分析地雜波背景中機(jī)載預(yù)警雷達(dá)作用距離

賈長(zhǎng)瑞

摘要：機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離在實(shí)際應(yīng)用中具有重要作用，但影響因素較多。本文主要針對(duì)不同地雜波環(huán)境下機(jī)載預(yù)警雷達(dá)最大作用距離的差異進(jìn)行分析，推導(dǎo)雜波環(huán)境下機(jī)載預(yù)警雷達(dá)作用距離的方程。

關(guān)鍵詞：地雜波；機(jī)載預(yù)警雷達(dá)；作用距離

機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用是對(duì)來(lái)自低空與超低空的威脅獲得最大反應(yīng)時(shí)間，其作用距離的計(jì)算在機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的設(shè)計(jì)工作中具有重要的意義。機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離受到諸多因素的影響，如不同地形、不同PRF工作模式。掌握實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離，對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)能力分析以及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的評(píng)估等都有著重要作用。有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)檢測(cè)因子和雷達(dá)作用距離之間的關(guān)系進(jìn)行分析，即采用目標(biāo)與雜波雷達(dá)截面積的比值表示信雜比。此種表示方法只適用于目標(biāo)的回波信號(hào)和主瓣雜波競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)而言，普遍采用PD體制，其主瓣雜波占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，若目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域、頻域上皆與主瓣雜波重疊，則雷達(dá)很難檢測(cè)到信號(hào)。因此，該作用距離計(jì)算方程不適用于機(jī)載預(yù)警雷達(dá)。本文通過(guò)相關(guān)分析，推導(dǎo)雜波環(huán)境下機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離方程，從而得到不同地雜波環(huán)境下機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離。

1 地雜波關(guān)系模型

雷達(dá)雜波定義為在有效帶寬及雷達(dá)搜索窗口中產(chǎn)生，表現(xiàn)為空間上相干的反射器。來(lái)自各種散射體的雜波回波對(duì)雷達(dá)的設(shè)計(jì)有較大的影響，可影響到對(duì)目標(biāo)的探測(cè)概率。在實(shí)戰(zhàn)過(guò)程中，較為常見(jiàn)的雜波散射體包括地貌（地面及水面）、氣象（雨、雪等）和箔條。在雜波性質(zhì)的研究中，后向散射系數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，指散射體表面反射特性和后向散射特性的乘積按空間范圍的歸一化或平均。雷達(dá)雜波為雷達(dá)波束在物體表面形成的后向散射，如地表面、海洋表面等。除人造建筑物所產(chǎn)生的點(diǎn)雜波，地面雜波一般情況下為分布散射現(xiàn)象。就較為常見(jiàn)的地雜波來(lái)看，其主要的影響因素有系統(tǒng)參數(shù)（如波長(zhǎng)、極化方式、照射方位角和俯仰角、照射面積）、地物參數(shù)（如地面粗糙度、復(fù)介電常數(shù)）。

地面的散射特性具有時(shí)間上的不穩(wěn)定性與空間上的顯著不均勻性，地雜波具有一定的復(fù)雜性，在計(jì)算的過(guò)程中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常使用較長(zhǎng)時(shí)間上與大面積空間上的平均值表征某一地形的反射情況。地面單位面積的散射特性，一般使用單位面積的反射率表示。分析反射率的相關(guān)影響因素，主要有雷達(dá)工作頻率、地貌特征以及擦地角等。Morchin模型是一種較為常用的地雜波反射率模型，該模型較為真實(shí)地反映了不同地面環(huán)境的后向散射系數(shù)，充分考慮到不同地形下散射的特性。Morchin模型的表達(dá)式如下

上式中，σ0為反射率，ψ為入射余角， 。

2 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離

現(xiàn)代雷達(dá)一般在具有多種干擾因素的環(huán)境下工作，這在一定程度上增加了機(jī)載預(yù)警雷達(dá)作用距離計(jì)算的難度。在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下，對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離起著決定性影響的因素主要有噪聲功率與干擾信號(hào)的功率之和的比值、目標(biāo)信號(hào)功率與旁瓣雜波功率的比值。分析機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的性能，來(lái)自地面的雜波可對(duì)其產(chǎn)生一定影響，當(dāng)目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域、頻域均與主瓣雜波重疊時(shí)，主瓣雜波明顯強(qiáng)于目標(biāo)信號(hào)，此時(shí)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)將無(wú)法檢測(cè)到目標(biāo)信號(hào)。旁瓣雜波作為影響機(jī)載預(yù)警雷達(dá)檢測(cè)性能的重要因素，在計(jì)算機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離時(shí)，方程建立的關(guān)鍵在于旁瓣雜波與干擾信號(hào)功率計(jì)算公式的推導(dǎo)。

借助等距離環(huán)和等多普勒線示意圖對(duì)通用旁瓣雜波功率的計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，最終得到一個(gè)等距離環(huán)中的旁瓣總雜波功率公式

上式中，R為散射單元所對(duì)應(yīng)的視距，Pt為發(fā)射機(jī)輸出射頻功率，GSL為指向散射單元的旁瓣增益；Ls為系統(tǒng)損耗。

針對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的實(shí)戰(zhàn)，在雜波背景下探測(cè)目標(biāo)，有高重復(fù)頻率與中重復(fù)頻率兩種工作方式。采用不同的PRF工作模式可能導(dǎo)致頻域或者距離上的重疊，或者同時(shí)出現(xiàn)頻域與距離上的重疊。在發(fā)生距離上的重疊時(shí)，一個(gè)距離內(nèi)的雜波功率是多個(gè)等距離環(huán)上的雜波功率之和。在高重復(fù)頻率方式下，若目標(biāo)信號(hào)落入旁瓣雜波區(qū)域，旁瓣雜波在其頻帶范圍內(nèi)呈近似均勻分布。旁瓣雜波在經(jīng)過(guò)窄帶多普勒濾波器后，各多普勒濾波器的雜波輸出功率即變?yōu)樵瓉?lái)的1/M（M為旁瓣雜波與窄帶濾波器的帶寬比值）。在中重復(fù)頻率方式下，雜波在頻域、距離上均產(chǎn)生模糊，其中距離上的模糊類似于高重復(fù)頻率方式，但在第i個(gè)距離環(huán)上，雜波在頻域上可出現(xiàn)重疊，重疊次數(shù)為Ni。分析雷達(dá)檢測(cè)時(shí)的信干比，在信號(hào)、噪聲、剩余雜波同時(shí)進(jìn)入檢測(cè)門限時(shí)，決定雷達(dá)檢測(cè)性能的為信號(hào)與噪聲、剩余雜波之和的比值，即信干比SIR的計(jì)算公式如下：

推導(dǎo)高重復(fù)頻率方式下，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離公式，得

推導(dǎo)中重復(fù)頻率方式下，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的作用距離公式，得

3 結(jié)語(yǔ)

分析現(xiàn)有的關(guān)于機(jī)載預(yù)警雷達(dá)作用距離的相關(guān)研究中存在的問(wèn)題，主要包括未同時(shí)考慮到干擾對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)作用距離的影響；在對(duì)旁瓣雜波功率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，也沒(méi)有考慮到頻域、距離上的重疊問(wèn)題，或?qū)χ丿B次數(shù)的計(jì)算不精確，使得雷達(dá)作用距離計(jì)算的正確性缺乏保障?；诖耍疚膹牡仉s波的反射特性著手進(jìn)行分析，推導(dǎo)不同PRF工作模式下以及不同地形下的旁瓣雜波功率計(jì)算公式，得出相應(yīng)結(jié)論。

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