于方位歸并容差，將直接造成設(shè)備偵收顯示的雷達信號因為方位不同而增批，直接表現(xiàn)為測向誤差跳動范圍較大。

圖2 反射剖面圖

3 影響因素的驗證

如果經(jīng)現(xiàn)場對裝備自身狀態(tài)檢查確認(rèn)測向通道工作狀態(tài)正常，而測試所用多個輻射源在不同距離上的測試結(jié)果均表現(xiàn)出誤差趨勢一致的現(xiàn)象，可以初步判斷測向誤差增大是由于本艦的反射導(dǎo)致測向通道接收的能量關(guān)系發(fā)生改變所致。根據(jù)裝備的實際架設(shè)位置，周圍的船甲板、通訊天線，煙囪、救生船等都是反射體，當(dāng)雷達信號照射到上面時，將會產(chǎn)生反射，反射信號從不同角度入射到測向接收天線口面，信號能量可能產(chǎn)生疊加或抵消，等效于改變了接收天線的方向圖，從而引起較大的測向誤差。此推論可以在微波暗室進一步加以驗證[3]。

為驗證反射對測向的影響，在微波暗室進行了人為模擬設(shè)置反射體對測向精度的影響試驗。在測向天線的首尾方向各架設(shè)一塊金屬反射體，并且與轉(zhuǎn)臺的相對位置固定，以模擬本艦反射物對設(shè)備測向的影響。在其它測試環(huán)境一致的條件下，分別對無反射和有反射進行了測向誤差測試對比，測試誤差曲線分別見圖3和圖4[4]。

圖3 無反射條件下測向誤差曲線

圖4 有反射條件下測向誤差曲線

根據(jù)測試誤差曲線對比明顯可以看出，由于反射導(dǎo)致在某些方位上的測向誤差明顯增大。根據(jù)2種條件下的方向圖可以看出，反射既可能產(chǎn)生能量疊加，也可能產(chǎn)生能量抵消。由于條件所限，無法模擬本艦反射的真實情況，也無法模擬出本艦以外的反射對測向的影響。根據(jù)模擬本艦反射對測向的影響測試結(jié)果表明：本艦的反射將會改變各測向接收天線的能量關(guān)系，等效于改變了測向接收天線的方向圖，從而引起較大的測向誤差。

在微波暗室中也可以驗證本艦反射的穩(wěn)定性。在微波暗室架設(shè)反射體模擬本艦反射的情況下，測試條件和測試環(huán)境不做任何變化，連續(xù)測試多次，將多次的測試誤差曲線和方向圖進行對比，可得出本艦的反射基本是穩(wěn)定的、一致的。

通過對采集的原始脈沖描述字(PDW)數(shù)據(jù)進行分析，對于某部輻射源，在一個掃描周期內(nèi)，會多次采樣(時間間隔不定)到該雷達的PDW數(shù)據(jù)，脈沖三參數(shù)(載頻、脈寬、重頻)一致，僅方位與真實入射角度相差較多，并且脈沖包絡(luò)特點明顯規(guī)整，這正是外界反射信號的特點。同樣可以通過此種方式確定外界反射信號的存在，并分析對雷達偵察裝備造成的影響。

以典型的雷達偵察裝備為例，采用比幅測向系統(tǒng)，8比幅測向體制，左、右舷各4個接收天線等間隔均勻布置成圓形天線陣。

全方位比幅測向的原理公式如下：

θ=arctan(-∑Aisinφi/∑Aicosφi)

(2)

式中：θ為入射角；i為接收天線號，i=1、2、3、4、5、6、7、8；Ai為第i個接收天線的信號幅度；φi為第i個接收天線的指向角。

圖5 測向接收天線方向圖

據(jù)以上公式和圖5可以看出：假設(shè)由于反射信號部分抵消了天線1接收的信號能量，使得天線1接收的信號比正常信號偏小，此時，測量計算出來的角度將比正常測量計算出來的角度偏小。同樣，假設(shè)反射信號能量使得天線1接收的信號能量產(chǎn)生疊加，使得天線1接收的信號比正常信號偏大，此時，測量計算出來的角度將比正常測量計算的角度偏大，從而引起較大的測向誤差，直接影響測向精度。同理，假設(shè)由于反射信號部分疊加或抵消某個接收天線接收的信號能量，將等效于改變了該接收天線的方向圖。本艦反射信號從非真實的信號入射方向進入接收天線的幾率較大，改變相應(yīng)接收天線的理論能量關(guān)系，從而引入了較大的測向誤差。

減少外場反射信號對測試造影響的方法很多，可以在測向天線附近遮擋物上覆蓋吸波材料，通過采取該措施減弱或減少來自船體上層建筑物的反射。同樣，可以對測向編碼算法進行調(diào)整，減少參與比幅測向的通道數(shù)量，減小反射信號的入射角度范圍，在某種程度上抑制了反射信號對測向精度的影響，從而提高了測向精度。

[1] 丁鷺飛,耿富錄.雷達原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.

[2] 王繼光,趙中軍,王玉國,等.海上靶場試驗水文氣象保障[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

[3] 董曉博,陸靜,張偉,等.雷達對抗裝備試驗[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[4] 安樹林,董印權(quán),張鴻喜,等.海軍武器裝備試驗仿真技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

Influence of Reflected Signal on Direction-finding Accuracy of Shipboard Radar Reconnaissance Equipments in Outfield Test

ZHANG Xing-hua

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Direction-finding accuracy is the important technical index of shipboard radar reconnaissance equipments.The factors to influence direction-finding accuracy are very more,especially the influence of outside-reflected signals,which may result in the difference of test results between internal field and outfield is very large.This paper analyzes the influence of internal field and outfield test data on outside-reflected signals,especially the influnence of reflected signal of this ship on direction-finding accuracy,and performs the simulative validation of internal field.

outfield;reflected signal;radar reconnaissance;direction-finding accuracy

2015-02-09

TN971.1

A

CN32-1413(2015)02-0019-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.006