双基地雷达反隐身矩形组网部署探讨

2014-04-26 06:09胡明皓程力睿

舰船电子对抗 2014年2期

胡明皓，李飞，程力睿

（电子工程学院，合肥 230031）

0 引言

隐身目标的出现，对防空预警探测系统提出了严峻的考验，其隐身原理主要有以下几点：一是采用吸透波结构材料和吸透波涂层；二是隐形外形设计，使入射的雷达波偏转散射到其他方向，在雷达方向±30°内的反射区有极小的雷达横截面积（RCS）。传统的单基地雷达由于RCS极小，无法正常发现目标。双基地雷达由于接收机与发射机分置，相对于接收机而言，目标的RCS与单基地雷达有很大的差异，这为双基地雷达探测隐身目标奠定了基础。从RCS的角度看，双基地雷达的反隐身能力基于以下2个因素：一是利用目标的前向散射；二是利用目标的侧向散射。这里重点讨论利用前向散射区预警探测隐身目标的组网方法。

1 前向散射区矩形组网探测机理

雷达组网一般结构有星形、矩形和三角形等。这里就矩形结构进行讨论。

1.1 原理

双基地雷达的前向散射区指的是双基地角β在180°至135°之间的区域，如图1中阴影部分所示，其特性是双基地雷达截面积比单基地雷达截面积增大很多，且在180°时为最大。

图1 双基地雷达前向散射区示意图

图1中，T为发射机，R为接收机，L为双基地雷达基线长度。

当双基地角β＝180°时，目标的前向散射截面积用σF表示，即：σF＝4πA2／λ2［1］（1）式中：A为目标在入射方向上的投影面积；λ为波长。

目标既可以是光滑的简单形状，也可以是复杂形状；既可以是反射型的，也可以是吸收型的，或者是两者的组合。

假设一半径为D＝1m的球体，在λ＝0.1m时其前向散射截面积为σF＝4πA2／λ2＝12 400m2，而后向反射截面积为σM＝πr2＝3.14m2，由此可见，利用双基地雷达的前向散射区可大大增加对目标的探测能力。

理论上在β＝180°时，雷达前向散射截面积最大，为发现隐身目标的最佳区域，但由于在β＝180°时，虽然RCS最大，却失去了对目标的距离和多普勒分辨能力，即无法确定目标的距离，也无法分辨出运动目标，所以目标基线上的前向散区不可利用。

1.2 矩形组网前向散射预警探测区

如图2所示，R1R2T2T1矩形组网，M为弧R1T2与弧R2T1的交点，N为弧T2R2的中点，因为175°≤β≤180°区域较小，此时产生的探测盲区暂不考虑，所以由T1与R1构成图中A所示前向散射区。依此类推，T2与R1，T1与R2，T2与R2分别构成B、C、D所示前向散射区，由此矩形网构成的前向散射覆盖区为图中阴影部分所示，类似于“∞”型形状。当隐身目标进入矩形组网前向散射覆盖区域中时，双基地雷达就能进行预警探测，但是因为存在图中Ⅰ、Ⅱ所示的空白区域，当隐身目标继续飞行进入此区域时，由于双基地雷达前向散射区无法覆盖而出现盲区，为了消除这一盲区，由图1的几何关系可以看出，只要改变矩形组网的长宽比值k，使M、N点重合，就可以形成一个连续的预警探测区域（如图3阴影所示），从而消除探测盲区。

为精确得到k值，建立如图4所示坐标系，以2部双基地雷达构成的矩形中心为原点，x、y轴分别平行于矩形长、宽，可求得各条圆弧的坐标方程。为得到连续观察区域，使M、N点重合，联立方程组：

图2 双基地雷达矩形组网预警探测区

图3 双基地雷达矩形组网连续预警探测区

式中：a、b分别表示当β＝135°时，接收站R2在坐标系中的横纵坐标。

2 任务条件下矩形组网部署方法

在实际预警探测时，往往根据既定的任务区域来部署侦察装备，下面基于前述的矩形组网机理，探讨具体的部署方法。

2.1 利用“∞”型连续预警探测区部署

双基地雷达矩形组网对隐身目标来袭方向上的某一区域进行预警探测，获得“∞”型连续预警探测区，根据图4求出“∞”型连续预警探测区面积S1与矩形网长宽比k的关系为：

图4 双基地矩形组网前向散射区几何关系图

其结果经Matlab仿真可以得到图5所示曲线。

图5 预警探测区面积S1与矩形网长宽比k关系图（纵坐标面积经L2归一化）

2.2 利用矩形可靠预警探测区部署

由于“∞”型形状的特殊性，存在图6中Ⅲ、Ⅳ所示类似于三角形的探测盲区。在部署时，既要避开此三角形盲区，又要使“∞”型覆盖整个探测区。为便于计算、部署，在原先预警探测区“∞”型内截出一个最大矩形EFGH，并近似认为此矩形EFGH即为双基地雷达矩形组网前向散射区所覆盖的区域。将这个最大矩形称为可靠预警探测区，如图6所示。为便于精确部署，根据图4几何关系求出最大预警探测矩形区域长（EF）、宽（EH）的长度：