多径效应下雷达对抗侦察作用空间分析

牛朝阳，袁华

（1.电子工程学院，合肥230037；2.驻广元地区军事代表室，四川广元628017）

多径效应下雷达对抗侦察作用空间分析

牛朝阳1，袁华2

（1.电子工程学院，合肥230037；2.驻广元地区军事代表室，四川广元628017）

雷达对抗在现代电子战中具有重要作用，无论是雷达对抗侦察还是雷达干扰，对其进行雷达对抗的空间能量分析具有重要意义，可为雷达对抗战斗部署提供依据。为了直观描述雷达对抗侦察的有效作用区域，给出了雷达对抗侦察作用空间的定义，并分析了地面反射多径效应对侦察作用空间的影响。理论分析和仿真实验表明，多径效应使侦察作用空间分裂，产生侦察盲区，因此，在执行侦察任务进行侦察机配置时，应尽量避开侦察盲区。

多径效应，雷达对抗，侦察作用空间，侦察盲区

0　引言

现代战争中，电子战已成为军事行动的急先锋，海湾战争、科索沃战争等近几次局部战争无不说明了这一点。雷达对抗是电子战的一个重要的组成部分，在电子战中具有举足轻重的作用，是取得军事优势的重要手段和保证，一定程度上决定着战争的胜负。雷达对抗包括雷达对抗侦察和雷达对抗干扰，进行雷达对抗的空间能量分析具有重要意义，是雷达对抗理论一项重要的研究内容，可为雷达对抗战斗部署提供依据。目前，对于雷达干扰的空间能量分析，主要用干扰压制区来描述，可以很直观地给出有效干扰区和暴露区的图形，方便指挥员进行战术配置。而对于雷达对抗侦察的空间能量分析，目前绝大多数文献［1-2］，通常只采用侦察作用距离来描述，对有效侦察区域的描述不够直观，不利于指挥员进行侦察任务的战斗部署。为此，效仿雷达干扰压制区，本文提出雷达对抗侦察作用空间的概念，并分析了地面反射多径效应对雷达对抗侦察作用空间的影响。

1　雷达对抗侦察作用空间概念

所谓雷达对抗侦察作用空间，是指侦察接收机能够正常截获雷达信号并进行参数测量的空间范围。侦察作用空间的大小即为侦察站在各个方向上对目标的最大侦察距离轨迹所围成的空间区域。因此，决定雷达对抗侦察作用空间的最重要的因素是雷达对抗侦察作用距离。假设某地面单部侦察接收机对某型雷达的最大侦察作用距离是Rrmax，忽略其他相关因素的影响，则其雷达对抗侦察作用空间应是以侦察接收机为球心的半球体，如图1所示。处于球体外部的雷达，由于其与侦察机的距离超过侦察作用距离，接收到的雷达信号过于微弱无法实现截获。

图1　单站雷达对抗侦察作用空间示意图

雷达对抗侦察作用空间是衡量侦察机性能的一项重要指标，侦察作用空间越大，侦察作用距离越远，越能较早地发现雷达信号，提高预警时间，有利于赢得战斗的主动权。值得注意的是，图1是为了说明概念给出的理想侦察作用空间，而实际的侦察作用空间要受到很多环境因素的影响，比如系统损耗与损失和电波传播因素影响，其中多径效应就是一项必须加以考虑的因素，其对侦察作用空间有很大的影响，下面将重点分析多径条件下的雷达对抗侦察作用空间。

2　雷达对抗侦察作用空间的数学描述

图2　侦察机与雷达的空间位置关系

侦察机与雷达的空间位置如图2所示。设雷达发射机功率为Pt，雷达天线最大增益为Gt，Gt（θt）为雷达在侦察机方向的天线增益，雷达与侦察机之间的距离为Rr，侦察接收机天线最大增益为Gr，Gr（θr）为侦察机在雷达方向上的天线增益，侦察接收机灵敏度为Prmin，侦察天线在θr方向上的有效接收面积为Ar（θr）。则，在侦察机处雷达信号的功率密度为:

侦察天线接收的雷达信号功率为:

由上式可见，侦察机接收到的雷达信号功率Pr与成反比，随着Rr的增大Pr迅速减小。当Pr减小到与侦察接收机灵敏度Prmin相等时，对应的侦察作用距离为Rrmax，若Rr大于Rrmax，则接收机无法截获雷达信号，因此，将Rrmax称之为雷达对抗侦察作用距离，于是令

由上式得到：

上式就是在忽略大气衰减、地面海平面反射、及雷达和侦察机系统损耗等因素的影响条件下的侦察方程，根据雷达对抗侦察作用空间的定义，可得到如下侦察作用空间不等式：

根据天线理论，天线的有效面积Ar（θr）与天线增益Gr（θr）之间的关系为:

将式（6）代入式（5），得到，

式中λ是雷达信号的波长。

由侦察作用空间不等式可得到如下结论：①满足不等式的空间范围是可侦察区域，称为侦察作用空间；②侦察作用空间由雷达参数、侦察机参数及雷达波束、侦察机波束空间位置共同决定。

当雷达天线、侦察机天线在空域进行扫描时，天线的空间位置具有一定的随机性，因此，理论上侦察作用空间也就有随机性，为了分析问题的方便，假设雷达天线以最大增益对准侦察机，即θt=0，Gt（θt）=Gt，侦察天线以最大增益对准雷达，即θr=0，Gr（θr）=Gr。这种假设在实际应用中是合理的，因为无论是侧向接收机还是测频接收机，都可以实现主瓣对主瓣的接收。而此时得到的是最大侦察作用空间，由下式表示：

3　多径效应下的雷达对抗侦察作用空间

3.1多路径几何模型

对雷达信号进行侦察时，必须考虑地面反射对侦察作用空间的影响。此时，到达侦察接收机的雷达信号有两条路径，即直射路径和反射路径，考虑地面反射多路径情况下的电磁波传播模型如图3所示［3］。

图3　地面反射多径传播模型

令侦察机天线处的直射波和反射波场强矢量分别为：

其中，θ为地面反射系数的相角，ΔR为直射波与反射波的波程差。在一般情况下满足如下条件：

此时由图3可近似得到波程差的表达式［4-5］：

侦察机处的合成场强的模为：

其中ρ=E2/E1为地面反射系数的模值。当采用水平极化波且擦地角很小时有ρ≈1，θ≈180°［5］，则：

侦察机出的功率密度为：

由式（15）代替式（1），可得到地面反射条件下的侦察作用空间不等式：

3.2侦察作用空间仿真

分析式（16），有以下结论：

可见，在地面反射多径影响下，侦察作用距离将随雷达与侦察机的仰角呈现周期性变化。图4给出了侦察接收机接收到的雷达信号功率与雷达位置的关系，仿真参数设置为：侦察机高度ht=80 m，侦察天线最大增益方向的等效接收面积为2 m2，灵敏度Prmin=-50 dBm，雷达波长λ=0.3 m，发射机功率Pt=20 dBw，天线增益Gt=10 dB，雷达与侦察机的距离Rr=10 km～300 km，雷达高度ha=0 m～300 m。图5为侦察机接收的功率大于接收机灵敏度的区域，即雷达对抗侦察作用空间沿雷达与侦察机连线并垂直于地面的切面。从仿真结果来看，由于地面反射形成的多径效应，使侦察空间不再连续，出现侦察盲区，且侦察盲区的位置与随雷达信号频率的变化而不同，图5（b）为雷达波长λ=0.2 m，其他仿真参数不变时的侦察空间切面图。

图4　侦察机接收功率与雷达位置关系

图5　侦察作用空间切面图

4　结束语

本文给出了雷达对抗侦察作用空间的定义，推导了描述侦察作用空间的不等式，并在此基础上讨论了地面反射多径效应对侦察作用空间的影响，理论推导及仿真结果显示，在多径效应的影响下，侦察作用空间将出现盲区，且盲区位置与雷达信号频率有关，因此，在具体执行侦察任务时，必须考虑地面反射多径效应的影响，合理配置侦察站，避开侦察盲区。

［1］罗景青，雷达对抗原理［M］.北京：解放军出版社，2003.

［2］赵国庆，雷达对抗原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.

［3］王利军，郭建明，郝晶.多径效应对雷达探测低空巡航导弹的影响［J］.雷达科学与技术，2010，8（1）：35-39.

［4］高彬，多路径效应下的远距支援干扰压制区［J］.电子科技大学学报，2009，38（1）：50-53.

［5］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，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

牛朝阳（1977-），男，吉林九台人，博士，讲师。研究方向：雷达与雷达对抗信号处理。