米波雷达阵地选择要素分析

刘育才，马晓静

(1.中国电子科技集团公司第38研究所;合肥 230088;2.电子工程学院，合肥 230037)

米波雷达阵地选择要素分析

刘育才，马晓静

(1.中国电子科技集团公司第38研究所;合肥 230088;2.电子工程学院，合肥 230037)

摘要：简要回顾了米波雷达发展历程，阐述了米波雷达反隐身的有效性，从理论上分析了影响其作战效能的地形遮蔽、同频段干扰、地面反射影响等几种主要因素，并分别进行仿真，给出了仿真结果以及阵地选择建议。

关键词：米波雷达；地形遮蔽；干扰；地面反射

0引言

米波雷达工作在甚高频(VHF)波段，它是二战中发明和使用的主要防空雷达，在二战中扮演着重要的角色。但在战后，随着微波系统的发展，使雷达系统日趋完善，工作波段也在向微波、毫米波发展，米波雷达的发展则处于停滞状态。近年来，随着电磁干扰、低空突防和反辐射导弹等一系列反雷达技术的发展，加上美国凭借其雄厚的经济实力和技术实力，不断研制和生产新型飞机和战略战术导弹，特别是隐身飞机和隐身导弹的出现，使各国的防空雷达系统都面临着严重的威胁[1]。目前的隐身飞机主要是通过外形或者是通过涂覆吸收材料来隐身，而米波雷达对隐身飞机具有天然的反隐身优势，作为隐身技术的两大基础——外形隐身和吸波材料对米波雷达来说基本上是无效的，所以米波雷达具有天然的反隐身能力。因此，法国、俄罗斯等国大力发展米波雷达以应对隐身飞机的威胁，我国目前也装备了不同型号的多型米波雷达。

本文就米波雷达在作战使用中的阵地选择要素进行分析，分析影响其作战效能发挥的地形遮蔽、同频段干扰、地面反射影响等几种主要因素，对米波雷达的阵地选择具有一定的参考价值。

1地形遮蔽影响

在地物环境对雷达作用范围的影响中，地物遮蔽是一个重要的方面，如果在雷达周围有高大建筑物的存在或者山区地形的存在，都可能会对雷达形成一定范围的遮蔽盲区，影响雷达探测威力的发挥[2]。在不考虑绕射效应的情况下，在遮蔽角以下雷达将不能探测到目标。

作为远程预警雷达，米波雷达需要探测远距离目标，为了使得模型更加精确，需要考虑地球曲率的影响，采用球面反射模型。在球面反射模型下，根据目标仰角和目标距离、高度、雷达架设高度等参数的关系[3-4]：

(1)

式中:θt为目标仰角;ht为目标高度;h0为雷达相位中心高度;Rt为目标距离;R0为等效地球半径。

当目标高度为20 000 m、10 000 m时，不同遮蔽角对雷达作用距离的影响如图1所示。因此，在选择雷达架设阵地时，必须研究阵地周围的地物特点，在主要作战方向避开可能对雷达产生遮蔽的地物，同时兼顾其它方向，以保证雷达威力的充分发挥。

图1　遮蔽角对雷达作用距离的影响

2同频段干扰影响

米波雷达工作在VHF波段，而该波段通常被通信、导航、电视等电子设备占用，因此米波雷达易于受到这些民用设备的无意干扰[5]。以电视频道干扰为例，根据GB/T 14433-93《彩色电视广播覆盖网技术规定》，我国米波波段无线电视1～12频道的频率分布如表1所示，这些同频段的干扰会对米波雷达产生噪声干扰或假目标干扰。

表1　我国电视1～12频道频率分布

考虑噪声干扰时，根据雷达距离方程，干扰条件下雷达作用距离随干噪比变化关系如图2所示。可见，噪声干扰严重影响雷达的作用距离，因此，在选择雷达阵地时，应尽量避开这些同频段干扰。

图2　干扰条件下雷达作用距离随干噪比变化关系

3地面反射影响

米波雷达工作频段低，波束宽度宽，容易受到地(水)面反射的影响[6]。由于地(水)面多径信号的干涉影响，天线的垂直面波瓣会发生变化，设在自由空间天线垂直面的幅度波瓣函数为f0(θ,θ0)，其中θ0是波瓣最大值的指向角；δ为直达波与反射波在目标处的波程差；Sd为直达波在目标处的电场强度；Sr为反射波在目标处的电场强度；φd为自由空间天线波瓣在直达波仰角θd处的相位；φr为自由空间天线波瓣在直达波仰角θr处的相位；f0(θd,θ)为自由空间天线波瓣在直达波仰角θd处的幅度值；f0(θr,θ)为自由空间天线波瓣在直达波仰角θr处的幅度值；ρ为地面反射系数的幅值；φg为地面反射系数的相位。

在这里仅考虑地面导电性能、地面粗糙度等因素的影响，不考虑地球曲率的影响。根据迭加原理，在目标处的电场强度是直达波电场强度与反射波电场强度的迭加，表示如下：

(2)

由电磁场理论知：

(3)

(4)

将式(2)、式(3)代入式(1)得到考虑多径效应后天线的波瓣为:

(5)

令Δφ=φd-φr-φg+2πδ/λ，则:

(1) 当Δφ=(2n+1)π,n=0,1,…时，fmin(θ,θ0)=f0(θd,θ0)-ρf0(θr,θ0)，为地面反射后天线波瓣的极小值。当ρ=1，f0(θd,θ0)=f0(θr,θ0)时，f(θ,θ0)=0，天线波瓣出现零点(盲点)，这是最坏的情况。

(2) 当Δφ=2nπ,n=0,1,2,…时，fmax(θ,θ0)=f0(θd,θ0)+ρf0(θr,θ0)，为地面反射后天线波瓣的极大值。

下面对不考虑地面反射以及不同架高条件下雷达波束分裂情况进行仿真，如图3~图8所示。仿真条件为:工作频率60 MHz，波束宽度6.5°，雷达架设高度分别为40 m、100 m、200 m、300 m、400 m。

图3　自由空间威力图

图4　架高40 m威力图

图5　架高100 m威力图

图6　架高200 m威力图

图7　架高300 m威力图

从仿真结果可以看出，不同架高条件下，波瓣分裂情况明显不同，造成威力覆盖范围也不同。选择阵地时，可以根据雷达性能参数以及架设高度评估雷达威力覆盖情况，在架高情况下，采用与架设高度相匹配的工作参数，实现雷达威力的充分发挥。

4结束语

隐身飞机的出现对各国的防空雷达系统提出了严重挑战，迫使各国大力发展、部署米波雷达以应对

隐身飞机的威胁。本文主要对地形遮蔽、同频段干扰以及地面反射等几种因素对米波雷达性能发挥的影响进行了分析，给出了理论依据以及仿真结果，对米波雷达阵地选择以及作战使用具有一定的参考价值。

图8　架高400 m威力图

参考文献

[1]蒋庆全．反隐身雷达技术发展探析[J]．火控雷达技术，2004(2):28-31.

[2]张尉．米波雷达阵地地面有效反射区的探讨[J]．现代雷达，2003,25(4):1-3.

[3]Skolnik M I．雷达手册[M]．第3版．南京电子技术研究所译．北京：电子工业出版社，2010.

[4]Skolnik M I．雷达系统导论[M]．第3版．左群声,徐国良,马林,等译．北京：电子工业出版社，2006．

[5]樊满良．浅谈雷达工作环境对雷达作用范围的影响[J]．空中交通管理，1997(6):21-23.

[6]张玉梅．减弱地面多径影响的一种方法[J]．现代电子，1994(3):17-21.

Selection Factors Analysis of Meter-wave Radar Position

LIU Yu-cai，MA Xiao-jing

(1.No.38th Research Institute of CETC,Hefei 230088,China;2.Electronic Engineering College,Hefei 230037,China)

Abstract:This paper reviews the development history of meter-wave radars simply,expatiates the anti-stealth validity of meter-wave radars；analyzes several main factors such as terrain shade,common frequency jamming,ground reflect,etc.,which influence the operation efficiency,and respectively performs simulation,gives the simulation result and position selection suggestion.

Key words:meter-wave radar；terrain shade；interference；ground reflect

收稿日期:2015-01-10

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.03.009

中图分类号：TN958

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2015)03-0030-03