雷达遮蔽角计算及影响分析＊

韩丹，高浩然



雷达遮蔽角计算及影响分析＊

韩丹1，高浩然2

（1.中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 德阳 618307；2.中国民用航空飞行学院 学院办公室，四川 德阳 618307）

雷达遮蔽角的计算是雷达站建设和运行的前提和基础。为了保障其计算精度，结合等效地球半径法对雷达遮蔽角公式进行了推导，并根据实际数据对经验公式与推导公式作了研究和对比，分析了其对飞行器进离场和雷达视距的影响，证明了雷达遮蔽角计算的重要性。

雷达遮蔽角；民航；雷达视距；电磁环境

民航雷达是民航通信导航监视的重要组成部分。目前，文献主要集中在对雷达站周围的电磁环境进行评估——文献[1]用电磁辐射分析仪对拟建成都区域管制中心范围内选点进行电磁环境水平的监测和评价；文献[2]通过电磁环境现状监测、参数预测，分析了建设雷达站对周围电磁环境的影响，并提出污染防治措施；文献[3]从雷达作为干扰源的角度分析C波段天气雷达的电磁辐射情况。

拟建雷达选址首先对拟建雷达周围的障碍物进行遮蔽分析，测量障碍物的遮蔽角，并绘制遮蔽角图，以确定雷达天线的高度，进而计算出雷达在不同指定高度的视线覆盖距离，确定雷达覆盖范围。已建雷达面临与其他设备或建筑物共址建设问题，其他设备或建筑物需要满足雷达工作的要求，且不影响雷达的性能，二者均对雷达的遮蔽角进行精确计算。大气层密度分布不均，对无线电波传播产生折射现象，对雷达的遮蔽判断与分析有明显的影响。本文主要对雷达的遮蔽角公式进行推导，并结合实际数据与现有的遮蔽角公式进行对比分析。

1 雷达遮蔽角

雷达遮蔽角是以雷达天线中心点和该点所在水平面为基准，在其作用范围内受障碍物遮蔽所形成的垂直张角，即雷达遮蔽角。

现有的雷达遮蔽角为：

图1 雷达遮蔽角推导

为障碍物距雷达站的水平距离，即=.

根据三角形性质有：

其中，´为到´的距离，相当于在同一假设面内，障碍物到雷达的垂直距离，即：

将式（3）、式（4）、式（5）代入式（2）有：

在三角形中，根据勾股定理有2+2=2，即：

由式（6），可得：

由式（6）、式（7）推理可得：

结合式（8）、式（9），得到：

2 实例验证

2.1 实例计算

某气象局拟在机场附近建S波段双线偏振雷达气象雷达，存在气象雷达与空管二次监视雷达将共址建设和运行的情况。民航雷达和气象雷达地形及拟建情况如图2所示，民航雷达天线底座距海平面高度a为333.1 m，拟建气象雷达天线顶端高为350.01 m，气象雷达拟建在距民航雷达D 197 m处。在雷达的垂直方位上，气象雷达对民航雷达形成遮蔽，设遮蔽角为.

根据推导公式（11），则有：

代入数值计算可得2≈0.554 8.

2.2 验证分析

2.2.1 雷达遮蔽角的影响因素分析

对经验公式和推导公式的对比可以看出，当雷达站高度为定值时，雷达遮蔽角与障碍物高度和障碍物对雷达的水平距离有关。如图3所示，上方的曲线为经验公式曲线，下方的曲线为推导公式曲线。由图3可以看出，随着和的增加，经验公式和推导公式之间的差值越来越大。因此，在已知民航雷达站高度的情况下，雷达与障碍物间的水平距离和障碍物高对雷达遮蔽角的影响较大。

图2 民航雷达与拟建气象雷达共址

图3 α与d，h之间的关系

2.2.2 雷达遮蔽角影响分析

2.2.2.1 对飞行器进离场影响分析

雷达遮蔽角的大小对雷达的探测范围的判断有明显影响。在机场附近的雷达极易受雷达遮蔽角的影响，进而影响二次雷达对飞机进离场的探测。结合该地拟建气象雷达方案及机场设备建设情况，在距离民航二次雷达17 163 m处的全向信标附近740 m长空域，民航二次雷达的探测范围会受到影响。受气象雷达遮蔽，飞行器在进离场过程中经过蛇口全向信标台时，二次雷达可能探测不到航空器。

全向信标台的遮蔽高度记为遮，则遮=17 613×tan+a.当=1=0.561 2时，遮1=505.62 m；当=2=0.554 8时，遮2=503.65 m。由计算结果可以看出，本文推导的公式比经验公式高度上缩短了1.97 m。

2.2.2.2 对雷达视距的影响分析

雷达对某一飞行高度目标的观测距离称为雷达直视距离。雷达信号的直视距离是由地球表面弯曲所引起的，大气折射率的梯度为0.039×10－6m，相当于增加了视距。从电波直射角度看，相当于增加了地球的半径，则等效地球半径为3/4≈8 496 km[6]。雷达直视距离可由下式计算得到[1]：

式（12）中：0为雷达视线距离，km；为雷达遮蔽角；a为雷达天线高度；f为飞行高度，m。

现考虑飞行器飞行高度f=12500m，当=1=0.561 2时，01=379.125 m；当=2=0.554 8时，02=379.905 m。

由计算结果可以看出，推导公式计算的视距较经验公式计算的视距增加了770 m。

雷达遮蔽角受和的影响。随着和变大，经验公式和推导公式的遮蔽角差值会越大。因此，当遮蔽角差变大，特别是飞行高度较高时，对雷达视距的影响将更为明显。如图4所示，当飞行高度在8 900～12 500 m的范围内，经验遮蔽角的视距和推导公式的视距为曲线①、曲线②。当雷达的遮蔽角差变大，如果经验公式算得的遮蔽角为0.6（曲线③），推导公式计算得到的遮蔽角为0.65（曲线④），可以看出二者之间的差异便会越明显。

图4 不同α下d与h的关系

3 结束语

雷达遮蔽角计算是进行雷达站选址、与雷达站共址建设问题分析的前提与基础。雷达遮蔽角的精确度对研究和分析至关重要。本文结合等效地球半径法对雷达遮蔽角公式进行推导，通过实例计算分析了雷达的遮蔽影响，验证了雷达遮蔽角精度的重要性，一定程度上说明了推导公式的适用性。本文考虑地球大气层密度均匀、温度为15 ℃这一条件下对雷达遮蔽角公式进行推导。而实际环境中大气层密度不均匀、温度变化多端，同时雷达遮蔽的影响因素较多，比如地质条件、温度、大气环境等。因此，还需对多种影响因素进行深入研究与探讨。

［1］高水生.蔡意.饶丹.成都区域管制中心电磁辐射环境影响分析与防护措施［J］.环境科学与管理，2010（10）：190-194.

［2］张磊，陈茜，李少婷，等.民航空管雷达站电磁环境影响分析［J］.环境与可持续展，2014，39（06）：50-53.

［3］钟静，林小杰，杨宏宇.C波段天气雷达的电磁辐射分析［J］.科技风，2018（24）：268.

［4］中国民用航空总局.MHT 4003—2014中华人民共和国民用航空行业标准，航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范［S］.［出版社不详］，2014.

［5］裴旭，马东立.等效地球半径法应用中的问题［J］.北京航空航天大学学报，2005，4（31）：455-458.

［6］文冰梅.航管雷达辐射信号作用距离及覆盖问题的研究［D］.天津：中国民航大学，2007.

韩丹（1991—），女，主要研究方向为通信导航监视、电磁环境评估。

2018年民航局安全能力建设项目（编号：TM2018-3-1/2）；2016年中国民用航空飞行学院研究所计划（编号：XM2939）

2095－6835（2018）21－0009－03

TN957.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.009

国家自然科学基金面上项目“珠三角地区被动蒸发遮阳百叶对建筑围护结构热工性能的影响”（编号：51878287）；广州市科技计划项目“珠三角地区被动蒸发遮阳百叶对热环境调节机理研究”（编号：201804010488）

〔编辑：张思楠〕