干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離數(shù)值計(jì)算分析

郭予并, 魏永峰

(91404部隊(duì)，河北 秦皇島066000)

干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離數(shù)值計(jì)算分析

郭予并, 魏永峰

(91404部隊(duì)，河北 秦皇島066000)

從雷達(dá)、干擾方程及海雜波基本模型出發(fā)，對有源干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離失真的成因進(jìn)行了深入分析。通過仿真數(shù)值計(jì)算，揭示出不同背景環(huán)境下對目標(biāo)探測距離變化規(guī)律，為指導(dǎo)實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用提供合理可信的理論依據(jù)。

海雜波功率；雷達(dá)接收機(jī)功率；干擾功率

0 引 言

有源干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海上目標(biāo)的探測，除了與所受到的有源干擾功率的大小、方位相關(guān)外，還與背景環(huán)境下的海面雜波干擾功率大小、方位有關(guān)。對海上目標(biāo)距離的測算，由于有源干擾特征明顯，往往忽略海雜波的存在。在遠(yuǎn)距離上這種忽略暫且可以視而不見，但在近距離上這種忽略有可能造成對海探測距離失真，從而影響武器系統(tǒng)打擊效果。通過對比，本文深入分析無干擾、有干擾條件下對海探測距離的變化，給出不同距離、方位上干擾(有源+海雜波)對機(jī)載雷達(dá)探測距離的影響程度，揭示其影響變化規(guī)律，用數(shù)值仿真計(jì)算的方式對典型用例進(jìn)行推演，從而為航空兵對海面目標(biāo)突擊訓(xùn)練及戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用提供幫助。

1 無有源干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離分析[1-2]

1.1 海雜波分析

雷達(dá)在對海探測時(shí)將遇到強(qiáng)的海雜波，海雜波的存在將直接影響雷達(dá)的探測性能。海雜波功率為[1]

(1)

其中，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率；Gt為雷達(dá)天線功率增益；λ為雷達(dá)工作波長；R為雷達(dá)距海面距離；LS為系統(tǒng)損耗；σc為產(chǎn)生海雜波的雷達(dá)截面積，σc=σ0Ac，σ0為表面后向散射系數(shù)，Ac為表面面積，這樣：

(2)

其中,ψ為入射余角或天線波束俯角，τ為雷達(dá)信號脈沖寬度，△φ3dB為天線方位3 dB波束寬度，c為光速。

故

(3)

對海探測中，一般有如下3種不同情況：

(1) 在遠(yuǎn)距離，PC?PN，PC的影響可以忽略，只需考慮接收機(jī)噪聲對探測性能的影響；

(2) 在近距離，PC?PN，PN的影響可以忽略；

(3) 在中間的一段距離，噪聲功率和海雜波功率都要考慮。

1.2 自由空間中雷達(dá)探測距離

設(shè)雷達(dá)發(fā)射功率為Pt，雷達(dá)天線增益為Gt，目標(biāo)與雷達(dá)天線的距離為R，目標(biāo)散射截面積為σ，脈沖壓縮比為D，雷達(dá)信號波長為λ，則在自由空間工作時(shí)，由基本雷達(dá)方程，雷達(dá)接收天線接收到的回波功率：

(4)

當(dāng)Prs等于最小可檢測信號功率Smin時(shí)，可得到雷達(dá)檢測該目標(biāo)的最大作用距離：

(6)

其中Smin可表示為

(8)

用檢測因子D(n)表征檢測目標(biāo)信號所需的最小輸出信噪比。則雷達(dá)方程為

(9)

其中，τ=1/Bn為雷達(dá)信號脈沖寬度，CB為接收帶寬修正因子。

1.3 雷達(dá)對海探測距離

機(jī)載雷達(dá)是在海雜波背景下檢測海面上運(yùn)動(dòng)或靜止目標(biāo)的，海雜波對雷達(dá)檢測性能的影響可以用等效噪聲功率譜密度來表示。

雷達(dá)接收到的海雜波功率譜密度:

(10)

海雜波功率在雷達(dá)接收機(jī)輸入端的等效噪聲溫度:

(11)

(13)

空中平臺在高空飛行，對海探測距離較遠(yuǎn)時(shí)，PC?PN，這時(shí)只需考慮接收機(jī)噪聲對探測性能的影響，見式(9)。

2 干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離分析[3-4]

假設(shè)：有源干擾條件下，機(jī)載雷達(dá)、干擾機(jī)、目標(biāo)配置關(guān)系如圖1所示。

圖1 雷達(dá)、干擾機(jī)、目標(biāo)位置配置關(guān)系

雷達(dá)接收到的干擾信號功率為

(15)

其中,Pj為干擾機(jī)功率，Gj為干擾機(jī)天線增益，Gt(θ)為雷達(dá)天線在干擾機(jī)方向的等效增益，γj為極化失配損失，Rj為干擾機(jī)至雷達(dá)的距離。

有源干擾信號的帶寬通常大于接收機(jī)的信號帶寬，可以用等效噪聲功率譜密度Nrj來表示。

(17)

干擾功率在雷達(dá)接收機(jī)輸入端的等效噪聲溫度Tj可表示為

(18)

(19)

有源干擾條件下的雷達(dá)方程仍為

(20)

或

(21)

代入得

(22)

(23)

亦即

(25)

3 機(jī)載雷達(dá)對海探測數(shù)值計(jì)算用例[5-6]

假設(shè)：機(jī)載雷達(dá)參數(shù)設(shè)為Pt=400 W，Gt=33 dB，λ=0.112 m，τ=0.2 μs，脈沖壓縮比D=60，k=1.38×10-23W/(Hz)(K)，△φ3dB=0.01534 rad。D(n)CB=2，T0=290 K，F(xiàn)n=10，L=4 dB，c=3×108m/s。

3.1 無干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離計(jì)算

(1) 無干擾條件下不考慮海雜波機(jī)載雷達(dá)對海探測距離計(jì)算

考慮到檢測因子，在不考慮海雜波的情況下，由式(9)計(jì)算σ=3000 m2時(shí)的雷達(dá)對海探測距離見表1。

(2) 海雜波功率計(jì)算

平臺高度為H，R=H/sinψ，由式(3)分別計(jì)算ψ=10°、ψ=1°、ψ=30°時(shí)飛機(jī)位于不同高度的海雜波功率，如表2、表3、表4。

從中看出,ψ=30°、平臺高度在5000 m以下時(shí),PC?PN，雷達(dá)對海探測距離最遠(yuǎn)不超過10 km,屬于近距離，PN的影響可以忽略。

ψ=1°或ψ=10°、平臺高度在2000 m以上時(shí)，PC?PN，PC的影響可以忽略。

ψ=10°、平臺高度在2000 m以下或ψ≥30°時(shí)，PC與PN相當(dāng)，噪聲功率和海雜波功率都要考慮。

表1 不考慮海雜波情況下不同雷達(dá)反射面積雷達(dá)對海探測距離

表2 ψ=10°時(shí)海雜波功率(三級海況，σ0=-46 dB)

表3 ψ=10°時(shí)海雜波功率(三級海況，σ0=-48 dB)

表4 ψ=30°時(shí)海雜波功率(三級海況，σ0=-38 dB)

(3) 無干擾條件下考慮海雜波機(jī)載雷達(dá)對海探測距離計(jì)算

求飛機(jī)位于10000 m高時(shí)的雷達(dá)對海探測距離。因?yàn)棣?10°、ψ=1°時(shí)PC?PN，海雜波對雷達(dá)對海探測距離不造成影響，只由噪聲功率決定。而ψ在30°左右及以上時(shí)，PC與PN相當(dāng)，故可取σ0=-38 dB。由式(12)得

代入求得方程式如下：

=1.997×107×60×σ

(26)

通過數(shù)值計(jì)算方法近似求解，部分解如表5所示。

表5 考慮海雜波情況下不同雷達(dá)反射面積雷達(dá)對海探測距離

3.2 干擾條件下機(jī)載雷達(dá)對海探測距離計(jì)算

干擾機(jī)參數(shù)設(shè)為：PjGj=105W，λ=0.112 m，θ0.5=1°，K=0.04，γj=0.5，Rj=300000 m，Gt=33 dB。

(1) 有源干擾功率計(jì)算

由式(15)，分別計(jì)算θ≥90°、θ=45°、θ=15°、θ=0°時(shí)的雷達(dá)接收的有源干擾功率如表6。

表6 雷達(dá)接收有源干擾功率

(2) 對海探測距離計(jì)算

當(dāng)主瓣干擾和θ≤45°副瓣干擾時(shí)，雷達(dá)接收的有源干擾功率遠(yuǎn)大于接收機(jī)噪聲功率、海雜波功率，對海探測距離主要受干擾功率影響。

當(dāng)θ≥90°副瓣干擾時(shí)，雷達(dá)接收的干擾功率與接收機(jī)噪聲功率、海雜波功率相當(dāng)，接收干擾功率、噪聲功率和海雜波功率都要考慮。由式(22)求得方程式如下：

=1.997×107×60×σ

(27)

部分解如表7。如表7可知，在同樣的距離上，考慮海雜波但不考慮有源干擾時(shí)能探測到的目標(biāo)反射面積要小于考慮海雜波和有源干擾時(shí)能探測到的目標(biāo)反射面積，大于不考慮海雜波和有源干擾時(shí)能探測到的目標(biāo)反射面積，這與有源干擾和海雜波均影響機(jī)載雷達(dá)對海探測的定性分析是相符的。

表7 考慮副瓣干擾與海雜波時(shí)雷達(dá)探測距離近似計(jì)算值

4 結(jié)束語

[1] 賁德，等.機(jī)載雷達(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，254，271，288-290.

[2] 丁鷺飛.雷達(dá)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.3.

[3] 趙國慶. 雷達(dá)對抗原理[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.10.

[4] 羅景青. 雷達(dá)對抗原理[M]. 北京：解放軍出版社， 2003.4.

[5] 張錫祥. 新體制雷達(dá)對抗導(dǎo)論[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2010.1.

[6] 邵國培，等. 電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M]. 北京：解放軍出版社， 1998.2.

Numerical calculation and analysis on detection range of sea targets for airborne radars with interference

GUO Yu-bing, WEI Yong-feng

(Unit 91404 of the PLA, Qinhuangdao 066000, China)

The causes that result in distortion of the detection range of sea targets for the airborne radar with active jamming are analyzed in terms of radar, jamming equation and basic models of sea clutters. The change rules of the detection range under different conditions are unveiled through the numerical simulation, which provide the reasonable and credible theoretical basis for actual combat.

sea clutter power; radar receiver power; jamming power

2014-10-27

郭予并(1965-),男,高級工程師,研究方向：雷達(dá)指控試驗(yàn)。

TN959.73

A

1009-0401(2014)04-0005-04