多徑效應(yīng)對電子對抗裝備的影響

閆曉峰，王 燁

(海軍裝備部，四川 成都 610000)

0 引 言

在現(xiàn)代電子對抗裝備中，為了加大設(shè)備的覆蓋范圍，裝備需布設(shè)在較高位置，用于偵測海上艦船或海面低空飛機的雷達信號，低空飛行的電子戰(zhàn)飛機上的偵察雷達，由于有時需要工作在低仰角的情況下，就會受到多徑效應(yīng)的影響。多徑效應(yīng)不僅造成信號衰落，嚴(yán)重影響了信號的偵收，而且容易導(dǎo)致跟蹤天線差值方向圖零點發(fā)生偏移，從而影響天線跟蹤的平穩(wěn)性。多徑衰落引起的信號功率減小，會致使接收靈敏度降低、干擾功率減小等。

1 多徑效應(yīng)的途徑及影響

1.1 多徑效應(yīng)的途徑

多徑效應(yīng)主要是信號通過周圍環(huán)境的耦合形成，雷達或雷達對抗裝備發(fā)射和接收的信號除了會直接到達目標(biāo)外，還會通過其他多種途徑到達目標(biāo)，如地面或海面的散射、物體的反射及幾何繞射等。如圖1所示為信號經(jīng)物體的反射后到達目標(biāo)的情況。由于這些傳輸信號經(jīng)過的路徑不同，長度不等，到達目標(biāo)處的時間也不同，導(dǎo)致這些信號到達目標(biāo)處的相位和幅度不同。因此，目標(biāo)收到的信號是這些不同途徑到達信號的矢量和。極限情況下，兩信號的相位相反，接收信號就是這兩信號的代數(shù)差[1]。

圖1 多徑效應(yīng)示意圖

1.2 與多徑效應(yīng)影響相關(guān)的參數(shù)

在圖1中，設(shè)直射信號歸一化為1，反射系數(shù)為ρ，路徑差引起的相移為φ。則目標(biāo)處的信號強度為：

S=1+ρ(ω·θ)exp{-j2ωh1h2/cd}

(1)

式中：ρ(ω·θ)為信號載波頻率ω入射角θ時的反射系數(shù)；c為光速[2]。

從公式(1)可以看出，多徑效應(yīng)的影響與反射系數(shù)、信號頻率、入射余角等均有關(guān)系。而反射系數(shù)與反射面性質(zhì)、信號頻率、入射余角及極化形式有關(guān)。

多徑效應(yīng)影響最嚴(yán)重的是平靜海面和光滑陸地(特別是沙漠地帶)，粗糙海面和地面、特別是長滿植物的地面，多徑效應(yīng)可以忽略。

基于很多關(guān)于厘米波由陸地反射的實驗數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：(1)鏡反射只能從很平坦的表面獲得，稀落的植物并不影響鏡反射；(2)當(dāng)存在粗糙性時，反射系數(shù)減小；(3)植物的覆蓋層，一般來說，會使反射系數(shù)減??；(4)水平極化時，反射面的粗糙性在反射特性上，較垂直極化時表現(xiàn)得更為嚴(yán)重[3]。

2 裝備使用中遇到的多徑影響及原因分析

2.1 裝備使用中的多徑現(xiàn)象

某型多波束干擾站在使用中出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)出的干擾信號耦合到偵察通道，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)自發(fā)自收情況,無法正常工作。

某型分布式干擾站在進行單脈沖和差跟蹤測試時有些頻率信號容易跟丟。干擾等效功率測試時，將車輛與測試天線都擺放在水泥地上進行測試，有些頻率點等效功率偏低。

為了更明顯地看出多徑效應(yīng)的影響，選擇車載安裝平臺進行對系統(tǒng)方向圖的影響實驗。

實驗1：裝備車輛放置在寬闊草地的中間，在車體正前方與裝備偵察天線距離R處放置輻射源，輻射功率P保持不變。輻射源與車體的相對位置如圖2所示。

圖2 實驗情況1示意圖

輻射信號除了會直接照射到偵察天線外，還會通過車頂?shù)慕饘偬炀€艙頂蓋以及車體其他區(qū)域反射到偵察天線處。將頻譜儀放在車艙內(nèi)，頻譜儀的射頻信號輸入口連接到裝備系統(tǒng)偵察天線后的前置放大器射頻輸出口。設(shè)置頻譜儀中心頻率為輻射源頻率，頻譜儀帶寬為0，掃描時間為10 s，其他參數(shù)采用默認值保持不變。采取減小多徑效應(yīng)措施前頻率8 GHz信號輻射時測得的系統(tǒng)方向圖，如圖3中曲線1所示，該曲線為直射信號和多徑信號的共同作用結(jié)果。為了減小多徑信號的影響，在天線艙頂蓋上鋪設(shè)了吸波材料，采用該措施后測得的系統(tǒng)方向圖如圖3中曲線2所示。

圖3 信號從車體前方入射時，車頂加吸波材料與不加時系統(tǒng)方向圖對比

通過對圖3中的2條曲線進行對比可以看出，在天線艙頂蓋上鋪設(shè)了吸波材料后，系統(tǒng)方向圖改變明顯。

實驗情況2：在實驗情況1的基礎(chǔ)上，改變輻射源位置到車體正右側(cè)距偵察天線R處，輻射源正對著偵察天線，其他測試條件都不變。頻率8 GHz、功率為P的信號輻射時，測得的系統(tǒng)方向圖如圖4中曲線1所示，在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料后測得的系統(tǒng)方向圖如圖4中曲線2所示。

圖4 信號從車體右方入射時，車頂加吸波材料與不加時系統(tǒng)方向圖對比

通過對圖4中的2條曲線進行對比可以看出，在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料后，對系統(tǒng)方向圖的影響很小。這是因為信號從車體右側(cè)面入射時，偵察天線與車體側(cè)面面壁的距離很近，側(cè)面方向的輻射信號形成的微小反射信號對進入偵察天線的直射信號影響很小，而車頂天線艙頂蓋、附件箱以及車頂其他區(qū)域都不在輻射源與偵察天線的連線路徑上，其形成的多徑信號對直射信號的影響也非常小。因此，對車體正側(cè)面的輻射信號，是否在車頂鋪設(shè)吸波材料都對系統(tǒng)方向圖影響不大。

實驗情況3：在實驗情況1的基礎(chǔ)上，在天線艙頂蓋和附件箱上加鋪吸波材料，分別改變輻射源位置到車體正右側(cè)距偵察天線R處的位置2和車體正后方距偵察天線R處的位置3，如圖5所示，其他測試條件都不變。

圖5 實驗情況3示意圖

頻率8 GHz、功率P的信號輻射時，從正前方、正右側(cè)、正后方3個方向測得的系統(tǒng)方向圖如圖6中3條曲線所示。圖片中3條曲線在左右方向的位置差異主要是由于頻譜儀內(nèi)的掃描時間觸發(fā)起點不一致引起，上下方向的位置差異是測得的信號幅度差異。

圖6 8 GHz信號從車體前、右、后方入射時測得的系統(tǒng)方向圖對比

頻率為17 GHz、功率為P的信號輻射時從正前方、正右側(cè)、正后方3個方向測得的系統(tǒng)方向圖如圖7中3條曲線所示。

圖7 17 GHz信號從車體前、右、后方入射時測得的系統(tǒng)方向圖對比

從圖6和圖7可以看出，雖然在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料，由于車體表面特別是車頂還有較多沒有鋪設(shè)吸波材料的表面也是由金屬構(gòu)成，它們對不同方向入射到裝備車偵察天線的信號會產(chǎn)生不同程度的多徑信號影響，導(dǎo)致同一個信號從這3個方向輻射時測得的系統(tǒng)方向圖差異很大，特別是幅度上。另外，由于多徑效應(yīng)與信號頻率有關(guān)，通過對比圖6和圖7中的幅度差可以看出，不同頻率的信號分別從這3個方向入射時，受到的多徑效應(yīng)影響程度也不同。

2.2 原因分析

在出現(xiàn)多徑效應(yīng)時，信號除了直接照射目標(biāo)外，還通過其他途徑到達目標(biāo)，這些不同途徑到達目標(biāo)的信號相互干涉，導(dǎo)致原有信號的某些參數(shù)(如相位、幅度等)出現(xiàn)變化，影響系統(tǒng)分析結(jié)果。如果在使用中不能采取措施有效解決，輕者可以降低系統(tǒng)的作用，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

從上述2個電子對抗裝備遇到的現(xiàn)象可以看到，多徑效應(yīng)會影響系統(tǒng)的收發(fā)隔離度、信號跟蹤、多徑衰落等。

對上述裝備遇到的現(xiàn)象進行原因分析：

(1) 在系統(tǒng)測試收發(fā)隔離和跟蹤功能時，離裝備車較近處停放有其他車輛，或者裝備車附近有覆蓋金屬板較多的板房及鋼架房。通過分析及驗證發(fā)現(xiàn)，信號通過這些反射物反射后進入了裝備偵察系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)上述不良影響；

(2) 測試等效功率受周圍物體及水泥地面的反射信號影響，導(dǎo)致有些頻率達不到指標(biāo)現(xiàn)象；

(3) 在實驗中，由于車體特別是車頂?shù)挠绊?，出現(xiàn)不同方位、不同頻率的輻射信號時測得的方向圖有較大差異。根據(jù)實驗結(jié)果，可以從裝備車本身和使用過程中采用措施減小多徑效應(yīng)的影響，提高裝備的使用效率。

3 解決方法及措施

針對電子對抗裝備多徑效應(yīng)的影響，可以采取以下幾個方面的措施進行解決：

3.1 技術(shù)途徑

(1) 基于時空頻聯(lián)合的信號分選，基于透鏡多波束空域波束分離及精確測向技術(shù)，采用頻率寬帶接收方式，實現(xiàn)對復(fù)雜體制雷達信號的準(zhǔn)確描述。充分利用空域和頻率分離信息的能力，提取相參脈沖簇信號的全信息，同時結(jié)合信號本身的時間特性，實現(xiàn)同一輻射源在時域上的融合，實現(xiàn)信號有效分選。

(2) 利用改進的雷達輻射源庫信息，對分選后的脈沖簇進行參數(shù)匹配，對未匹配上的脈沖簇進行動態(tài)參數(shù)關(guān)聯(lián)，將統(tǒng)一目標(biāo)的脈沖簇融合成一個輻射源，解決分選增批與虛警問題。

3.2 使用途徑

(1) 選擇使用環(huán)境時，裝備周圍應(yīng)無金屬反射物或反射系數(shù)大的非金屬反射物。選擇反射系數(shù)較小的場地(如有植被覆蓋的粗糙地面)有助于降低多徑效應(yīng)的影響；

(2) 根據(jù)裝備上天線的安裝情況選擇合適的輻射方位范圍，盡量減小平臺的影響；在金屬板制成的平臺上粘貼吸波材料也是減小多徑的有效方法；

(3) 裝備使用時，在滿足使用要求下盡量使波束上翹，如多波束系統(tǒng)中用最低層的俯仰波束偵收信號而其他較高層波束對著空中，以減小地面散射的影響。

4 結(jié)束語

對在實際使用、測試電子對抗裝備過程中遇到的多徑問題，從環(huán)境耦合等方面進行認真分析，找出受到多徑影響的因素，提出了有效的解決措施并進行了驗證。