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        雙基地雷達(dá)反隱身矩形組網(wǎng)部署探討

        2014-04-26 06:09:54胡明皓程力睿
        艦船電子對(duì)抗 2014年2期
        關(guān)鍵詞:前向截面積盲區(qū)

        胡明皓,李 飛,程力睿

        (電子工程學(xué)院,合肥 230031)

        0 引 言

        隱身目標(biāo)的出現(xiàn),對(duì)防空預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn),其隱身原理主要有以下幾點(diǎn):一是采用吸透波結(jié)構(gòu)材料和吸透波涂層;二是隱形外形設(shè)計(jì),使入射的雷達(dá)波偏轉(zhuǎn)散射到其他方向,在雷達(dá)方向±30°內(nèi)的反射區(qū)有極小的雷達(dá)橫截面積(RCS)。傳統(tǒng)的單基地雷達(dá)由于RCS極小,無法正常發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。雙基地雷達(dá)由于接收機(jī)與發(fā)射機(jī)分置,相對(duì)于接收機(jī)而言,目標(biāo)的RCS與單基地雷達(dá)有很大的差異,這為雙基地雷達(dá)探測(cè)隱身目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。從RCS的角度看,雙基地雷達(dá)的反隱身能力基于以下2個(gè)因素:一是利用目標(biāo)的前向散射;二是利用目標(biāo)的側(cè)向散射。這里重點(diǎn)討論利用前向散射區(qū)預(yù)警探測(cè)隱身目標(biāo)的組網(wǎng)方法。

        1 前向散射區(qū)矩形組網(wǎng)探測(cè)機(jī)理

        雷達(dá)組網(wǎng)一般結(jié)構(gòu)有星形、矩形和三角形等。這里就矩形結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。

        1.1 原理

        雙基地雷達(dá)的前向散射區(qū)指的是雙基地角β在180°至135°之間的區(qū)域,如圖1中陰影部分所示,其特性是雙基地雷達(dá)截面積比單基地雷達(dá)截面積增大很多,且在180°時(shí)為最大。

        圖1 雙基地雷達(dá)前向散射區(qū)示意圖

        圖1中,T為發(fā)射機(jī),R為接收機(jī),L為雙基地雷達(dá)基線長度。

        當(dāng)雙基地角β=180°時(shí),目標(biāo)的前向散射截面積用σF表示,即:σF=4πA2/λ2[1](1)式中:A為目標(biāo)在入射方向上的投影面積;λ為波長。

        目標(biāo)既可以是光滑的簡單形狀,也可以是復(fù)雜形狀;既可以是反射型的,也可以是吸收型的,或者是兩者的組合。

        假設(shè)一半徑為D=1m的球體,在λ=0.1m時(shí)其前向散射截面積為σF=4πA2/λ2=12 400m2,而后向反射截面積為σM=πr2=3.14m2,由此可見,利用雙基地雷達(dá)的前向散射區(qū)可大大增加對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力。

        理論上在β=180°時(shí),雷達(dá)前向散射截面積最大,為發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)的最佳區(qū)域,但由于在β=180°時(shí),雖然RCS最大,卻失去了對(duì)目標(biāo)的距離和多普勒分辨能力,即無法確定目標(biāo)的距離,也無法分辨出運(yùn)動(dòng)目標(biāo),所以目標(biāo)基線上的前向散區(qū)不可利用。

        1.2 矩形組網(wǎng)前向散射預(yù)警探測(cè)區(qū)

        如圖2所示,R1R2T2T1矩形組網(wǎng),M為弧R1T2與弧R2T1的交點(diǎn),N為弧T2R2的中點(diǎn),因?yàn)?75°≤β≤180°區(qū)域較小,此時(shí)產(chǎn)生的探測(cè)盲區(qū)暫不考慮,所以由T1與R1構(gòu)成圖中A所示前向散射區(qū)。依此類推,T2與R1,T1與R2,T2與R2分別構(gòu)成B、C、D所示前向散射區(qū),由此矩形網(wǎng)構(gòu)成的前向散射覆蓋區(qū)為圖中陰影部分所示,類似于“∞”型形狀。當(dāng)隱身目標(biāo)進(jìn)入矩形組網(wǎng)前向散射覆蓋區(qū)域中時(shí),雙基地雷達(dá)就能進(jìn)行預(yù)警探測(cè),但是因?yàn)榇嬖趫D中Ⅰ、Ⅱ所示的空白區(qū)域,當(dāng)隱身目標(biāo)繼續(xù)飛行進(jìn)入此區(qū)域時(shí),由于雙基地雷達(dá)前向散射區(qū)無法覆蓋而出現(xiàn)盲區(qū),為了消除這一盲區(qū),由圖1的幾何關(guān)系可以看出,只要改變矩形組網(wǎng)的長寬比值k,使M、N點(diǎn)重合,就可以形成一個(gè)連續(xù)的預(yù)警探測(cè)區(qū)域(如圖3陰影所示),從而消除探測(cè)盲區(qū)。

        為精確得到k值,建立如圖4所示坐標(biāo)系,以2部雙基地雷達(dá)構(gòu)成的矩形中心為原點(diǎn),x、y軸分別平行于矩形長、寬,可求得各條圓弧的坐標(biāo)方程。為得到連續(xù)觀察區(qū)域,使M、N點(diǎn)重合,聯(lián)立方程組:

        圖2 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)預(yù)警探測(cè)區(qū)

        圖3 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)

        式中:a、b分別表示當(dāng)β=135°時(shí),接收站R2在坐標(biāo)系中的橫縱坐標(biāo)。

        2 任務(wù)條件下矩形組網(wǎng)部署方法

        在實(shí)際預(yù)警探測(cè)時(shí),往往根據(jù)既定的任務(wù)區(qū)域來部署偵察裝備,下面基于前述的矩形組網(wǎng)機(jī)理,探討具體的部署方法。

        2.1 利用“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)部署

        雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)對(duì)隱身目標(biāo)來襲方向上的某一區(qū)域進(jìn)行預(yù)警探測(cè),獲得“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū),根據(jù)圖4求出“∞”型連續(xù)預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S1與矩形網(wǎng)長寬比k的關(guān)系為:

        圖4 雙基地矩形組網(wǎng)前向散射區(qū)幾何關(guān)系圖

        其結(jié)果經(jīng)Matlab仿真可以得到圖5所示曲線。

        圖5 預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S1與矩形網(wǎng)長寬比k關(guān)系圖(縱坐標(biāo)面積經(jīng)L2歸一化)

        2.2 利用矩形可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)部署

        由于“∞”型形狀的特殊性,存在圖6中Ⅲ、Ⅳ所示類似于三角形的探測(cè)盲區(qū)。在部署時(shí),既要避開此三角形盲區(qū),又要使“∞”型覆蓋整個(gè)探測(cè)區(qū)。為便于計(jì)算、部署,在原先預(yù)警探測(cè)區(qū)“∞”型內(nèi)截出一個(gè)最大矩形EFGH,并近似認(rèn)為此矩形EFGH即為雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)前向散射區(qū)所覆蓋的區(qū)域。將這個(gè)最大矩形稱為可靠預(yù)警探測(cè)區(qū),如圖6所示。為便于精確部署,根據(jù)圖4幾何關(guān)系求出最大預(yù)警探測(cè)矩形區(qū)域長(EF)、寬(EH)的長度:

        圖6 雙基地雷達(dá)矩形組網(wǎng)可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)

        圖7 可靠預(yù)警探測(cè)區(qū)面積S2與矩形網(wǎng)長寬比k關(guān)系圖縱坐標(biāo)面積經(jīng)L2歸一化

        3 結(jié)束語

        綜上所述,雙基地雷達(dá)利用前向散射區(qū)目標(biāo)截面積放大的特性,矩形組網(wǎng),在反隱身斗爭中較單機(jī)地雷達(dá)有明顯優(yōu)勢(shì)。未來作戰(zhàn),隨著隱身武器的大量使用,雙基地雷達(dá)定會(huì)得到更加廣泛的運(yùn)用。

        [1] 陳永光,李修和.組網(wǎng)雷達(dá)作戰(zhàn)能力分析與評(píng)估[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

        [2] 楊振起,張永順,駱永軍.雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998.

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