分析地杂波背景中机载预警雷达作用距离

贾长瑞

摘要：机载预警雷达的作用距离在实际应用中具有重要作用，但影响因素较多。本文主要针对不同地杂波环境下机载预警雷达最大作用距离的差异进行分析，推导杂波环境下机载预警雷达作用距离的方程。

关键词：地杂波；机载预警雷达；作用距离

机载预警雷达的作用是对来自低空与超低空的威胁获得最大反应时间，其作用距离的计算在机载预警雷达的设计工作中具有重要的意义。机载预警雷达的作用距离受到诸多因素的影响，如不同地形、不同PRF工作模式。掌握实战环境下机载预警雷达的作用距离，对机载预警雷达的探测能力分析以及战场态势的评估等都有着重要作用。有相关文献对检测因子和雷达作用距离之间的关系进行分析，即采用目标与杂波雷达截面积的比值表示信杂比。此种表示方法只适用于目标的回波信号和主瓣杂波竞争，对机载预警雷达而言，普遍采用PD体制，其主瓣杂波占据绝对优势，若目标信号在时域、频域上皆与主瓣杂波重叠，则雷达很难检测到信号。因此，该作用距离计算方程不适用于机载预警雷达。本文通过相关分析，推导杂波环境下机载预警雷达的作用距离方程，从而得到不同地杂波环境下机载预警雷达的作用距离。

1 地杂波关系模型

雷达杂波定义为在有效带宽及雷达搜索窗口中产生，表现为空间上相干的反射器。来自各种散射体的杂波回波对雷达的设计有较大的影响，可影响到对目标的探测概率。在实战过程中，较为常见的杂波散射体包括地貌（地面及水面）、气象（雨、雪等）和箔条。在杂波性质的研究中，后向散射系数是一个关键指标，指散射体表面反射特性和后向散射特性的乘积按空间范围的归一化或平均。雷达杂波为雷达波束在物体表面形成的后向散射，如地表面、海洋表面等。除人造建筑物所产生的点杂波，地面杂波一般情况下为分布散射现象。就较为常见的地杂波来看，其主要的影响因素有系统参数（如波长、极化方式、照射方位角和俯仰角、照射面积）、地物参数（如地面粗糙度、复介电常数）。

地面的散射特性具有时间上的不稳定性与空间上的显著不均匀性，地杂波具有一定的复杂性，在计算的过程中，为了简化计算，通常使用较长时间上与大面积空间上的平均值表征某一地形的反射情况。地面单位面积的散射特性，一般使用单位面积的反射率表示。分析反射率的相关影响因素，主要有雷达工作频率、地貌特征以及擦地角等。Morchin模型是一种较为常用的地杂波反射率模型，该模型较为真实地反映了不同地面环境的后向散射系数，充分考虑到不同地形下散射的特性。Morchin模型的表达式如下

上式中，σ0为反射率，ψ为入射余角， 。

2 机载预警雷达的作用距离

现代雷达一般在具有多种干扰因素的环境下工作，这在一定程度上增加了机载预警雷达作用距离计算的难度。在实战环境下，对机载预警雷达的作用距离起着决定性影响的因素主要有噪声功率与干扰信号的功率之和的比值、目标信号功率与旁瓣杂波功率的比值。分析机载预警雷达的性能，来自地面的杂波可对其产生一定影响，当目标信号在时域、频域均与主瓣杂波重叠时，主瓣杂波明显强于目标信号，此时机载预警雷达将无法检测到目标信号。旁瓣杂波作为影响机载预警雷达检测性能的重要因素，在计算机载预警雷达的作用距离时，方程建立的关键在于旁瓣杂波与干扰信号功率计算公式的推导。

借助等距离环和等多普勒线示意图对通用旁瓣杂波功率的计算公式进行推导，最终得到一个等距离环中的旁瓣总杂波功率公式

上式中，R为散射单元所对应的视距，Pt为发射机输出射频功率，GSL为指向散射单元的旁瓣增益；Ls为系统损耗。

针对机载预警雷达的实战，在杂波背景下探测目标，有高重复频率与中重复频率两种工作方式。采用不同的PRF工作模式可能导致频域或者距离上的重叠，或者同时出现频域与距离上的重叠。在发生距离上的重叠时，一个距离内的杂波功率是多个等距离环上的杂波功率之和。在高重复频率方式下，若目标信号落入旁瓣杂波区域，旁瓣杂波在其频带范围内呈近似均匀分布。旁瓣杂波在经过窄带多普勒滤波器后，各多普勒滤波器的杂波输出功率即变为原来的1/M（M为旁瓣杂波与窄带滤波器的带宽比值）。在中重复频率方式下，杂波在频域、距离上均产生模糊，其中距离上的模糊类似于高重复频率方式，但在第i个距离环上，杂波在频域上可出现重叠，重叠次数为Ni。分析雷达检测时的信干比，在信号、噪声、剩余杂波同时进入检测门限时，决定雷达检测性能的为信号与噪声、剩余杂波之和的比值，即信干比SIR的计算公式如下：

推导高重复频率方式下，机载预警雷达的作用距离公式，得

推导中重复频率方式下，机载预警雷达的作用距离公式，得

3 结语

分析现有的关于机载预警雷达作用距离的相关研究中存在的问题，主要包括未同时考虑到干扰对机载预警雷达作用距離的影响；在对旁瓣杂波功率进行计算时，也没有考虑到频域、距离上的重叠问题，或对重叠次数的计算不精确，使得雷达作用距离计算的正确性缺乏保障。基于此，本文从地杂波的反射特性着手进行分析，推导不同PRF工作模式下以及不同地形下的旁瓣杂波功率计算公式，得出相应结论。

参考文献：

[1]何建权；防空雷达导引头信号处理关键技术研究[D]；西安电子科技大学；2012年.

[2]邓有为.王晟达.甘轶.王峰.地杂波背景中机载预警雷达作用距离分析[J]《微计算机信息》2009年25期.

[3]卢剑奇；刘杰；严道明；；雷达杂波建模与仿真方法研究[J]；微计算机信息；2008年28期