楊云生，張東屹，李仙茂，張友兵

(1．海軍工程大學(xué) 科研部，湖北 武漢 430033;2．中國(guó)人民解放軍92403部隊(duì)自動(dòng)化站，福建 福州 350007;3．海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033)

雷達(dá)雜散發(fā)射對(duì)鄰艦雷達(dá)的電磁干擾

楊云生1，張東屹2，李仙茂3，張友兵3

(1．海軍工程大學(xué) 科研部，湖北 武漢 430033;2．中國(guó)人民解放軍92403部隊(duì)自動(dòng)化站，福建 福州 350007;3．海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033)

研究雷達(dá)和干擾機(jī)帶外雜散的頻譜分布和信號(hào)強(qiáng)度，并對(duì)鄰艦雷達(dá)受到干擾的程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，給出了雷達(dá)的帶外雜散和互擾方程。從仿真結(jié)果看，帶外雜散對(duì)鄰艦雷達(dá)的電磁干擾影響較大，特別是諧波干擾的影響。

輻射雜散;雷達(dá)互擾方程;電磁兼容;艦艇編隊(duì);諧波干擾

0 引言

艦上的電子裝備工作時(shí)分接收和發(fā)射電磁波2種情況，有的只收不發(fā)，有的只發(fā)不收，但大部分是又收又發(fā)。一般電子設(shè)備在發(fā)射信號(hào)時(shí)，除了發(fā)射所需信號(hào)外，還會(huì)出現(xiàn)無意的帶外附加電磁波信號(hào)，稱之為帶外雜散。2部工作頻段相同或有交疊的雷達(dá)，其中一部雷達(dá)發(fā)射的電磁波可能會(huì)被另一部雷達(dá)接收，從而干擾其正常工作。這種情況一般可通過錯(cuò)開2部雷達(dá)的工作頻率來實(shí)現(xiàn)電磁兼容。但是，當(dāng)一部雷達(dá)的帶外雜散干擾了與其主頻率不相同的另一部雷達(dá)時(shí)，這種干擾涉及的面較大，就不容易被理清。特別是當(dāng)2部雷達(dá)主波束對(duì)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)射增益和接收增益都很大，且電磁波只經(jīng)單程距離衰減，強(qiáng)大的功率可能會(huì)對(duì)被干擾雷達(dá)造成嚴(yán)重干擾。因此，研究和預(yù)測(cè)雷達(dá)雜散發(fā)射對(duì)編隊(duì)友鄰艦艇雷達(dá)干擾的強(qiáng)度和頻率很有必要。

為確定雷達(dá)雜散干擾的強(qiáng)度，行業(yè)內(nèi)常采用實(shí)地測(cè)量干擾功率的方法。但由于產(chǎn)生干擾的實(shí)際情況和干擾的強(qiáng)度是變化的，在很多情況下又不完全具備實(shí)地測(cè)量的條件，因此，可根據(jù)2部雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)，采用雷達(dá)互擾方程對(duì)干擾功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)雷達(dá)受干擾的程度做出判斷。

文獻(xiàn)［1－2］對(duì)干擾電磁波的傳播和衰減做了較多研究，但沒有涉及到雜散發(fā)射的計(jì)算和干擾預(yù)測(cè)。本文定量分析了雜散發(fā)射對(duì)鄰艦雷達(dá)的干擾強(qiáng)度，并給出雜散干擾的預(yù)測(cè)方法和計(jì)算公式。對(duì)于研究和解決艦艇編隊(duì)的電磁兼容問題具有重要意義。

1 雷達(dá)帶外雜散分析

雷達(dá)、有源干擾裝備等的帶外雜散主要的發(fā)射功率集中在一次諧波和二次諧波。

雷達(dá)是艦上發(fā)射強(qiáng)功率的主要裝備，雷達(dá)的發(fā)射波形一般是脈沖式的。脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)常采用矩形脈沖，理想的矩形發(fā)射脈沖具有sin(x)/x射頻頻譜。波瓣寬度為 2/τ的主瓣功率占總功率的90.4%，寬度為1/τ的第一、第二副瓣在上下邊頻中成對(duì)出現(xiàn)，分別含2.25%和0.85%功率，主瓣和第一、第二副瓣所含功率占了96.6%［3］。很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)射電平提出了限制指標(biāo)要求，對(duì)寄生頻譜也進(jìn)行了定量限制［4］。下面重點(diǎn)對(duì)諧波輻射和寄生輻射進(jìn)行分析。

1.1 諧波輻射功率

諧波功率P(Nf)可由下式表示：

式中：Pt(f0)為雷達(dá)主工作頻率的發(fā)射功率;N為諧波次數(shù);A為斜率，dB/10倍頻;B為響應(yīng)與基波幅度高點(diǎn)，dB。表1列出了A和B的典型值以供參考。

?

以脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)頻譜控制的原理和方法為例，工作在GHz波段發(fā)射機(jī)二次諧波功率的計(jì)算公式為：

其余各次諧波功率的計(jì)算依此類推。

1.2 寄生輻射功率

寄生輻射的功率一般可由下式表示：

式中，P't(f0)為寄生輻射平均功率;A'和B'為發(fā)射機(jī)決定的參數(shù)。

產(chǎn)生寄生輻射的因素比較多，大都表現(xiàn)為無規(guī)律性和隨機(jī)性。

2 雜散發(fā)射對(duì)編隊(duì)友鄰艦艇雷達(dá)的干擾預(yù)測(cè)

綜合考慮各種因素，雜散干擾信號(hào)被鄰艦雷達(dá)接收到，其干擾功率可用下式［1－2］表示：

式中各參數(shù)的具體含義及計(jì)算方法如下所述。

1)Pt(ft)(dBm)為發(fā)射功率。

2)Gt(ft，φt，θt)和Gr(fr，φr，θr)為發(fā)射和接收天線各個(gè)方向的增益。

3)Lr(ft，d)為電波自由空間衰減。

各向同性天線間在自由空間的空間衰減可由式(5)或式(6)得出［5］：

4)L(ft，d，Ls)為傳播損耗，由大氣損耗La和收發(fā)2部裝備的系統(tǒng)損耗Lts與Lrs組成［1］。設(shè)電波大氣傳播衰減系數(shù)為δ dB/km，則：

La(ft，d)= δ(ft)·d(km)=1.842δ(ft)·d(kn)。(7)

在海平面處，每千米大氣吸收損耗與頻率的關(guān)系參見文獻(xiàn)［5］。因?yàn)橥痪庩?duì)中艦與艦之間的距離較小，大氣損耗一般很小，但在特殊天氣條件下(雨、雪天氣)，大氣損耗可能較大。系統(tǒng)損耗一般包括饋線損耗、天線罩損耗、天線波束形狀損耗、濾波器損耗、CFAR損耗(電子戰(zhàn)裝備無)、積累損耗等。一般雷達(dá)或電子戰(zhàn)裝備在低重頻工作時(shí)系統(tǒng)損耗為11.28 dB，高重頻工作時(shí)大于6.7 dB［6］。

因此，傳播損耗可由下式計(jì)算：

極化損耗是由2部雷達(dá)或電子戰(zhàn)裝備信號(hào)極化方式的差異引起的損耗。若2部裝備天線極化方向夾角為θp，則極化損耗可按下式計(jì)算［2］：

6)φ(ft，fr，βt，βr)為帶寬匹配損耗。

設(shè)裝備A和裝備B重疊的工作頻寬為βAB，裝備A工作帶寬為βA，裝備A對(duì)裝備B干擾時(shí)的帶寬匹配損耗為

將數(shù)值代入式(4)，即可求出進(jìn)入被干擾設(shè)備接收機(jī)的干擾功率。

設(shè)被干擾設(shè)備接收機(jī)靈敏度為Prmin，被干擾設(shè)備接收到典型反射截面積目標(biāo)的回波功率為Pitype，接收機(jī)飽和功率為Psat。根據(jù)雜散干擾功率的大小，有以下幾種情況：

1)當(dāng)干擾信號(hào)功率Pj＜Prmin時(shí)，干擾信號(hào)不會(huì)引起接收機(jī)響應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生干擾。

2)當(dāng)Prmin≤Pj＜Pitype時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾，但設(shè)備仍能工作。

3)當(dāng)Pitype≤Pj＜Psat時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)對(duì)敏感設(shè)備造成嚴(yán)重干擾，收到的假目標(biāo)很多，設(shè)備無法正常工作。

4)當(dāng)Pj≥Psat時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)對(duì)敏感設(shè)備造成飽和干擾，設(shè)備無法工作，甚至癱瘓。

3 仿真及結(jié)果分析

設(shè)編隊(duì)內(nèi)3艘艦艇上的雷達(dá)間存在雜散干擾，各艦所配置的雷達(dá)及其主要性能參數(shù)如表2所示。

?

由表2可知，1號(hào)艦AN/SPS－48E的2倍頻雜散會(huì)干擾到2號(hào)艦SPS－10雷達(dá)，其干擾強(qiáng)度與兩艦距離的關(guān)系仿真結(jié)果如圖1所示。同樣，1號(hào)艦AN/SPS－48E的3倍頻雜散會(huì)干擾到3號(hào)艦HR－76雷達(dá)，其干擾強(qiáng)度與兩艦距離的關(guān)系仿真結(jié)果如圖2所示。

AN/SPS－48E多次諧波的干擾功率與編隊(duì)艦間距離的關(guān)系仿真結(jié)果對(duì)比如圖3所示。

通過上述實(shí)例分析可知，AN/SPS－48E的二次諧波可在160 km距離內(nèi)對(duì)SPS－10形成干擾，其三次諧波可在53 km距離內(nèi)對(duì)HR－76形成干擾。根據(jù)圖3的仿真結(jié)果可知，當(dāng)艦艇編隊(duì)的艦間距離在20 km左右時(shí)，艦艇編隊(duì)內(nèi)二次、三次和四次諧波的雜散干擾強(qiáng)度均可達(dá)到干擾編隊(duì)內(nèi)典型同頻雷達(dá)的程度。

4 結(jié)語

通過本文的研究表明，雷達(dá)或雷達(dá)有源干擾的二、三次諧波，甚至到五次諧波都可能對(duì)編隊(duì)內(nèi)其他艦艇上工作頻率落入其諧波頻率譜內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生不同程度的干擾。因此，為解決編隊(duì)艦艇雷達(dá)、電子戰(zhàn)裝備間的互擾問題，對(duì)雷達(dá)帶外雜散發(fā)射與艦艇編隊(duì)雷達(dá)間的干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)，具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。本文所提供的算法可用于現(xiàn)有艦艇雷達(dá)和電子戰(zhàn)設(shè)備的干擾預(yù)測(cè)。一方面，根據(jù)預(yù)測(cè)到干擾的情況，可采取改變條件消除編隊(duì)內(nèi)的互擾，如改變某個(gè)用頻設(shè)備的頻率、拉開艦間距離或改變編隊(duì)隊(duì)形等解決干擾的問題。另一方面，當(dāng)某個(gè)設(shè)備的正常使用受到干擾時(shí)，除了考慮同頻干擾源外，可通過此預(yù)測(cè)方法尋找其他幾分之一頻率的干擾源。

［1］夏棟，李敬輝，等．多路徑效應(yīng)因子修正下的雷達(dá)互擾方程［J］．電子信息對(duì)抗技術(shù)，2008，23(3)：31－34．

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Research on the electromagetic interference of nearby warhip radar on jamming by radar spurious transmiting

YANG Yun-sheng1，ZHANG Dong-yi2，LI Xian-mao3，ZHANG You-bing3
(1．Office of Research ＆ Development，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China;2．Automatization Station of the No．92403 Unit of PLA，F(xiàn)uzhou 350007，China;3．College of Electronics Engineering，Naval Engineering University，Wuhan 430033，China)

This paper studies the distribution and intension of the spurious of radar and jammer，and predicts the disturbing degree of the jammed receivers，and gives equation of radiated spurious and the interference equation．From simulation it can be found that the radiated spurious can disturb the radars in nearby warship in a great degree，especially by harmonic jamming．

radiated spurious;radar interference equation;electromagnetic compatibility;warship fleet，harmonic jamming

TN954

A

1672－7649(2012)05－0091－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.05.021

2011－03－03;

2011－10－09

楊云生(1973－)，男，高級(jí)工程師，從事雷達(dá)對(duì)抗研究及裝備技術(shù)保障工作。