無(wú)源雙基地雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋空域影響分析?

蘇善通 張偉欣

（中國(guó)人民解放軍91697部隊(duì) 青島 266405）

1 引言

在現(xiàn)代信息戰(zhàn)中，最早使用過(guò)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分置的雙基地雷達(dá)［1～3］體制又引起了人們的極大關(guān)注。這是因?yàn)殡p基地雷達(dá)體制有著較強(qiáng)的抗反輻射導(dǎo)彈、抗電子干擾、抗低空入侵和抗隱形的“四抗”潛力；同時(shí)由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雙基地雷達(dá)得以以嶄新的面貌重登歷史舞臺(tái)。自70 年代末以來(lái)，世界各國(guó)掀起了研究和試驗(yàn)雙（多）基地雷達(dá)的熱潮。雙（多）基地雷達(dá)被中外專家評(píng)定為21 世紀(jì)軍用雷達(dá)的主流之一，美、俄、英、日等國(guó)在雙（多）基地雷達(dá)方面取得了顯著的成果，目前國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于世界先進(jìn)水平。。

由于雙（多）基地雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)采用分離配置，造成時(shí)間同步、空間同步和相位同步方面的難題，在系統(tǒng)構(gòu)成和幾何配置上有其復(fù)雜性和特殊性。本文從空間方面，通過(guò)研究無(wú)源雙基地雷達(dá)系統(tǒng)基線長(zhǎng)度（L）、天線方向性、多徑效應(yīng)和地形、目標(biāo)高度對(duì)其覆蓋空域的影響，得到優(yōu)化無(wú)源雙基地雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋空域的方法。

2 雙基地雷達(dá)系統(tǒng)基線對(duì)其覆蓋空域的影響

由于影響雙基地雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋空域［4～7］的因素有很多，為了明確得到基線長(zhǎng)度（L）對(duì)覆蓋空域的影響，需要對(duì)其他一些影響因素進(jìn)行設(shè)定。

1）信噪比的設(shè)定

信噪比SNR、檢測(cè)概率Pd以及虛警概率Pfa之間的關(guān)系可以由圖1中看出［1］。

信噪比SNR 為15dB 時(shí)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率為0.99，虛警概率為10～7，滿足研究的需要，后續(xù)研究中設(shè)定15dB的信噪比為理想信噪比。

2）高度的設(shè)定

研究的目標(biāo)的高度是5000m，這是飛機(jī)在進(jìn)港時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)高度，為了避免過(guò)于復(fù)雜，假定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處于相同的高度。

3）無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定

為了更好研究無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋空域，將選用特定的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的詳細(xì)信息如下:

發(fā)射機(jī)信息:

（1）頻率:96.5MHz

（2）功率:1000W

（3）帶寬內(nèi)增益:10dB

（4）帶寬外增益:-30dB

（5）脈寬:1us

（6）PRF:1000 Hz

接收機(jī)信息:

（1）接收天線增益:10dB

（2）填充波束寬度:5°

（3）接收機(jī)噪聲系數(shù)Fn:10 dB

4）雙基地常量設(shè)定

在無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)中，根據(jù)雷達(dá)參數(shù)的設(shè)定可以根據(jù)方程計(jì)算出對(duì)應(yīng)的雙基地常量K［2］。

在雙基地雷達(dá)系統(tǒng)中最大距離積κ與雙基地常量K有著很重要的關(guān)系。兩者之間的關(guān)系如方程（2）

或

對(duì)于給定的SNR，為了獲得最大距離積κ的值需要給定雙基地常量K的值［1］。因此，為了算出給定的SNR所對(duì)應(yīng)的理論的覆蓋空域，必須設(shè)定雙基地常量（K）。由上述給定的雷達(dá)信息可以計(jì)算出不考慮天線增益情況下的雙基地常量為

由方程（3）可知，雙基地最大距離積κ，能夠由無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)（給定K的值）和SNR 得到。方程表示的是基線長(zhǎng)度（L）和覆蓋空域之間的關(guān)系［3］:

用Matlab 仿真出基線從0～150 km 變化過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的覆蓋空域，如圖2 所示，顯示出覆蓋空域隨基線增加而減小。曲線在基線為0～100 km 的范圍內(nèi)變化比較緩慢，而在100 km～150 km 的范圍內(nèi)曲線變化非常顯著并且在其后隨著的基線的增加而繼續(xù)減小。

圖2 基線與覆蓋空域之間的關(guān)系

因此，為了使無(wú)源雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋空域最大，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離則應(yīng)該在0 ～100 km之間。

3 天線方向性對(duì)覆蓋空域的影響

理想情況下通過(guò)理論預(yù)測(cè)能夠很容易地算出雷達(dá)系統(tǒng)的理想覆蓋空域，但是當(dāng)考慮到天線方向性時(shí)［8］覆蓋空域會(huì)變得比較復(fù)雜。

1）不考慮天線方向性情況下覆蓋空域

理想情況下不考慮天線方向性時(shí)的SNR 覆蓋圖，SNR 大于15dB 時(shí)認(rèn)為可檢測(cè)，經(jīng)過(guò)Matlab 處理就可以得到此時(shí)的覆蓋空域如圖3所示。

圖3 目標(biāo)高度為5000m、不考慮天線方向性時(shí)的SNR覆蓋圖

圖4 目標(biāo)高度為5000m、不考慮天線方向性時(shí)的覆蓋空域

可以看出在不考慮天線方向性時(shí)雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋空域是一個(gè)完整的橢圓，是“全向”的。

2）考慮天線方向性情況下的覆蓋圖

假定發(fā)射天線采用全向天線，接收天線采用方向圖如圖5 所示的天線，用Matlab 仿真出考慮天線方向性時(shí)的SNR覆蓋圖如圖6所示。

此時(shí)的覆蓋空域如圖7 所示，對(duì)比圖4 和圖7可以發(fā)現(xiàn)考慮天線方向性之后，覆蓋空域不再是圖4中所表示的全向覆蓋的，而是有部分方向無(wú)法覆蓋，天線方向性的影響使覆蓋空域也出現(xiàn)了一定的“方向”。

圖5 天線方向圖

圖6 目標(biāo)高度為5000m、考慮天線方向性時(shí)的SNR覆蓋圖

圖7 目標(biāo)高度為5000m、考慮天線方向性時(shí)的覆蓋空域

4 多徑效應(yīng)和地形對(duì)覆蓋空域的影響分析

通過(guò)AREPS 獲取考慮多徑效應(yīng)和地形影響情況下的傳播損耗數(shù)據(jù)，用Matlab仿真出考慮多徑效應(yīng)［9］和地形影響［10～12］下的SNR 覆蓋圖如圖8 所示，經(jīng)過(guò)相同的處理得到考慮多徑效應(yīng)和地形情況下的覆蓋空域如圖9所示。

對(duì)比圖4 和圖9 可以發(fā)現(xiàn)，由于多徑效應(yīng)和地形的影響覆蓋空域變小。因此考慮多徑效應(yīng)，反射，衍射和其他大氣和地形對(duì)雙基地SNR雷達(dá)方程和雷達(dá)探測(cè)范圍的影響是非常重要的。

圖8 目標(biāo)高度為5000m、考慮多徑效應(yīng)和地形情況下的SNR覆蓋圖

圖9 目標(biāo)高度為5000m、考慮多徑效應(yīng)和地形情況下覆蓋空域

5 目標(biāo)高度對(duì)雷達(dá)覆蓋空域的影響

圖10 目標(biāo)高度為1600m、考慮天線方向性和多徑效應(yīng)情況下SNR覆蓋圖

本節(jié)將選定1600m 的目標(biāo)高度來(lái)研究雷達(dá)覆蓋空域。目標(biāo)高度為1600m 的傳播損耗數(shù)據(jù)可以通過(guò)AREPS 得到，用Matlab 仿真出目標(biāo)高度為1600m 時(shí)的SNR 覆蓋圖如圖10 所示，通過(guò)處理得到目標(biāo)高度為1600m的覆蓋空域如圖11所示。

通過(guò)比較圖4 和圖11 可以看到目標(biāo)高度變低雷達(dá)覆蓋空域會(huì)變小。這是因?yàn)楦叨仍降投鄰叫?yīng)和地形對(duì)傳播的影響會(huì)增強(qiáng)。

圖11 目標(biāo)高度為1600m、考慮天線增益和多徑效應(yīng)情況下可檢測(cè)SNR覆蓋面積圖

6 結(jié)語(yǔ)

分析仿真結(jié)果可以看出，對(duì)于特定的雙基地雷達(dá)系統(tǒng)而言（雙基地常量K一定），在SNR一定的情況下，其覆蓋空域隨著系統(tǒng)基線長(zhǎng)度（L）的增加而減小。天線方向性的存在使覆蓋空域出現(xiàn)了一定的“方向”，這就要求在選址的時(shí)候需要考慮目標(biāo)出現(xiàn)的“方向”，從而確保雙基地雷達(dá)系統(tǒng)能夠覆蓋到目標(biāo)。多徑效應(yīng)和地形的影響使雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋空域減小，并且目標(biāo)高度越低，雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋空域受多徑效應(yīng)和地形的影響會(huì)越大，導(dǎo)致覆蓋空域會(huì)越小，這就要求雙基地雷達(dá)在工作時(shí)必須要想辦法減小多徑效應(yīng)和地形的影響，這一點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)雙基地雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋空域最大化很重要。