海洋環(huán)境對低入射角導(dǎo)航雷達影響分析研究

陜西長嶺電子科技有限責任公司產(chǎn)品開發(fā)部　陳　立　馮冬冬　盧　哲　李林濤　王文軍　秦光明

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海洋環(huán)境對低入射角導(dǎo)航雷達影響分析研究

陜西長嶺電子科技有限責任公司產(chǎn)品開發(fā)部陳立馮冬冬盧哲李林濤王文軍秦光明

海洋環(huán)境的復(fù)雜多變對低入射角導(dǎo)航雷達提出了更高的要求，本文首先詳細分析了低入射角導(dǎo)航雷達的原理，然后對影響其性能的海浪、雨雪以及大氣波導(dǎo)傳輸進行了深入的分析，最后對低入射角導(dǎo)航雷達在復(fù)雜海情條件下性能的提高給出了自己的看法，對今后的工作有一定的指導(dǎo)意義。

海洋環(huán)境；低入射角導(dǎo)航雷達；中頻采樣；小目標提取

1.引言

隨著雷達在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)航雷達的定位精度也得到了極大的發(fā)展。但對于低入射角導(dǎo)航雷達而言，因應(yīng)用環(huán)境下有海浪、雨、雪、霧等現(xiàn)象的存在，其精度的提高卻受到了極大的影響。

在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，有雷達就會產(chǎn)生干擾，每種新雷達技術(shù)的應(yīng)用也會興起一種新的干擾技術(shù)［1］。在此條件下，如何正常發(fā)揮低入射角導(dǎo)航雷達的功能，以及進一步提高其導(dǎo)航精度，是一項極具挑戰(zhàn)性的課題。

2.低入射角導(dǎo)航雷達原理分析

對低入射角導(dǎo)航雷達來說，因天線露出水面高度只有幾米，海洋環(huán)境對其影響有一定的特殊性。低入射角導(dǎo)航雷達示意圖如圖1所示。

圖1　　低入射角導(dǎo)航雷達示意圖

圖2　低入射角導(dǎo)航雷達角度變化圖

從圖1可知，由收發(fā)機產(chǎn)生的射頻信號，經(jīng)過波導(dǎo)系統(tǒng)從天線發(fā)射出去，被目標反射回來?；夭ㄐ盘柦?jīng)由接收天線和波導(dǎo)系統(tǒng)的傳輸，再經(jīng)過信號處理機的處理，最終在屏幕上顯示出目標畫面。

低入射角導(dǎo)航雷達角度變化如圖2所示。在圖2中，OA為天線出水高度h，OC為雷達可探測的水平最近距離，OB為雷達可探測的水平最遠距離，α為雷達的最小入射角，β為雷達的最大入射角。由計算得出α～β角度的范圍，在0.02785°～2.575°之間。正是由于低入射角導(dǎo)航雷達這些固有的特性，其主要應(yīng)用于海面導(dǎo)航，同時兼顧低空目標探測。

3.海洋環(huán)境對低入射角導(dǎo)航雷達性能的影響

電磁波信號在整個的傳輸過程中，會受到海浪、雨、雪、霧和大氣波導(dǎo)等因素的影響。下面分別從這幾方面分析海洋環(huán)境對低入射角導(dǎo)航雷達性能的影響。

3.1海浪對低入射角導(dǎo)航雷達性能的影響

在海洋環(huán)境中，海浪對低入射角導(dǎo)航雷達的影響主要體現(xiàn)在以下幾點［2］：

（1）當海浪距離雷達較近時，海浪對電磁波的反射很強；當距離雷達較遠時，海浪對電磁波的反射按指數(shù)規(guī)律快速遞減。一般海情下，雷達顯示屏上0 n mile～5 n mile區(qū)域有成片的魚鱗狀閃亮斑點；高海情下，整個雷達顯示屏上會出現(xiàn)魚鱗狀閃亮斑點。

（2）海浪反射電磁波的強弱與相對風向有關(guān)，風向天空時，其反射電磁波較強，顯示距離也遠，風向海面時，其反射電磁波較弱，顯示距離也近。

（3）在海浪較大時，艦船的搖擺對雷達回波也會產(chǎn)生一定的影響。對于近距離目標，在艦艏線周圍海浪對其影響較大。

3.2雨雪對低入射角導(dǎo)航雷達性能的影響

雨雪對低入射角導(dǎo)航雷達的影響主要在雷達顯示屏上一定的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)，在此區(qū)域內(nèi)分布著成片的回波信號，雨雪的大小決定著雷達顯示屏上回波區(qū)域的大小。在實際應(yīng)用中，通過FTC電路對海面上的雨雪進行抑制，能使連片的假回波信號變成離散的點目標，提高回波信號的分辨率。該電路的缺點是抑制了海面上的小目標。

3.3大氣波導(dǎo)傳輸對低入射角導(dǎo)航雷達性能的影響

對于低入射角導(dǎo)航雷達來說，影響其性能的大氣波導(dǎo)主要是貼地大氣波導(dǎo)中的蒸發(fā)波導(dǎo)。蒸發(fā)波導(dǎo)是海洋大氣環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)的一種特殊的表面波導(dǎo)，主要由海平面水汽蒸發(fā)產(chǎn)生，隨著高度增加而迅速減小的低海面大氣濕度變化而變化，主要發(fā)生在近地40米以下的范圍。

大氣波導(dǎo)傳輸對低入射角導(dǎo)航雷達的影響主要體現(xiàn)在以下三點：

（1）電磁波能通過在平流層不斷的反射，擴大其傳輸距離。因而波導(dǎo)傳播距離能夠達到其正常傳輸距離的好幾倍；

（2）由于傳輸過程中平流層對電磁波的反射，減小了電磁波信號在傳輸過程中的能量損失［4］；

（3）對于非本周期回波信號的距離模糊問題，可以通過雷達參差模式來解決，對不同波束回波信號采用不同的雷達重復(fù)頻率，即對不同的回波信號采用不同的周期。因此，此方法就能夠消除同頻信號之間的干擾。

4.復(fù)雜海況下低入射角導(dǎo)航雷達性能的改善

在復(fù)雜的海情下，低入射角導(dǎo)航雷達將面臨著回波信號變差，雜波增強等問題。因此，在高海情下，如何提高低入射角導(dǎo)航雷達的性能已經(jīng)變成一項非常緊迫的工作，特別是對復(fù)雜海情下小目標的提取顯得尤為重要。下面從以下三點來分析如何提高復(fù)雜海情下低入射角導(dǎo)航雷達的性能。

4.1天線極化方式的改變

天線作為低入射角導(dǎo)航雷達的重要組成部分，在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。眾所周知，在天線生產(chǎn)出來以后，其增益將不再改變，而通過調(diào)整天線的極化方式能夠?qū)走_的性能進行改善。在復(fù)雜海情下，通過適當?shù)恼{(diào)整天線的極化方式，能對海平面的海浪、雨、雪等海雜波進行有效的的抑制。

天線極化分為HH極化方式和VV極化方式。采用不同的極化方式對海雜波的多普勒特性產(chǎn)生不同的影響效果［6］。例如，在HH極化方式下海雜波會減到最弱。

4.2提高中頻采樣A/D的有效位數(shù)

中頻采樣能夠提高回波信號的信噪比。對整個雷達系統(tǒng)來說，A/D采樣芯片的選擇尤為重要。一般條件下，芯片資料所標注的A/ D采樣有效位數(shù)往往都是理想?yún)?shù)。在實際應(yīng)用中，A/D采樣的有效位數(shù)往往會比標稱的位數(shù)少。因此，對同一型號A/D采樣芯片應(yīng)該優(yōu)選一些有效位數(shù)高的芯片。這樣就能夠有效提高回波信號的分辨率。更重要的是，實際使用中輸入信號自身信噪比較差會對A/D采樣有效位數(shù)造成嚴重的影響。

4.3提高雷達信號處理系統(tǒng)檢測小目標的性能

信號處理系統(tǒng)作為整個雷達系統(tǒng)中最重要的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的性能。

當前，由于FPGA和DSP等高速信號處理芯片的處理能力變得越來越強大，為復(fù)雜海洋環(huán)境下實現(xiàn)小目標的提取帶來了便利。在保證實時性處理的前提下，增加處理點數(shù)能夠提高低入射角導(dǎo)航雷達的距離分辨率，從而在復(fù)雜海洋環(huán)境下提升小目標的檢測能力。

5.結(jié)束語

本文針對低入射角導(dǎo)航雷達在海浪、雨、雪等環(huán)境下測距和測速的精度以及各種大氣現(xiàn)象的海洋環(huán)境中受到的性能影響。在深入分析各種海情的基礎(chǔ)上，提出了在復(fù)雜海情條件下低入射角導(dǎo)航雷達性能的改善的幾點方法。希望能對今后低入射角導(dǎo)航雷達的研究提供一定的幫助。

［1］承德保.現(xiàn)代雷達反對抗技術(shù)［M］.航空工業(yè)出版社，2002年6月.

［2］曹祥村.海洋環(huán)境對導(dǎo)航雷達的影響［J］.航海技術(shù)，2007，（增刊）: 32-35.

［3］羅豐.海雜波統(tǒng)計特性及實測數(shù)據(jù)分析.長嶺科技基金結(jié)題報告，2010年3月.

［4］孫長龍，姜艷.電磁波在大氣波導(dǎo)環(huán)境下傳播特性研究［J］.現(xiàn)代雷達，2009，（6）:8-11.

［5］李巍，王萱芬，王杰.一種新型的超低旁瓣脈沖壓縮算法［J］.現(xiàn)代雷達，2009，（6）:8-11.

［6］王雪.海雜波背景下的目標檢測［D］.西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007（1）.

陳立（1985-），男，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：信號處理軟硬件設(shè)計。

馮冬冬（1987-），男，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：信號處理軟硬件設(shè)計。

盧哲（1984-），男，碩士，助理工程師，主要研究方向：雷達收發(fā)設(shè)計。

李林濤（1984-），男，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：信號處理及雷達總體技術(shù)。

王文軍（1971-），男，大學(xué)本科，高級工程師，主要研究方向：雷達總體技術(shù)。

秦光明（1947-），男，大學(xué)本科，研究員高級工程師，主要研究方向：雷達總體技術(shù)。