閆曉峰，王 燁

(海軍裝備部，四川 成都 610000)

0 引 言

在現(xiàn)代電子對(duì)抗裝備中，為了加大設(shè)備的覆蓋范圍，裝備需布設(shè)在較高位置，用于偵測(cè)海上艦船或海面低空飛機(jī)的雷達(dá)信號(hào)，低空飛行的電子戰(zhàn)飛機(jī)上的偵察雷達(dá)，由于有時(shí)需要工作在低仰角的情況下，就會(huì)受到多徑效應(yīng)的影響。多徑效應(yīng)不僅造成信號(hào)衰落，嚴(yán)重影響了信號(hào)的偵收，而且容易導(dǎo)致跟蹤天線差值方向圖零點(diǎn)發(fā)生偏移，從而影響天線跟蹤的平穩(wěn)性。多徑衰落引起的信號(hào)功率減小，會(huì)致使接收靈敏度降低、干擾功率減小等。

1 多徑效應(yīng)的途徑及影響

1.1 多徑效應(yīng)的途徑

多徑效應(yīng)主要是信號(hào)通過周圍環(huán)境的耦合形成，雷達(dá)或雷達(dá)對(duì)抗裝備發(fā)射和接收的信號(hào)除了會(huì)直接到達(dá)目標(biāo)外，還會(huì)通過其他多種途徑到達(dá)目標(biāo)，如地面或海面的散射、物體的反射及幾何繞射等。如圖1所示為信號(hào)經(jīng)物體的反射后到達(dá)目標(biāo)的情況。由于這些傳輸信號(hào)經(jīng)過的路徑不同，長度不等，到達(dá)目標(biāo)處的時(shí)間也不同，導(dǎo)致這些信號(hào)到達(dá)目標(biāo)處的相位和幅度不同。因此，目標(biāo)收到的信號(hào)是這些不同途徑到達(dá)信號(hào)的矢量和。極限情況下，兩信號(hào)的相位相反，接收信號(hào)就是這兩信號(hào)的代數(shù)差[1]。

圖1 多徑效應(yīng)示意圖

1.2 與多徑效應(yīng)影響相關(guān)的參數(shù)

在圖1中，設(shè)直射信號(hào)歸一化為1，反射系數(shù)為ρ，路徑差引起的相移為φ。則目標(biāo)處的信號(hào)強(qiáng)度為：

S=1+ρ(ω·θ)exp{-j2ωh1h2/cd}

(1)

式中：ρ(ω·θ)為信號(hào)載波頻率ω入射角θ時(shí)的反射系數(shù)；c為光速[2]。

從公式(1)可以看出，多徑效應(yīng)的影響與反射系數(shù)、信號(hào)頻率、入射余角等均有關(guān)系。而反射系數(shù)與反射面性質(zhì)、信號(hào)頻率、入射余角及極化形式有關(guān)。

多徑效應(yīng)影響最嚴(yán)重的是平靜海面和光滑陸地(特別是沙漠地帶)，粗糙海面和地面、特別是長滿植物的地面，多徑效應(yīng)可以忽略。

基于很多關(guān)于厘米波由陸地反射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：(1)鏡反射只能從很平坦的表面獲得，稀落的植物并不影響鏡反射；(2)當(dāng)存在粗糙性時(shí)，反射系數(shù)減??；(3)植物的覆蓋層，一般來說，會(huì)使反射系數(shù)減小；(4)水平極化時(shí)，反射面的粗糙性在反射特性上，較垂直極化時(shí)表現(xiàn)得更為嚴(yán)重[3]。

2 裝備使用中遇到的多徑影響及原因分析

2.1 裝備使用中的多徑現(xiàn)象

某型多波束干擾站在使用中出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)出的干擾信號(hào)耦合到偵察通道，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)自發(fā)自收情況,無法正常工作。

某型分布式干擾站在進(jìn)行單脈沖和差跟蹤測(cè)試時(shí)有些頻率信號(hào)容易跟丟。干擾等效功率測(cè)試時(shí)，將車輛與測(cè)試天線都擺放在水泥地上進(jìn)行測(cè)試，有些頻率點(diǎn)等效功率偏低。

為了更明顯地看出多徑效應(yīng)的影響，選擇車載安裝平臺(tái)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)方向圖的影響實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：裝備車輛放置在寬闊草地的中間，在車體正前方與裝備偵察天線距離R處放置輻射源，輻射功率P保持不變。輻射源與車體的相對(duì)位置如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)情況1示意圖

輻射信號(hào)除了會(huì)直接照射到偵察天線外，還會(huì)通過車頂?shù)慕饘偬炀€艙頂蓋以及車體其他區(qū)域反射到偵察天線處。將頻譜儀放在車艙內(nèi)，頻譜儀的射頻信號(hào)輸入口連接到裝備系統(tǒng)偵察天線后的前置放大器射頻輸出口。設(shè)置頻譜儀中心頻率為輻射源頻率，頻譜儀帶寬為0，掃描時(shí)間為10 s，其他參數(shù)采用默認(rèn)值保持不變。采取減小多徑效應(yīng)措施前頻率8 GHz信號(hào)輻射時(shí)測(cè)得的系統(tǒng)方向圖，如圖3中曲線1所示，該曲線為直射信號(hào)和多徑信號(hào)的共同作用結(jié)果。為了減小多徑信號(hào)的影響，在天線艙頂蓋上鋪設(shè)了吸波材料，采用該措施后測(cè)得的系統(tǒng)方向圖如圖3中曲線2所示。

圖3 信號(hào)從車體前方入射時(shí)，車頂加吸波材料與不加時(shí)系統(tǒng)方向圖對(duì)比

通過對(duì)圖3中的2條曲線進(jìn)行對(duì)比可以看出，在天線艙頂蓋上鋪設(shè)了吸波材料后，系統(tǒng)方向圖改變明顯。

實(shí)驗(yàn)情況2：在實(shí)驗(yàn)情況1的基礎(chǔ)上，改變輻射源位置到車體正右側(cè)距偵察天線R處，輻射源正對(duì)著偵察天線，其他測(cè)試條件都不變。頻率8 GHz、功率為P的信號(hào)輻射時(shí)，測(cè)得的系統(tǒng)方向圖如圖4中曲線1所示，在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料后測(cè)得的系統(tǒng)方向圖如圖4中曲線2所示。

圖4 信號(hào)從車體右方入射時(shí)，車頂加吸波材料與不加時(shí)系統(tǒng)方向圖對(duì)比

通過對(duì)圖4中的2條曲線進(jìn)行對(duì)比可以看出，在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料后，對(duì)系統(tǒng)方向圖的影響很小。這是因?yàn)樾盘?hào)從車體右側(cè)面入射時(shí)，偵察天線與車體側(cè)面面壁的距離很近，側(cè)面方向的輻射信號(hào)形成的微小反射信號(hào)對(duì)進(jìn)入偵察天線的直射信號(hào)影響很小，而車頂天線艙頂蓋、附件箱以及車頂其他區(qū)域都不在輻射源與偵察天線的連線路徑上，其形成的多徑信號(hào)對(duì)直射信號(hào)的影響也非常小。因此，對(duì)車體正側(cè)面的輻射信號(hào)，是否在車頂鋪設(shè)吸波材料都對(duì)系統(tǒng)方向圖影響不大。

實(shí)驗(yàn)情況3：在實(shí)驗(yàn)情況1的基礎(chǔ)上，在天線艙頂蓋和附件箱上加鋪吸波材料，分別改變輻射源位置到車體正右側(cè)距偵察天線R處的位置2和車體正后方距偵察天線R處的位置3，如圖5所示，其他測(cè)試條件都不變。

圖5 實(shí)驗(yàn)情況3示意圖

頻率8 GHz、功率P的信號(hào)輻射時(shí)，從正前方、正右側(cè)、正后方3個(gè)方向測(cè)得的系統(tǒng)方向圖如圖6中3條曲線所示。圖片中3條曲線在左右方向的位置差異主要是由于頻譜儀內(nèi)的掃描時(shí)間觸發(fā)起點(diǎn)不一致引起，上下方向的位置差異是測(cè)得的信號(hào)幅度差異。

圖6 8 GHz信號(hào)從車體前、右、后方入射時(shí)測(cè)得的系統(tǒng)方向圖對(duì)比

頻率為17 GHz、功率為P的信號(hào)輻射時(shí)從正前方、正右側(cè)、正后方3個(gè)方向測(cè)得的系統(tǒng)方向圖如圖7中3條曲線所示。

圖7 17 GHz信號(hào)從車體前、右、后方入射時(shí)測(cè)得的系統(tǒng)方向圖對(duì)比

從圖6和圖7可以看出，雖然在天線艙頂蓋和附件箱上鋪設(shè)了吸波材料，由于車體表面特別是車頂還有較多沒有鋪設(shè)吸波材料的表面也是由金屬構(gòu)成，它們對(duì)不同方向入射到裝備車偵察天線的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不同程度的多徑信號(hào)影響，導(dǎo)致同一個(gè)信號(hào)從這3個(gè)方向輻射時(shí)測(cè)得的系統(tǒng)方向圖差異很大，特別是幅度上。另外，由于多徑效應(yīng)與信號(hào)頻率有關(guān)，通過對(duì)比圖6和圖7中的幅度差可以看出，不同頻率的信號(hào)分別從這3個(gè)方向入射時(shí)，受到的多徑效應(yīng)影響程度也不同。

2.2 原因分析

在出現(xiàn)多徑效應(yīng)時(shí)，信號(hào)除了直接照射目標(biāo)外，還通過其他途徑到達(dá)目標(biāo)，這些不同途徑到達(dá)目標(biāo)的信號(hào)相互干涉，導(dǎo)致原有信號(hào)的某些參數(shù)(如相位、幅度等)出現(xiàn)變化，影響系統(tǒng)分析結(jié)果。如果在使用中不能采取措施有效解決，輕者可以降低系統(tǒng)的作用，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

從上述2個(gè)電子對(duì)抗裝備遇到的現(xiàn)象可以看到，多徑效應(yīng)會(huì)影響系統(tǒng)的收發(fā)隔離度、信號(hào)跟蹤、多徑衰落等。

對(duì)上述裝備遇到的現(xiàn)象進(jìn)行原因分析：

(1) 在系統(tǒng)測(cè)試收發(fā)隔離和跟蹤功能時(shí)，離裝備車較近處停放有其他車輛，或者裝備車附近有覆蓋金屬板較多的板房及鋼架房。通過分析及驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，信號(hào)通過這些反射物反射后進(jìn)入了裝備偵察系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)上述不良影響；

(2) 測(cè)試等效功率受周圍物體及水泥地面的反射信號(hào)影響，導(dǎo)致有些頻率達(dá)不到指標(biāo)現(xiàn)象；

(3) 在實(shí)驗(yàn)中，由于車體特別是車頂?shù)挠绊懀霈F(xiàn)不同方位、不同頻率的輻射信號(hào)時(shí)測(cè)得的方向圖有較大差異。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以從裝備車本身和使用過程中采用措施減小多徑效應(yīng)的影響，提高裝備的使用效率。

3 解決方法及措施

針對(duì)電子對(duì)抗裝備多徑效應(yīng)的影響，可以采取以下幾個(gè)方面的措施進(jìn)行解決：

3.1 技術(shù)途徑

(1) 基于時(shí)空頻聯(lián)合的信號(hào)分選，基于透鏡多波束空域波束分離及精確測(cè)向技術(shù)，采用頻率寬帶接收方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜體制雷達(dá)信號(hào)的準(zhǔn)確描述。充分利用空域和頻率分離信息的能力，提取相參脈沖簇信號(hào)的全信息，同時(shí)結(jié)合信號(hào)本身的時(shí)間特性，實(shí)現(xiàn)同一輻射源在時(shí)域上的融合，實(shí)現(xiàn)信號(hào)有效分選。

(2) 利用改進(jìn)的雷達(dá)輻射源庫信息，對(duì)分選后的脈沖簇進(jìn)行參數(shù)匹配，對(duì)未匹配上的脈沖簇進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)關(guān)聯(lián)，將統(tǒng)一目標(biāo)的脈沖簇融合成一個(gè)輻射源，解決分選增批與虛警問題。

3.2 使用途徑

(1) 選擇使用環(huán)境時(shí)，裝備周圍應(yīng)無金屬反射物或反射系數(shù)大的非金屬反射物。選擇反射系數(shù)較小的場(chǎng)地(如有植被覆蓋的粗糙地面)有助于降低多徑效應(yīng)的影響；

(2) 根據(jù)裝備上天線的安裝情況選擇合適的輻射方位范圍，盡量減小平臺(tái)的影響；在金屬板制成的平臺(tái)上粘貼吸波材料也是減小多徑的有效方法；

(3) 裝備使用時(shí)，在滿足使用要求下盡量使波束上翹，如多波束系統(tǒng)中用最低層的俯仰波束偵收信號(hào)而其他較高層波束對(duì)著空中，以減小地面散射的影響。

4 結(jié)束語

對(duì)在實(shí)際使用、測(cè)試電子對(duì)抗裝備過程中遇到的多徑問題，從環(huán)境耦合等方面進(jìn)行認(rèn)真分析，找出受到多徑影響的因素，提出了有效的解決措施并進(jìn)行了驗(yàn)證。