米波雷達技術特點
米波雷達頻段為30~300MHz,波長為1m~10m,米波雷達屬于長波雷達,它帶有自己的發射機,主要用于長距離探測,對戰機的威脅相對較小。對于隱形飛行器的探測是通過多批次連續開機掃描來完成的。但是由于其自身有輻射源,很容易被對方發現并實施有效打擊。
米波雷達工作原理
隱身戰機主要通過外形的隱身設計和吸波涂層降低雷達的可探測。但就目前所有隱身戰機而言,仍然無法實現全方位和全電磁波段的所謂“全隱身”能力,特別是當戰機在執行任務時,掛載的導彈或者外部油箱等不具備隱身性能,大大增加了戰機被雷達探測到的可能性。而即便沒有外掛,隱身戰機也只有前部和腹部可實現對微波雷達的隱身,其隱身的電磁波段大都在0.3~29GHZ范圍,而米波雷達恰好避開了隱身戰機的隱身波段,這成為它能探測到隱身戰機的原因所在。
正是因為米波雷達“天然”擁有發現隱身戰機的“專長”,其探測距離較遠,體積重量也都不大,而且受天氣條件的影響小,電子對抗能力強,適宜放置在陸基、海基和空基平臺上機動部署,因此許多軍事專業人士認為,相比之下,米波雷達的綜合優勢更好,理應承擔反隱身戰機的重任。不過,傳統的米波雷達多使用簡單的八木天線或老式網狀天線,缺點在于分辨率差,探測精度低、不能測高、目標識別能力有限,而且由于不易消除地面反射波的影響,導致其低空探測能力弱、覆蓋空域不連續、抗干擾能力不足、陣地適應性差。而這些問題也正是導致米波雷達發展一度停滯不前的重要原因,也決定了如不加以改進的話,米波雷達“視力”不提高,只能側重于防空警戒,不能用于武器引導,無法對隱身戰機提供高質量的追蹤,難以成為當前反隱身戰機中的核心雷達。
米波雷達陣地選擇三要素分析
1、地形遮蔽影響
在地物環境對雷達作用范圍的影響中,地物遮蔽是一個重要的方面,如果在雷達周圍有高大建筑物的存在或者山區地形的存在,都可能會對雷達形成一定范圍的遮蔽盲區,影響雷達探測威力的發揮。在不考慮繞射效應的情況下,在遮蔽角以下雷達將不能探測到目標。
作為遠程預警雷達,米波雷達需要探測遠距離目標,為了使得模型更加精確,需要考慮地球曲率的影響,采用球面反射模型。在球面反射模型下,根據目標仰角和目標距離、高度、雷達架設高度等參數的關系
式中:θt為目標仰角;ht為目標高度;ho為雷達相位中心高度;Rt為目標距離;R0為等效地球半徑。
當目標高度為20000m、10000m時,不同遮蔽角對雷達作用距離的影響如圖1所示。
因此,在選擇雷達架設陣地時,必須研究陣地周圍的地物特點,在主要作戰方向避開可能對雷達產生遮蔽的地物,同時兼顧其它方向,以保證雷達威力的充分發揮。
2、同頻段干擾影響
米波雷達工作在VHF波段,而該波段通常被通信、導航、電視等電子設備占用,因此米波雷達易于受到這些民用設備的無意干擾。以電視頻道干擾為例,根據GB/T14433-93《彩色電視廣播覆蓋網技術規定》,我國米波波段無線電視1~12頻道的頻率分布如表1所示,這些同頻段的干擾會對米波雷達產生噪聲干擾或假目標干擾。
考慮噪聲干擾時,根據雷達距離方程,干擾條件下雷達作用距離隨干噪比變化關系如圖2所示。可見,噪聲干擾嚴重影響雷達的作用距離,因此,在選擇雷達陣地時,應盡量避開這些同頻段干擾。
3、地面反射影響
米波雷達工作頻段低,波束寬度寬,容易受到地(水)面反射的影響。由于地(水)面多徑信號的干涉影響,天線的垂直面波瓣會發生變化,設在自由空間天線垂直面的幅度波瓣函數為f0(θ,θ0),其中θ0是波瓣最大值的指向角;δ為直達波與反射波在目標處的波程差;Sd為直達波在目標處的電場強度;Sr為反射波在目標處的電場強度;φd為自由空間天線波瓣在直達波仰角θd處的相位;φr為自由空間天線波瓣在直達波仰角θr處的相位;f0(θd,θ)為自由空間天線波瓣在直達波仰角θd處的幅度值;f0(θr,θ)為自由空間天線波瓣在直達波仰角θr處的幅度值;ρ為地面反射系數的幅值;φg為地面反射系數的相位。
在這里僅考慮地面導電性能、地面粗糙度等因素的影響,不考慮地球曲率的影響。根據迭加原理,在目標處的電場強度是直達波電場強度與反射波電場強度的迭加,表示如下:
由電磁場理論知:
將式(2)、式(3)代入式(1)得到考慮多徑效應后天線的波瓣為:
下面對不考慮地面反射以及不同架高條件下雷達波束分裂情況進行仿真,如圖3~圖8所示。仿真條件為:工作頻率60MHz,波束寬度6.5°,雷達架設高度分別為40m、100m、200m、300m、400m。
從仿真結果可以看出,不同架高條件下,波瓣分裂情況明顯不同,造成威力覆蓋范圍也不同。選擇陣地時,可以根據雷達性能參數以及架設高度評估雷達威力覆蓋情況,在架高情況下,采用與架設高度相匹配的工作參數,實現雷達威力的充分發揮。
結束語
隱身飛機的出現對各國的防空雷達系統提出了嚴重挑戰,迫使各國大力發展、部署米波雷達以應對路仿真的干擾分析技術對進入接收機的干擾對于接 收機性能的作用影響進行分析。
尤其是針對軍事應用來說,目前現代軍用電子用頻設備普遍具備抗干擾措施,同一個干擾信號進入采用不同抗干擾措施的2個同類接收機,雖然進入接收機的干擾功率相同,但是會產生不同的干擾作用,需要采用更為精細化的分析手段。對于待分析設備量非常大的應用場景,可先采用確定式分析技術進行初步篩查,然后利用基于干擾鏈路仿真的干擾分析技術進行進一步深入分析,以達到分析效率和分析準確性的平衡。
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