牛朝陽，袁華

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.駐廣元地區(qū)軍事代表室，四川廣元628017）

多徑效應(yīng)下雷達(dá)對抗偵察作用空間分析

牛朝陽1，袁華2

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.駐廣元地區(qū)軍事代表室，四川廣元628017）

雷達(dá)對抗在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中具有重要作用，無論是雷達(dá)對抗偵察還是雷達(dá)干擾，對其進(jìn)行雷達(dá)對抗的空間能量分析具有重要意義，可為雷達(dá)對抗戰(zhàn)斗部署提供依據(jù)。為了直觀描述雷達(dá)對抗偵察的有效作用區(qū)域，給出了雷達(dá)對抗偵察作用空間的定義，并分析了地面反射多徑效應(yīng)對偵察作用空間的影響。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，多徑效應(yīng)使偵察作用空間分裂，產(chǎn)生偵察盲區(qū)，因此，在執(zhí)行偵察任務(wù)進(jìn)行偵察機(jī)配置時(shí)，應(yīng)盡量避開偵察盲區(qū)。

多徑效應(yīng)，雷達(dá)對抗，偵察作用空間，偵察盲區(qū)

0　引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)已成為軍事行動(dòng)的急先鋒，海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭等近幾次局部戰(zhàn)爭無不說明了這一點(diǎn)。雷達(dá)對抗是電子戰(zhàn)的一個(gè)重要的組成部分，在電子戰(zhàn)中具有舉足輕重的作用，是取得軍事優(yōu)勢的重要手段和保證，一定程度上決定著戰(zhàn)爭的勝負(fù)。雷達(dá)對抗包括雷達(dá)對抗偵察和雷達(dá)對抗干擾，進(jìn)行雷達(dá)對抗的空間能量分析具有重要意義，是雷達(dá)對抗理論一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容，可為雷達(dá)對抗戰(zhàn)斗部署提供依據(jù)。目前，對于雷達(dá)干擾的空間能量分析，主要用干擾壓制區(qū)來描述，可以很直觀地給出有效干擾區(qū)和暴露區(qū)的圖形，方便指揮員進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)配置。而對于雷達(dá)對抗偵察的空間能量分析，目前絕大多數(shù)文獻(xiàn)［1-2］，通常只采用偵察作用距離來描述，對有效偵察區(qū)域的描述不夠直觀，不利于指揮員進(jìn)行偵察任務(wù)的戰(zhàn)斗部署。為此，效仿雷達(dá)干擾壓制區(qū)，本文提出雷達(dá)對抗偵察作用空間的概念，并分析了地面反射多徑效應(yīng)對雷達(dá)對抗偵察作用空間的影響。

1　雷達(dá)對抗偵察作用空間概念

所謂雷達(dá)對抗偵察作用空間，是指偵察接收機(jī)能夠正常截獲雷達(dá)信號并進(jìn)行參數(shù)測量的空間范圍。偵察作用空間的大小即為偵察站在各個(gè)方向上對目標(biāo)的最大偵察距離軌跡所圍成的空間區(qū)域。因此，決定雷達(dá)對抗偵察作用空間的最重要的因素是雷達(dá)對抗偵察作用距離。假設(shè)某地面單部偵察接收機(jī)對某型雷達(dá)的最大偵察作用距離是Rrmax，忽略其他相關(guān)因素的影響，則其雷達(dá)對抗偵察作用空間應(yīng)是以偵察接收機(jī)為球心的半球體，如圖1所示。處于球體外部的雷達(dá)，由于其與偵察機(jī)的距離超過偵察作用距離，接收到的雷達(dá)信號過于微弱無法實(shí)現(xiàn)截獲。

圖1　單站雷達(dá)對抗偵察作用空間示意圖

雷達(dá)對抗偵察作用空間是衡量偵察機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，偵察作用空間越大，偵察作用距離越遠(yuǎn)，越能較早地發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號，提高預(yù)警時(shí)間，有利于贏得戰(zhàn)斗的主動(dòng)權(quán)。值得注意的是，圖1是為了說明概念給出的理想偵察作用空間，而實(shí)際的偵察作用空間要受到很多環(huán)境因素的影響，比如系統(tǒng)損耗與損失和電波傳播因素影響，其中多徑效應(yīng)就是一項(xiàng)必須加以考慮的因素，其對偵察作用空間有很大的影響，下面將重點(diǎn)分析多徑條件下的雷達(dá)對抗偵察作用空間。

2　雷達(dá)對抗偵察作用空間的數(shù)學(xué)描述

圖2　偵察機(jī)與雷達(dá)的空間位置關(guān)系

偵察機(jī)與雷達(dá)的空間位置如圖2所示。設(shè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率為Pt，雷達(dá)天線最大增益為Gt，Gt（θt）為雷達(dá)在偵察機(jī)方向的天線增益，雷達(dá)與偵察機(jī)之間的距離為Rr，偵察接收機(jī)天線最大增益為Gr，Gr（θr）為偵察機(jī)在雷達(dá)方向上的天線增益，偵察接收機(jī)靈敏度為Prmin，偵察天線在θr方向上的有效接收面積為Ar（θr）。則，在偵察機(jī)處雷達(dá)信號的功率密度為:

偵察天線接收的雷達(dá)信號功率為:

由上式可見，偵察機(jī)接收到的雷達(dá)信號功率Pr與成反比，隨著Rr的增大Pr迅速減小。當(dāng)Pr減小到與偵察接收機(jī)靈敏度Prmin相等時(shí)，對應(yīng)的偵察作用距離為Rrmax，若Rr大于Rrmax，則接收機(jī)無法截獲雷達(dá)信號，因此，將Rrmax稱之為雷達(dá)對抗偵察作用距離，于是令

由上式得到：

上式就是在忽略大氣衰減、地面海平面反射、及雷達(dá)和偵察機(jī)系統(tǒng)損耗等因素的影響條件下的偵察方程，根據(jù)雷達(dá)對抗偵察作用空間的定義，可得到如下偵察作用空間不等式：

根據(jù)天線理論，天線的有效面積Ar（θr）與天線增益Gr（θr）之間的關(guān)系為:

將式（6）代入式（5），得到，

式中λ是雷達(dá)信號的波長。

由偵察作用空間不等式可得到如下結(jié)論：①滿足不等式的空間范圍是可偵察區(qū)域，稱為偵察作用空間；②偵察作用空間由雷達(dá)參數(shù)、偵察機(jī)參數(shù)及雷達(dá)波束、偵察機(jī)波束空間位置共同決定。

當(dāng)雷達(dá)天線、偵察機(jī)天線在空域進(jìn)行掃描時(shí)，天線的空間位置具有一定的隨機(jī)性，因此，理論上偵察作用空間也就有隨機(jī)性，為了分析問題的方便，假設(shè)雷達(dá)天線以最大增益對準(zhǔn)偵察機(jī)，即θt=0，Gt（θt）=Gt，偵察天線以最大增益對準(zhǔn)雷達(dá)，即θr=0，Gr（θr）=Gr。這種假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中是合理的，因?yàn)闊o論是側(cè)向接收機(jī)還是測頻接收機(jī)，都可以實(shí)現(xiàn)主瓣對主瓣的接收。而此時(shí)得到的是最大偵察作用空間，由下式表示：

3　多徑效應(yīng)下的雷達(dá)對抗偵察作用空間

3.1多路徑幾何模型

對雷達(dá)信號進(jìn)行偵察時(shí)，必須考慮地面反射對偵察作用空間的影響。此時(shí)，到達(dá)偵察接收機(jī)的雷達(dá)信號有兩條路徑，即直射路徑和反射路徑，考慮地面反射多路徑情況下的電磁波傳播模型如圖3所示［3］。

圖3　地面反射多徑傳播模型

令偵察機(jī)天線處的直射波和反射波場強(qiáng)矢量分別為：

其中，θ為地面反射系數(shù)的相角，ΔR為直射波與反射波的波程差。在一般情況下滿足如下條件：

此時(shí)由圖3可近似得到波程差的表達(dá)式［4-5］：

偵察機(jī)處的合成場強(qiáng)的模為：

其中ρ=E2/E1為地面反射系數(shù)的模值。當(dāng)采用水平極化波且擦地角很小時(shí)有ρ≈1，θ≈180°［5］，則：

偵察機(jī)出的功率密度為：

由式（15）代替式（1），可得到地面反射條件下的偵察作用空間不等式：

3.2偵察作用空間仿真

分析式（16），有以下結(jié)論：

可見，在地面反射多徑影響下，偵察作用距離將隨雷達(dá)與偵察機(jī)的仰角呈現(xiàn)周期性變化。圖4給出了偵察接收機(jī)接收到的雷達(dá)信號功率與雷達(dá)位置的關(guān)系，仿真參數(shù)設(shè)置為：偵察機(jī)高度ht=80 m，偵察天線最大增益方向的等效接收面積為2 m2，靈敏度Prmin=-50 dBm，雷達(dá)波長λ=0.3 m，發(fā)射機(jī)功率Pt=20 dBw，天線增益Gt=10 dB，雷達(dá)與偵察機(jī)的距離Rr=10 km～300 km，雷達(dá)高度ha=0 m～300 m。圖5為偵察機(jī)接收的功率大于接收機(jī)靈敏度的區(qū)域，即雷達(dá)對抗偵察作用空間沿雷達(dá)與偵察機(jī)連線并垂直于地面的切面。從仿真結(jié)果來看，由于地面反射形成的多徑效應(yīng)，使偵察空間不再連續(xù)，出現(xiàn)偵察盲區(qū)，且偵察盲區(qū)的位置與隨雷達(dá)信號頻率的變化而不同，圖5（b）為雷達(dá)波長λ=0.2 m，其他仿真參數(shù)不變時(shí)的偵察空間切面圖。

圖4　偵察機(jī)接收功率與雷達(dá)位置關(guān)系

圖5　偵察作用空間切面圖

4　結(jié)束語

本文給出了雷達(dá)對抗偵察作用空間的定義，推導(dǎo)了描述偵察作用空間的不等式，并在此基礎(chǔ)上討論了地面反射多徑效應(yīng)對偵察作用空間的影響，理論推導(dǎo)及仿真結(jié)果顯示，在多徑效應(yīng)的影響下，偵察作用空間將出現(xiàn)盲區(qū)，且盲區(qū)位置與雷達(dá)信號頻率有關(guān)，因此，在具體執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，必須考慮地面反射多徑效應(yīng)的影響，合理配置偵察站，避開偵察盲區(qū)。

［1］羅景青，雷達(dá)對抗原理［M］.北京：解放軍出版社，2003.

［2］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，1999.

［3］王利軍，郭建明，郝晶.多徑效應(yīng)對雷達(dá)探測低空巡航導(dǎo)彈的影響［J］.雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2010，8（1）：35-39.

［4］高彬，多路徑效應(yīng)下的遠(yuǎn)距支援干擾壓制區(qū)［J］.電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，38（1）：50-53.

［5］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

Analysis for Zone of Radar Countermeasure Reconnaissance under Multi-Path Effect

NIU Zhao-yang1，YUAN Hua2
（1.Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China；2.Military Representative Office in Guangyuan，Guangyuan 628017，China）

The radar countermeasure is very important in the modern EW.The analysis for space power of radar countermeasure takes on significant for both radar countermeasure reconnaissance and radar jamming which can instruct radar countermeasure battle disposition.In order to exhibit the effectual zone of radar countermeasure reconnaissance，the definition of reconnaissance space is put forward，and the effect of multi-path by ground refection was analyzed.The theory and simulation indicated that the radar countermeasure reconnaissance space produced blind zone by the multi-path effect，and so the blind zone should be taken into account when collocating the reconnaissance receivers.

multi-path effect，radar countermeasure，zone of radar countermeasure reconnaissance，blind zone

TN974

A

1002-0640（2015）08-0094-03

2014-07-10

2014-08-02

牛朝陽（1977-），男，吉林九臺(tái)人，博士，講師。研究方向：雷達(dá)與雷達(dá)對抗信號處理。