吳夢思,江楊林，唐 偉

(91889部隊,廣東 湛江 524051)

0 引 言

地波雷達(dá)是為了探測視距外目標(biāo)、利用海洋表面對電磁波的一階散射和二階散射原理提升雷達(dá)對海探測能力而產(chǎn)生的。但是，復(fù)雜電磁環(huán)境對地波的影響使得地波雷達(dá)作為超視距探測手段性能大打折扣。研究影響的產(chǎn)生和如何針對性地進(jìn)行消除能更好地挖掘地波雷達(dá)的性能，使地波雷達(dá)更好地完成對海上目標(biāo)超視距、全天候探測。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境的基本概念及構(gòu)成要素

復(fù)雜電磁環(huán)境是指在有限的時空里、一定的頻段上多種電磁信號密集、交疊對雷達(dá)產(chǎn)生顯著影響的電磁環(huán)境。它是由人為和自然、民用和軍用、對抗和非對抗的多種電磁信號綜合形成的一個信號密集度、頻譜占有度、時間使用率、功率分布率等電磁特性全部或部分超過正常使用情況的電磁環(huán)境，對雷達(dá)使用有顯著影響和制約作用。

復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)成要素包括：(1)民用雷達(dá)系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)及移動電話系統(tǒng)、民航和交通等部門，以及輻射電磁波的工業(yè)、科學(xué)實驗、醫(yī)療等設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的電磁輻射組成的民用電磁輻射；(2)由靜電、雷電、地磁場、太陽黑子活動、宇宙射線等產(chǎn)生的電磁輻射等組成的自然電磁輻射；(3)由雷達(dá)、通信電臺、光電設(shè)備、電子對抗裝備、高能電磁脈沖等組成的軍用電磁輻射；(4)由電離層、地理環(huán)境、氣象環(huán)境以及人為因素構(gòu)成的各種傳播媒介。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對地波雷達(dá)探測的影響

目前，在復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)成要素中，對地波雷達(dá)探測影響較為嚴(yán)重的因素主要包括：(1)由海雜波、電離層干擾、雷雨形成時產(chǎn)生的信號、探測路線中島嶼的反射信號等組成的無源干擾；(2)短波無線電等有源干擾；(3)地理環(huán)境、氣象環(huán)境等各種傳播媒介。

2.1 海雜波的影響

由于電磁波傳播和地波雷達(dá)設(shè)計的特性，海雜波成為影響地波雷達(dá)觀察的主要因素之一。通過海面散射的高頻電磁波譜主要由兩部分組成：一種是由滿足布拉格衍射條件的海浪引起的對稱諧振譜峰，又稱一階回波。它是因高頻電磁波和海浪波之間相互作用引起共振而產(chǎn)生的能量最大峰，是雷達(dá)利用頻率域信息的重大障礙之一。另一種則是比一階回波低30～45 dB的二階回波背景譜。它是由小海浪引起的散射回波以及海面波經(jīng)多次反射后再返回到雷達(dá)的回波譜。海雜波對地波雷達(dá)干擾最突出的表現(xiàn)形式是一階布拉格峰。一階布拉格峰是客觀存在的。海上目標(biāo)回波信號若落在布拉格峰內(nèi)就會被淹沒，從而導(dǎo)致雷達(dá)跟蹤目標(biāo)中斷甚至消失。多風(fēng)的海面能加劇海浪的形成。對地波雷達(dá)而言，最明顯的表現(xiàn)就是綜合頻譜上一階布拉格峰變粗并時常伴有二階布拉格峰的出現(xiàn)。

由于海浪促使布拉格峰變粗和二階布拉格峰的形成，地波雷達(dá)繞射傳播到一定距離后能量減小了很多，再經(jīng)海水衰減后繞射波信號更弱，對探測200 km以外目標(biāo)顯得更為不利。

2.2 電離層反射信號的影響

電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域。60 km以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)。電離層是部分電離的大氣區(qū)域，而完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。

目前，制約地波雷達(dá)遠(yuǎn)程探測的主要干擾是電離層的干擾。根據(jù)實際經(jīng)驗，電離層的干擾在時間上主要表現(xiàn)在凌晨、傍晚以及晚上。雷達(dá)天線的設(shè)計是為了最大程度上使發(fā)射和接收的信號以地表波、最小高低角方式傳播。但是，現(xiàn)實中電磁波并不能完全以地表波方式傳播。部分電磁波是以空間波方式傳播，以大于20°的高低角傳播，并被100～300 km處的電離層反射，而這部分回波有可能被地波雷達(dá)接收。這便形成了反射信號方式的電離層干擾，從而壓縮了地波雷達(dá)的探測范圍和導(dǎo)致假目標(biāo)的產(chǎn)生。

2.3 短波無線電干擾的影響

現(xiàn)階段由于各種經(jīng)濟(jì)活動和軍事活動的不斷增加，各種用于通信、廣播的電臺頻率占用率非常高，特別是10 MHz以下的頻率占用特別擁擠。在我國，實測該頻段的頻率占用量約為62%，頻率占用的擁擠程度在夜間和黃昏最嚴(yán)重，而在白天和黎明則較輕，各類電臺發(fā)射的頻帶寬度為100 Hz～12 kHz。由于頻率占用情況擁擠，再加上短波在合適的傳輸條件下能夠傳播很遠(yuǎn)的特點(diǎn)，這就使得地波雷達(dá)很容易受到同頻電臺和相鄰頻率電臺的干擾，但這些干擾具有明顯的方向性。

地波雷達(dá)的工作頻率正處于短波無線電的工作頻率范圍之內(nèi)，其主要的特征是夜間的干擾大于白天，使可使用的工作頻率急劇減少，造成目標(biāo)觀測困難。

2.4 地理環(huán)境、氣象環(huán)境對地波雷達(dá)探測的影響

2.4.1 周邊地理電磁特點(diǎn)

地理環(huán)境影響在這里指探測路線中島嶼的反射信號對地波雷達(dá)探測的影響。在島嶼眾多的海域，地理環(huán)境的影響會更加凸顯。受其影響，作戰(zhàn)雙方在部分海域都存在觀察盲區(qū)，無法實施全海域監(jiān)控。

2.4.2 氣象環(huán)境對地波雷達(dá)探測的影響

(1) 空氣濕度的影響。通過分析大量實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，天氣有霧時地波雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)多、探測距離遠(yuǎn)。

(2) 風(fēng)力風(fēng)向的影響。一是風(fēng)力影響目標(biāo)的活動規(guī)律。因海上目標(biāo)的耐波性和吃水深度等原因往往選擇適宜的海況執(zhí)行任務(wù)；二是風(fēng)力影響目標(biāo)的觀察。風(fēng)力引起的海雜波影響雷達(dá)操縱員對近距離小目標(biāo)的觀察；三是風(fēng)向影響目標(biāo)的航速。風(fēng)向與目標(biāo)航向一致時目標(biāo)航速就快，而風(fēng)向與目標(biāo)航向相反時目標(biāo)航速就慢。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境下地波雷達(dá)探測的應(yīng)對措施

3.1 海雜波的抑制方法

對海雜波干擾的分析可以更好地掌握地波雷達(dá)的工作特性，積累地波雷達(dá)使用經(jīng)驗。在不同的氣象條件下海雜波干擾也不同。天氣晴朗時干擾較小，在雨天或大風(fēng)天氣時干擾較大。[1]通過實踐檢驗，以下兩種方法可以減小或削弱海雜波對地波雷達(dá)探測的影響。

(1) 正確使用頻率，避開布拉格峰對雷達(dá)探測的影響

當(dāng)目標(biāo)的多普勒頻率與布拉格峰頻率相差不大時，在頻譜圖中目標(biāo)就會落在布拉格峰內(nèi)，目標(biāo)回波信號就會被布拉格峰干擾淹沒，造成目標(biāo)丟失。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入布拉格峰，即處于盲速區(qū)，這是由于一階譜對應(yīng)的多普勒頻率與運(yùn)動目標(biāo)的回波信號的多普勒頻率相等造成的。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以通過改變頻率。頻率改變，一階譜對應(yīng)的多普勒頻率與運(yùn)動目標(biāo)的回波信號的多普勒頻率都會改變，而且改變的幅度不一樣。實驗證明，回波信號比布拉格峰移動幅度大，從而把目標(biāo)從布拉格峰中分離出來。

由于改變工作頻率后布拉格峰頻率和多普勒頻率的變化量是不一樣的，所以當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入布拉格峰時就要改變工作頻率，使目標(biāo)多普勒頻率與布拉格峰頻率相區(qū)分，從而避開布拉格峰對目標(biāo)回波的干擾。

(2) 合理設(shè)置衰減以壓低干擾信號電平

大多數(shù)地波雷達(dá)都可以采用手動衰減，合理設(shè)置衰減以壓低噪聲信號電平。尤其在晚上，干擾增大可以適當(dāng)設(shè)置衰減量，而在白天則沒有必要設(shè)置衰減量。值得注意的是，由于衰減對真實信號也有作用，而且不論是干擾還是目標(biāo)回波都會受到衰減，所以設(shè)置衰減時不能太大，以免衰減嚴(yán)重，使得目標(biāo)回波信號大小與干擾大小差值減小，造成目標(biāo)消失。

3.2 對電離層干擾的抑制方法

通過數(shù)據(jù)積累和觀察分析認(rèn)為，改變工作頻率與工作方式可抑制電離層對雷達(dá)的干擾。[2]

3.2.1 選擇最佳的工作頻率

在工作頻率選擇上盡量選擇所選工作頻段的高頻端。由于電離層的特性，白天為了抑制電離層反射信號，可以使雷達(dá)在臨界頻率上工作。在臨界頻率上，以空間波傳播的發(fā)射信號不會被電離層的上層反射回來，因為它們被位于60～80 km的電離層D層吸收。使用合適的頻段，此時信號不會被D層反射，反射來自E層，可以將干擾距離拉遠(yuǎn)。晚上時，電離層D層消失，E層變得稀薄，F(xiàn)層對雷達(dá)干擾特別嚴(yán)重。當(dāng)空間波傳播的能量穿過電離層頂層且未被反射回地面時，雷達(dá)可以最大限度地在允許的頻率上對目標(biāo)進(jìn)行探測。

3.2.2 選擇雷達(dá)最佳的工作方式

在工作方式選擇上，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)電離層干擾時應(yīng)選用合適的工作方式，既能消除干擾又利于探測目標(biāo)。通過上述方法能減弱白天和夜間電離層干擾對探測海上目標(biāo)的負(fù)面影響，但并不能達(dá)到完全消除這種干擾的目的。

3.3 短波無線電干擾的應(yīng)對措施

除了來自海雜波和電離層的影響，雷達(dá)還接收自身工作頻率范圍內(nèi)其他外部輻射源的無線電干擾。外部無線電干擾一般具有窄頻帶、空間集中的特點(diǎn)，主要是短波電臺干擾。這種干擾的信號電平取決于時間和季節(jié)，其主要的特征是夜間的干擾永遠(yuǎn)大于白天。夜間，外部無線電干擾會增長15～20 dB。出現(xiàn)此種情況時，解決的辦法是根據(jù)地波雷達(dá)全頻段的干擾電平圖來選擇干擾電平較低的頻率，使工作頻率避開短波無線電干擾頻率。[4-5]

4 結(jié)束語

掌握各種因素對地波雷達(dá)的影響，實現(xiàn)看得遠(yuǎn)、辨得清及高空到海面信息的全覆蓋。利用偵察雷達(dá)的判別目標(biāo)性質(zhì)的能力來彌補(bǔ)地波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)但不能判別目標(biāo)性質(zhì)的缺陷，實現(xiàn)對海遠(yuǎn)距離目標(biāo)及時發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判別。加大基于完成復(fù)雜電磁環(huán)境下的多源情報處理系統(tǒng)的研發(fā)，建立情報高度集中的中心站模式，將區(qū)域內(nèi)各類情報信息自動輸入到計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行處理、自動關(guān)聯(lián)，并將處理結(jié)果縱向傳遞給上級各級指揮機(jī)關(guān)，橫向傳遞給友鄰單位及各類海空作戰(zhàn)單元，實現(xiàn)目標(biāo)探測、發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤、上報、攻擊無縫鏈接。