复杂电磁环境对地波雷达观察的影响

吴梦思,江杨林，唐 伟

(91889部队,广东 湛江 524051)

0 引 言

地波雷达是为了探测视距外目标、利用海洋表面对电磁波的一阶散射和二阶散射原理提升雷达对海探测能力而产生的。但是，复杂电磁环境对地波的影响使得地波雷达作为超视距探测手段性能大打折扣。研究影响的产生和如何针对性地进行消除能更好地挖掘地波雷达的性能，使地波雷达更好地完成对海上目标超视距、全天候探测。

1 复杂电磁环境的基本概念及构成要素

复杂电磁环境是指在有限的时空里、一定的频段上多种电磁信号密集、交叠对雷达产生显著影响的电磁环境。它是由人为和自然、民用和军用、对抗和非对抗的多种电磁信号综合形成的一个信号密集度、频谱占有度、时间使用率、功率分布率等电磁特性全部或部分超过正常使用情况的电磁环境，对雷达使用有显著影响和制约作用。

复杂电磁环境的构成要素包括：(1)民用雷达系统、电视和广播发射系统及移动电话系统、民航和交通等部门，以及辐射电磁波的工业、科学实验、医疗等设备运行时产生的电磁辐射组成的民用电磁辐射；(2)由静电、雷电、地磁场、太阳黑子活动、宇宙射线等产生的电磁辐射等组成的自然电磁辐射；(3)由雷达、通信电台、光电设备、电子对抗装备、高能电磁脉冲等组成的军用电磁辐射；(4)由电离层、地理环境、气象环境以及人为因素构成的各种传播媒介。

2 复杂电磁环境对地波雷达探测的影响

目前，在复杂电磁环境的构成要素中，对地波雷达探测影响较为严重的因素主要包括：(1)由海杂波、电离层干扰、雷雨形成时产生的信号、探测路线中岛屿的反射信号等组成的无源干扰；(2)短波无线电等有源干扰；(3)地理环境、气象环境等各种传播媒介。

2.1 海杂波的影响

由于电磁波传播和地波雷达设计的特性，海杂波成为影响地波雷达观察的主要因素之一。通过海面散射的高频电磁波谱主要由两部分组成：一种是由满足布拉格衍射条件的海浪引起的对称谐振谱峰，又称一阶回波。它是因高频电磁波和海浪波之间相互作用引起共振而产生的能量最大峰，是雷达利用频率域信息的重大障碍之一。另一种则是比一阶回波低30～45 dB的二阶回波背景谱。它是由小海浪引起的散射回波以及海面波经多次反射后再返回到雷达的回波谱。海杂波对地波雷达干扰最突出的表现形式是一阶布拉格峰。一阶布拉格峰是客观存在的。海上目标回波信号若落在布拉格峰内就会被淹没，从而导致雷达跟踪目标中断甚至消失。多风的海面能加剧海浪的形成。对地波雷达而言，最明显的表现就是综合频谱上一阶布拉格峰变粗并时常伴有二阶布拉格峰的出现。

由于海浪促使布拉格峰变粗和二阶布拉格峰的形成，地波雷达绕射传播到一定距离后能量减小了很多，再经海水衰减后绕射波信号更弱，对探测200 km以外目标显得更为不利。

2.2 电离层反射信号的影响

电离层是地球大气的一个电离区域。60 km以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态。电离层是部分电离的大气区域，而完全电离的大气区域称磁层。也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。

目前，制约地波雷达远程探测的主要干扰是电离层的干扰。根据实际经验，电离层的干扰在时间上主要表现在凌晨、傍晚以及晚上。雷达天线的设计是为了最大程度上使发射和接收的信号以地表波、最小高低角方式传播。但是，现实中电磁波并不能完全以地表波方式传播。部分电磁波是以空间波方式传播，以大于20°的高低角传播，并被100～300 km处的电离层反射，而这部分回波有可能被地波雷达接收。这便形成了反射信号方式的电离层干扰，从而压缩了地波雷达的探测范围和导致假目标的产生。

2.3 短波无线电干扰的影响

现阶段由于各种经济活动和军事活动的不断增加，各种用于通信、广播的电台频率占用率非常高，特别是10 MHz以下的频率占用特别拥挤。在我国，实测该频段的频率占用量约为62%，频率占用的拥挤程度在夜间和黄昏最严重，而在白天和黎明则较轻，各类电台发射的频带宽度为100 Hz～12 kHz。由于频率占用情况拥挤，再加上短波在合适的传输条件下能够传播很远的特点，这就使得地波雷达很容易受到同频电台和相邻频率电台的干扰，但这些干扰具有明显的方向性。

地波雷达的工作频率正处于短波无线电的工作频率范围之内，其主要的特征是夜间的干扰大于白天，使可使用的工作频率急剧减少，造成目标观测困难。

2.4 地理环境、气象环境对地波雷达探测的影响

2.4.1 周边地理电磁特点

地理环境影响在这里指探测路线中岛屿的反射信号对地波雷达探测的影响。在岛屿众多的海域，地理环境的影响会更加凸显。受其影响，作战双方在部分海域都存在观察盲区，无法实施全海域监控。

2.4.2 气象环境对地波雷达探测的影响

(1) 空气湿度的影响。通过分析大量实验数据发现，天气有雾时地波雷达发现目标多、探测距离远。

(2) 风力风向的影响。一是风力影响目标的活动规律。因海上目标的耐波性和吃水深度等原因往往选择适宜的海况执行任务；二是风力影响目标的观察。风力引起的海杂波影响雷达操纵员对近距离小目标的观察；三是风向影响目标的航速。风向与目标航向一致时目标航速就快，而风向与目标航向相反时目标航速就慢。

3 复杂电磁环境下地波雷达探测的应对措施

3.1 海杂波的抑制方法

对海杂波干扰的分析可以更好地掌握地波雷达的工作特性，积累地波雷达使用经验。在不同的气象条件下海杂波干扰也不同。天气晴朗时干扰较小，在雨天或大风天气时干扰较大。[1]通过实践检验，以下两种方法可以减小或削弱海杂波对地波雷达探测的影响。

(1) 正确使用频率，避开布拉格峰对雷达探测的影响

当目标的多普勒频率与布拉格峰频率相差不大时，在频谱图中目标就会落在布拉格峰内，目标回波信号就会被布拉格峰干扰淹没，造成目标丢失。当目标进入布拉格峰，即处于盲速区，这是由于一阶谱对应的多普勒频率与运动目标的回波信号的多普勒频率相等造成的。为了避免出现这种现象，可以通过改变频率。频率改变，一阶谱对应的多普勒频率与运动目标的回波信号的多普勒频率都会改变，而且改变的幅度不一样。实验证明，回波信号比布拉格峰移动幅度大，从而把目标从布拉格峰中分离出来。

由于改变工作频率后布拉格峰频率和多普勒频率的变化量是不一样的，所以当目标进入布拉格峰时就要改变工作频率，使目标多普勒频率与布拉格峰频率相区分，从而避开布拉格峰对目标回波的干扰。

(2) 合理设置衰减以压低干扰信号电平

大多数地波雷达都可以采用手动衰减，合理设置衰减以压低噪声信号电平。尤其在晚上，干扰增大可以适当设置衰减量，而在白天则没有必要设置衰减量。值得注意的是，由于衰减对真实信号也有作用，而且不论是干扰还是目标回波都会受到衰减，所以设置衰减时不能太大，以免衰减严重，使得目标回波信号大小与干扰大小差值减小，造成目标消失。

3.2 对电离层干扰的抑制方法

通过数据积累和观察分析认为，改变工作频率与工作方式可抑制电离层对雷达的干扰。[2]

3.2.1 选择最佳的工作频率

在工作频率选择上尽量选择所选工作频段的高频端。由于电离层的特性，白天为了抑制电离层反射信号，可以使雷达在临界频率上工作。在临界频率上，以空间波传播的发射信号不会被电离层的上层反射回来，因为它们被位于60～80 km的电离层D层吸收。使用合适的频段，此时信号不会被D层反射，反射来自E层，可以将干扰距离拉远。晚上时，电离层D层消失，E层变得稀薄，F层对雷达干扰特别严重。当空间波传播的能量穿过电离层顶层且未被反射回地面时，雷达可以最大限度地在允许的频率上对目标进行探测。

3.2.2 选择雷达最佳的工作方式

在工作方式选择上，当出现强电离层干扰时应选用合适的工作方式，既能消除干扰又利于探测目标。通过上述方法能减弱白天和夜间电离层干扰对探测海上目标的负面影响，但并不能达到完全消除这种干扰的目的。

3.3 短波无线电干扰的应对措施

除了来自海杂波和电离层的影响，雷达还接收自身工作频率范围内其他外部辐射源的无线电干扰。外部无线电干扰一般具有窄频带、空间集中的特点，主要是短波电台干扰。这种干扰的信号电平取决于时间和季节，其主要的特征是夜间的干扰永远大于白天。夜间，外部无线电干扰会增长15～20 dB。出现此种情况时，解决的办法是根据地波雷达全频段的干扰电平图来选择干扰电平较低的频率，使工作频率避开短波无线电干扰频率。[4-5]

4 结束语

掌握各种因素对地波雷达的影响，实现看得远、辨得清及高空到海面信息的全覆盖。利用侦察雷达的判别目标性质的能力来弥补地波雷达探测距离远但不能判别目标性质的缺陷，实现对海远距离目标及时发现和准确判别。加大基于完成复杂电磁环境下的多源情报处理系统的研发，建立情报高度集中的中心站模式，将区域内各类情报信息自动输入到计算机，由计算机进行处理、自动关联，并将处理结果纵向传递给上级各级指挥机关，横向传递给友邻单位及各类海空作战单元，实现目标探测、发现、识别、跟踪、上报、攻击无缝链接。