復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)地波雷達(dá)觀察的影響

吳夢(mèng)思,江楊林，唐 偉

(91889部隊(duì),廣東 湛江 524051)

0 引 言

地波雷達(dá)是為了探測(cè)視距外目標(biāo)、利用海洋表面對(duì)電磁波的一階散射和二階散射原理提升雷達(dá)對(duì)海探測(cè)能力而產(chǎn)生的。但是，復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)地波的影響使得地波雷達(dá)作為超視距探測(cè)手段性能大打折扣。研究影響的產(chǎn)生和如何針對(duì)性地進(jìn)行消除能更好地挖掘地波雷達(dá)的性能，使地波雷達(dá)更好地完成對(duì)海上目標(biāo)超視距、全天候探測(cè)。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境的基本概念及構(gòu)成要素

復(fù)雜電磁環(huán)境是指在有限的時(shí)空里、一定的頻段上多種電磁信號(hào)密集、交疊對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生顯著影響的電磁環(huán)境。它是由人為和自然、民用和軍用、對(duì)抗和非對(duì)抗的多種電磁信號(hào)綜合形成的一個(gè)信號(hào)密集度、頻譜占有度、時(shí)間使用率、功率分布率等電磁特性全部或部分超過(guò)正常使用情況的電磁環(huán)境，對(duì)雷達(dá)使用有顯著影響和制約作用。

復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)成要素包括：(1)民用雷達(dá)系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)及移動(dòng)電話系統(tǒng)、民航和交通等部門，以及輻射電磁波的工業(yè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療等設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射組成的民用電磁輻射；(2)由靜電、雷電、地磁場(chǎng)、太陽(yáng)黑子活動(dòng)、宇宙射線等產(chǎn)生的電磁輻射等組成的自然電磁輻射；(3)由雷達(dá)、通信電臺(tái)、光電設(shè)備、電子對(duì)抗裝備、高能電磁脈沖等組成的軍用電磁輻射；(4)由電離層、地理環(huán)境、氣象環(huán)境以及人為因素構(gòu)成的各種傳播媒介。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)的影響

目前，在復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)成要素中，對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)影響較為嚴(yán)重的因素主要包括：(1)由海雜波、電離層干擾、雷雨形成時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)、探測(cè)路線中島嶼的反射信號(hào)等組成的無(wú)源干擾；(2)短波無(wú)線電等有源干擾；(3)地理環(huán)境、氣象環(huán)境等各種傳播媒介。

2.1 海雜波的影響

由于電磁波傳播和地波雷達(dá)設(shè)計(jì)的特性，海雜波成為影響地波雷達(dá)觀察的主要因素之一。通過(guò)海面散射的高頻電磁波譜主要由兩部分組成：一種是由滿足布拉格衍射條件的海浪引起的對(duì)稱諧振譜峰，又稱一階回波。它是因高頻電磁波和海浪波之間相互作用引起共振而產(chǎn)生的能量最大峰，是雷達(dá)利用頻率域信息的重大障礙之一。另一種則是比一階回波低30～45 dB的二階回波背景譜。它是由小海浪引起的散射回波以及海面波經(jīng)多次反射后再返回到雷達(dá)的回波譜。海雜波對(duì)地波雷達(dá)干擾最突出的表現(xiàn)形式是一階布拉格峰。一階布拉格峰是客觀存在的。海上目標(biāo)回波信號(hào)若落在布拉格峰內(nèi)就會(huì)被淹沒(méi)，從而導(dǎo)致雷達(dá)跟蹤目標(biāo)中斷甚至消失。多風(fēng)的海面能加劇海浪的形成。對(duì)地波雷達(dá)而言，最明顯的表現(xiàn)就是綜合頻譜上一階布拉格峰變粗并時(shí)常伴有二階布拉格峰的出現(xiàn)。

由于海浪促使布拉格峰變粗和二階布拉格峰的形成，地波雷達(dá)繞射傳播到一定距離后能量減小了很多，再經(jīng)海水衰減后繞射波信號(hào)更弱，對(duì)探測(cè)200 km以外目標(biāo)顯得更為不利。

2.2 電離層反射信號(hào)的影響

電離層是地球大氣的一個(gè)電離區(qū)域。60 km以上的整個(gè)地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)。電離層是部分電離的大氣區(qū)域，而完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個(gè)電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。

目前，制約地波雷達(dá)遠(yuǎn)程探測(cè)的主要干擾是電離層的干擾。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電離層的干擾在時(shí)間上主要表現(xiàn)在凌晨、傍晚以及晚上。雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)是為了最大程度上使發(fā)射和接收的信號(hào)以地表波、最小高低角方式傳播。但是，現(xiàn)實(shí)中電磁波并不能完全以地表波方式傳播。部分電磁波是以空間波方式傳播，以大于20°的高低角傳播，并被100～300 km處的電離層反射，而這部分回波有可能被地波雷達(dá)接收。這便形成了反射信號(hào)方式的電離層干擾，從而壓縮了地波雷達(dá)的探測(cè)范圍和導(dǎo)致假目標(biāo)的產(chǎn)生。

2.3 短波無(wú)線電干擾的影響

現(xiàn)階段由于各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事活動(dòng)的不斷增加，各種用于通信、廣播的電臺(tái)頻率占用率非常高，特別是10 MHz以下的頻率占用特別擁擠。在我國(guó)，實(shí)測(cè)該頻段的頻率占用量約為62%，頻率占用的擁擠程度在夜間和黃昏最嚴(yán)重，而在白天和黎明則較輕，各類電臺(tái)發(fā)射的頻帶寬度為100 Hz～12 kHz。由于頻率占用情況擁擠，再加上短波在合適的傳輸條件下能夠傳播很遠(yuǎn)的特點(diǎn)，這就使得地波雷達(dá)很容易受到同頻電臺(tái)和相鄰頻率電臺(tái)的干擾，但這些干擾具有明顯的方向性。

地波雷達(dá)的工作頻率正處于短波無(wú)線電的工作頻率范圍之內(nèi)，其主要的特征是夜間的干擾大于白天，使可使用的工作頻率急劇減少，造成目標(biāo)觀測(cè)困難。

2.4 地理環(huán)境、氣象環(huán)境對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)的影響

2.4.1 周邊地理電磁特點(diǎn)

地理環(huán)境影響在這里指探測(cè)路線中島嶼的反射信號(hào)對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)的影響。在島嶼眾多的海域，地理環(huán)境的影響會(huì)更加凸顯。受其影響，作戰(zhàn)雙方在部分海域都存在觀察盲區(qū)，無(wú)法實(shí)施全海域監(jiān)控。

2.4.2 氣象環(huán)境對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)的影響

(1) 空氣濕度的影響。通過(guò)分析大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，天氣有霧時(shí)地波雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)多、探測(cè)距離遠(yuǎn)。

(2) 風(fēng)力風(fēng)向的影響。一是風(fēng)力影響目標(biāo)的活動(dòng)規(guī)律。因海上目標(biāo)的耐波性和吃水深度等原因往往選擇適宜的海況執(zhí)行任務(wù)；二是風(fēng)力影響目標(biāo)的觀察。風(fēng)力引起的海雜波影響雷達(dá)操縱員對(duì)近距離小目標(biāo)的觀察；三是風(fēng)向影響目標(biāo)的航速。風(fēng)向與目標(biāo)航向一致時(shí)目標(biāo)航速就快，而風(fēng)向與目標(biāo)航向相反時(shí)目標(biāo)航速就慢。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境下地波雷達(dá)探測(cè)的應(yīng)對(duì)措施

3.1 海雜波的抑制方法

對(duì)海雜波干擾的分析可以更好地掌握地波雷達(dá)的工作特性，積累地波雷達(dá)使用經(jīng)驗(yàn)。在不同的氣象條件下海雜波干擾也不同。天氣晴朗時(shí)干擾較小，在雨天或大風(fēng)天氣時(shí)干擾較大。[1]通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，以下兩種方法可以減小或削弱海雜波對(duì)地波雷達(dá)探測(cè)的影響。

(1) 正確使用頻率，避開(kāi)布拉格峰對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響

當(dāng)目標(biāo)的多普勒頻率與布拉格峰頻率相差不大時(shí)，在頻譜圖中目標(biāo)就會(huì)落在布拉格峰內(nèi)，目標(biāo)回波信號(hào)就會(huì)被布拉格峰干擾淹沒(méi)，造成目標(biāo)丟失。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入布拉格峰，即處于盲速區(qū)，這是由于一階譜對(duì)應(yīng)的多普勒頻率與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)的多普勒頻率相等造成的。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以通過(guò)改變頻率。頻率改變，一階譜對(duì)應(yīng)的多普勒頻率與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)的多普勒頻率都會(huì)改變，而且改變的幅度不一樣。實(shí)驗(yàn)證明，回波信號(hào)比布拉格峰移動(dòng)幅度大，從而把目標(biāo)從布拉格峰中分離出來(lái)。

由于改變工作頻率后布拉格峰頻率和多普勒頻率的變化量是不一樣的，所以當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入布拉格峰時(shí)就要改變工作頻率，使目標(biāo)多普勒頻率與布拉格峰頻率相區(qū)分，從而避開(kāi)布拉格峰對(duì)目標(biāo)回波的干擾。

(2) 合理設(shè)置衰減以壓低干擾信號(hào)電平

大多數(shù)地波雷達(dá)都可以采用手動(dòng)衰減，合理設(shè)置衰減以壓低噪聲信號(hào)電平。尤其在晚上，干擾增大可以適當(dāng)設(shè)置衰減量，而在白天則沒(méi)有必要設(shè)置衰減量。值得注意的是，由于衰減對(duì)真實(shí)信號(hào)也有作用，而且不論是干擾還是目標(biāo)回波都會(huì)受到衰減，所以設(shè)置衰減時(shí)不能太大，以免衰減嚴(yán)重，使得目標(biāo)回波信號(hào)大小與干擾大小差值減小，造成目標(biāo)消失。

3.2 對(duì)電離層干擾的抑制方法

通過(guò)數(shù)據(jù)積累和觀察分析認(rèn)為，改變工作頻率與工作方式可抑制電離層對(duì)雷達(dá)的干擾。[2]

3.2.1 選擇最佳的工作頻率

在工作頻率選擇上盡量選擇所選工作頻段的高頻端。由于電離層的特性，白天為了抑制電離層反射信號(hào)，可以使雷達(dá)在臨界頻率上工作。在臨界頻率上，以空間波傳播的發(fā)射信號(hào)不會(huì)被電離層的上層反射回來(lái)，因?yàn)樗鼈儽晃挥?0～80 km的電離層D層吸收。使用合適的頻段，此時(shí)信號(hào)不會(huì)被D層反射，反射來(lái)自E層，可以將干擾距離拉遠(yuǎn)。晚上時(shí)，電離層D層消失，E層變得稀薄，F(xiàn)層對(duì)雷達(dá)干擾特別嚴(yán)重。當(dāng)空間波傳播的能量穿過(guò)電離層頂層且未被反射回地面時(shí)，雷達(dá)可以最大限度地在允許的頻率上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。

3.2.2 選擇雷達(dá)最佳的工作方式

在工作方式選擇上，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)電離層干擾時(shí)應(yīng)選用合適的工作方式，既能消除干擾又利于探測(cè)目標(biāo)。通過(guò)上述方法能減弱白天和夜間電離層干擾對(duì)探測(cè)海上目標(biāo)的負(fù)面影響，但并不能達(dá)到完全消除這種干擾的目的。

3.3 短波無(wú)線電干擾的應(yīng)對(duì)措施

除了來(lái)自海雜波和電離層的影響，雷達(dá)還接收自身工作頻率范圍內(nèi)其他外部輻射源的無(wú)線電干擾。外部無(wú)線電干擾一般具有窄頻帶、空間集中的特點(diǎn)，主要是短波電臺(tái)干擾。這種干擾的信號(hào)電平取決于時(shí)間和季節(jié)，其主要的特征是夜間的干擾永遠(yuǎn)大于白天。夜間，外部無(wú)線電干擾會(huì)增長(zhǎng)15～20 dB。出現(xiàn)此種情況時(shí)，解決的辦法是根據(jù)地波雷達(dá)全頻段的干擾電平圖來(lái)選擇干擾電平較低的頻率，使工作頻率避開(kāi)短波無(wú)線電干擾頻率。[4-5]

4 結(jié)束語(yǔ)

掌握各種因素對(duì)地波雷達(dá)的影響，實(shí)現(xiàn)看得遠(yuǎn)、辨得清及高空到海面信息的全覆蓋。利用偵察雷達(dá)的判別目標(biāo)性質(zhì)的能力來(lái)彌補(bǔ)地波雷達(dá)探測(cè)距離遠(yuǎn)但不能判別目標(biāo)性質(zhì)的缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)海遠(yuǎn)距離目標(biāo)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判別。加大基于完成復(fù)雜電磁環(huán)境下的多源情報(bào)處理系統(tǒng)的研發(fā)，建立情報(bào)高度集中的中心站模式，將區(qū)域內(nèi)各類情報(bào)信息自動(dòng)輸入到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、自動(dòng)關(guān)聯(lián)，并將處理結(jié)果縱向傳遞給上級(jí)各級(jí)指揮機(jī)關(guān)，橫向傳遞給友鄰單位及各類海空作戰(zhàn)單元，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤、上報(bào)、攻擊無(wú)縫鏈接。