無源雙基地雷達系統覆蓋空域影響分析?

蘇善通 張偉欣

（中國人民解放軍91697部隊 青島 266405）

1 引言

在現代信息戰中，最早使用過的發射機和接收機分置的雙基地雷達［1～3］體制又引起了人們的極大關注。這是因為雙基地雷達體制有著較強的抗反輻射導彈、抗電子干擾、抗低空入侵和抗隱形的“四抗”潛力；同時由于科學技術的發展，雙基地雷達得以以嶄新的面貌重登歷史舞臺。自70 年代末以來，世界各國掀起了研究和試驗雙（多）基地雷達的熱潮。雙（多）基地雷達被中外專家評定為21 世紀軍用雷達的主流之一，美、俄、英、日等國在雙（多）基地雷達方面取得了顯著的成果，目前國內的研究和應用遠遠滯后于世界先進水平。。

由于雙（多）基地雷達的發射機和接收機采用分離配置，造成時間同步、空間同步和相位同步方面的難題，在系統構成和幾何配置上有其復雜性和特殊性。本文從空間方面，通過研究無源雙基地雷達系統基線長度（L）、天線方向性、多徑效應和地形、目標高度對其覆蓋空域的影響，得到優化無源雙基地雷達系統覆蓋空域的方法。

2 雙基地雷達系統基線對其覆蓋空域的影響

由于影響雙基地雷達系統覆蓋空域［4～7］的因素有很多，為了明確得到基線長度（L）對覆蓋空域的影響，需要對其他一些影響因素進行設定。

1）信噪比的設定

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

信噪比SNR 為15dB 時對應的檢測概率為0.99，虛警概率為10～7，滿足研究的需要，后續研究中設定15dB的信噪比為理想信噪比。

2）高度的設定

研究的目標的高度是5000m，這是飛機在進港時的標準高度，為了避免過于復雜，假定發射機和接收機處于相同的高度。

3）無源雷達系統參數的設定

為了更好研究無源雷達系統的覆蓋空域，將選用特定的發射機和接收機。發射機和接收機的詳細信息如下:

發射機信息:

（1）頻率:96.5MHz

（2）功率:1000W

（3）帶寬內增益:10dB

（4）帶寬外增益:-30dB

（5）脈寬:1us

（6）PRF:1000 Hz

接收機信息:

（1）接收天線增益:10dB

（2）填充波束寬度:5°

（3）接收機噪聲系數Fn:10 dB

4）雙基地常量設定

在無源雷達系統中，根據雷達參數的設定可以根據方程計算出對應的雙基地常量K［2］。

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

或

對于給定的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所對應的理論的覆蓋空域，必須設定雙基地常量（K）。由上述給定的雷達信息可以計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，能夠由無源雷達系統（給定K的值）和SNR 得到。方程表示的是基線長度（L）和覆蓋空域之間的關系［3］:

用Matlab 仿真出基線從0～150 km 變化過程中所對應的覆蓋空域，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 的范圍內變化比較緩慢，而在100 km～150 km 的范圍內曲線變化非常顯著并且在其后隨著的基線的增加而繼續減小。

圖2 基線與覆蓋空域之間的關系

因此，為了使無源雷達系統的覆蓋空域最大，發射機和接收機之間的距離則應該在0 ～100 km之間。

3 天線方向性對覆蓋空域的影響

理想情況下通過理論預測能夠很容易地算出雷達系統的理想覆蓋空域，但是當考慮到天線方向性時［8］覆蓋空域會變得比較復雜。

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的SNR 覆蓋圖，SNR 大于15dB 時認為可檢測，經過Matlab 處理就可以得到此時的覆蓋空域如圖3所示。

圖3 目標高度為5000m、不考慮天線方向性時的SNR覆蓋圖

圖4 目標高度為5000m、不考慮天線方向性時的覆蓋空域

可以看出在不考慮天線方向性時雙基地雷達系統的覆蓋空域是一個完整的橢圓，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的SNR覆蓋圖如圖6所示。

此時的覆蓋空域如圖7 所示，對比圖4 和圖7可以發現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，而是有部分方向無法覆蓋，天線方向性的影響使覆蓋空域也出現了一定的“方向”。

圖5 天線方向圖

圖6 目標高度為5000m、考慮天線方向性時的SNR覆蓋圖

圖7 目標高度為5000m、考慮天線方向性時的覆蓋空域

4 多徑效應和地形對覆蓋空域的影響分析

通過AREPS 獲取考慮多徑效應和地形影響情況下的傳播損耗數據，用Matlab仿真出考慮多徑效應［9］和地形影響［10～12］下的SNR 覆蓋圖如圖8 所示，經過相同的處理得到考慮多徑效應和地形情況下的覆蓋空域如圖9所示。

對比圖4 和圖9 可以發現，由于多徑效應和地形的影響覆蓋空域變小。因此考慮多徑效應，反射，衍射和其他大氣和地形對雙基地SNR雷達方程和雷達探測范圍的影響是非常重要的。

圖8 目標高度為5000m、考慮多徑效應和地形情況下的SNR覆蓋圖

圖9 目標高度為5000m、考慮多徑效應和地形情況下覆蓋空域

5 目標高度對雷達覆蓋空域的影響

圖10 目標高度為1600m、考慮天線方向性和多徑效應情況下SNR覆蓋圖

本節將選定1600m 的目標高度來研究雷達覆蓋空域。目標高度為1600m 的傳播損耗數據可以通過AREPS 得到，用Matlab 仿真出目標高度為1600m 時的SNR 覆蓋圖如圖10 所示，通過處理得到目標高度為1600m的覆蓋空域如圖11所示。

通過比較圖4 和圖11 可以看到目標高度變低雷達覆蓋空域會變小。這是因為高度越低多徑效應和地形對傳播的影響會增強。

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

6 結語

分析仿真結果可以看出，對于特定的雙基地雷達系統而言（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基線長度（L）的增加而減小。天線方向性的存在使覆蓋空域出現了一定的“方向”，這就要求在選址的時候需要考慮目標出現的“方向”，從而確保雙基地雷達系統能夠覆蓋到目標。多徑效應和地形的影響使雙基地雷達系統的覆蓋空域減小，并且目標高度越低，雙基地雷達系統的覆蓋空域受多徑效應和地形的影響會越大，導致覆蓋空域會越小，這就要求雙基地雷達在工作時必須要想辦法減小多徑效應和地形的影響，這一點對實現雙基地雷達系統覆蓋空域最大化很重要。