一种实用的空情报雷达应对海杂波干扰的方法

一种实用的空情报雷达应对海杂波干扰的方法

0空情报雷达抑制海杂波的技术和理论分析目前，海偶波的研究主要集中在海偶波的产生机制、特征分析和模拟上。应用主要集中在海洋观测雷达、军事雷达、气田雷达和预警机。空情雷达抑制海偶波的研究主要集中在技术和理论上。本文在海杂波散射特性分析的基础上,结合海杂波散射系数GIT模型,立足现有装备和技术,提出了一种实用的岸基对空情报雷达应对海杂波干扰的方法,对指导现役雷达部队作战运用,具有实际意义。1g振幅原理及影响g振幅的因素海杂波是由海浪、水花产生,具有准周期性变化趋势,因此海面的散射特性可用Bragg谐振现象来解释,其散射强度不仅取决于浪高、风速、持续时间、风的行程、海情、当地气候环境以及海浪相对于雷达波束的方向和可能影响表面张力的污染等,而且还取决于某些雷达的自身参数,诸如频率、脉宽、脉冲重复频率、擦地角(波束入射余角)、极化方式等。1.1反射系数的计算GIT模型是Georgia理工学院提出的较为精细的海面雷达散射系数估算模型,能较好地解决不同频段、不同极化、平均浪高hav(单位为m)、不同俯视角θ(单位为rad)、风速vw(单位为m/s)以及不同的风向视线角ψ(单位为rad)对σ0的影响,即:σ0sea(H)=10lg(3.9×10−6λθ0.4GaGuGw)(1)σsea0(Η)=10lg(3.9×10-6λθ0.4GaGuGw)(1)式中:σ0sea(H)与σ0seasea0(V)分别为在水平与垂直极化时算出的反射系数,单位为dBsm。1.2bragg散射由图1可知,海杂波散射系数总体上随擦地角的增大而增大。在近垂直入射的情况下,海面接近镜面条件的小面单元具有较强的后向散射方向性,根据准镜面反射机理可产生很强的回波。随着风速和波高的增大,起伏的海表面粗糙度变大,入射能量被散射到其他方向,后向散射会逐渐减弱。在较大擦地角条件下,Bragg散射是主要的。在小擦地角条件下,雷达波在与被照射的海面之间,将有部分波浪被前面的波浪所遮挡,同时海面直射波与反射波之间将产生干涉,这两种现象都会引起散射系数在小擦地角时急剧下降。1.3垂直极化的散射系数和入射角由图1和图2可知,海杂波与极化的关系在不同海况、频段和入射角时会有所不同。一般来说,在平静的海面,垂直极化散射系数往往比水平极化大8～22dB;风浪较大时,两种极化值基本相同。1.4海底散射系数与雷达波长的关系海面散射系数与波长的关系很复杂,根据仿真和现有的观测数据可知,海面散射系数与雷达波长没有明显的相关性。在平坦区,散射系数与波长的关系介于λ-1～λ之间。2小擦地角条件下海底后向散射系数的突变特性分析由GIT海面雷达散射系数估算模型分析可知:对于带宽有限的单部雷达来说,海面后向散射系数σ0随雷达波长的变化并不明显;海面后向散射系数σ0与极化方式虽然存在固定的关系,但由于一般的情报雷达都没有变极化装置,因此这一点本文不做重点分析。本文主要针对小擦地角情况下海面后向散射系数的突变特性,分析研究海杂波的抑制方法。由以上分析,根据小擦地角情况下海面后向散射系数的突变特性,岸基对空情报雷达可以采用减小擦地角来抑制海杂波干扰。而岸基对空情报雷达的擦地角主要由雷达天线的架设高度决定,因此机动雷达或雷达阵地选址可根据雷达的任务不同来调整雷达天线高度抑制海杂波;对于阵地已固定的雷达,可以通过调整天线俯仰角来改变擦地角,从而达到抑制海杂波的目的。但是减小擦地角将会造成雷达低空性能的损失,因此这种方法只适用于岸基中远程、中高空警戒雷达。3抑制效果的模拟雷达对海杂波的抑制效果可以用杂波雷达截面积(RCS)和杂波噪声比(CNR)的变化表示。3.1面杂波强度及计算常用的海杂波RCS估算公式为:σc=σMBc+σSLc(4)σc=σΜBc+σSLc(4)式中:σMBc为主波束杂波RCS;σSLc为副瓣杂波RCS,如图3所示。为了计算公式(4)给出的所有杂波的RCS,必须首先计算主波束和副瓣相对应的杂波区域。如图3示,角度θa、θe代表天线3dB处方位和仰角的波束宽度。雷达高度(从地面到天线中心)表示为hr,目标高度表示为ht。雷达斜距为R,它的地面投影为Rg。距离分辨力为△R,它的地面投影为△Rg,主波束杂波区域表示为AMBc,副瓣杂波区域表示为ASLc。令天线第一副瓣电平为LS(dB),则主、副瓣杂波强度分别为:σMBc=σ0AMBcG2(θe+θr)=σ0△RgRgθaG2(θe+θr)(5)σSLc=σ0ASLc(LS)2=σ0△RgπRg(LS)2(6)σΜBc=σ0AΜBcG2(θe+θr)=σ0△RgRgθaG2(θe+θr)(5)σSLc=σ0ASLc(LS)2=σ0△RgπRg(LS)2(6)式中:σ0为海面雷达后向散射系数(本文采用GIT模型)。考虑大气折射效应和地球曲率效应,则总的面杂波强度为:σc=σMBc+σSLc1+(R/Rh)4(7)σc=σΜBc+σSLc1+(R/Rh)4(7)式中:Rh为雷达到地平面的距离,计算表达式如下:Rh=8hrre3−−−−√(8)Rh=8hrre3(8)式中:re为地球半径,等于6371km。雷达的杂波噪声比(CNR)为:RCN=PtG2λ2σc(4π)3R4kT0BFL(9)RCΝ=ΡtG2λ2σc(4π)3R4kΤ0BFL(9)3.2杂波噪声比20cm分别利用某P波段雷达和某L波段雷达参数进行仿真,结果如图4、图5所示。由图4的仿真结果可看出,某P波段雷达天线架设高度从200m下降到50m,在水平距离50km以外,海杂波RCS和杂波噪声比都下降了10dB左右。由图5的仿真结果可以看出,某L波段雷达天线由下俯0.5°调整为下俯到0.1°,海杂波RCS和杂波噪声比全程都下降了20dB左右。这对于岸基对空情报雷达来说,抑制海杂波的效果是非常明显的,因此,对于岸基中远程、中高空警戒雷达来说,采用减小擦地角来抑制海