无源双基地雷达系统覆盖空域影响分析∗

苏善通 张伟欣

（中国人民解放军91697部队 青岛 266405）

1 引言

在现代信息战中，最早使用过的发射机和接收机分置的双基地雷达［1～3］体制又引起了人们的极大关注。这是因为双基地雷达体制有着较强的抗反辐射导弹、抗电子干扰、抗低空入侵和抗隐形的“四抗”潜力；同时由于科学技术的发展，双基地雷达得以以崭新的面貌重登历史舞台。自70 年代末以来，世界各国掀起了研究和试验双（多）基地雷达的热潮。双（多）基地雷达被中外专家评定为21 世纪军用雷达的主流之一，美、俄、英、日等国在双（多）基地雷达方面取得了显著的成果，目前国内的研究和应用远远滞后于世界先进水平。。

由于双（多）基地雷达的发射机和接收机采用分离配置，造成时间同步、空间同步和相位同步方面的难题，在系统构成和几何配置上有其复杂性和特殊性。本文从空间方面，通过研究无源双基地雷达系统基线长度（L）、天线方向性、多径效应和地形、目标高度对其覆盖空域的影响，得到优化无源双基地雷达系统覆盖空域的方法。

2 双基地雷达系统基线对其覆盖空域的影响

由于影响双基地雷达系统覆盖空域［4～7］的因素有很多，为了明确得到基线长度（L）对覆盖空域的影响，需要对其他一些影响因素进行设定。

1）信噪比的设定

信噪比SNR、检测概率Pd以及虚警概率Pfa之间的关系可以由图1中看出［1］。

信噪比SNR 为15dB 时对应的检测概率为0.99，虚警概率为10～7，满足研究的需要，后续研究中设定15dB的信噪比为理想信噪比。

2）高度的设定

研究的目标的高度是5000m，这是飞机在进港时的标准高度，为了避免过于复杂，假定发射机和接收机处于相同的高度。

3）无源雷达系统参数的设定

为了更好研究无源雷达系统的覆盖空域，将选用特定的发射机和接收机。发射机和接收机的详细信息如下:

发射机信息:

（1）频率:96.5MHz

（2）功率:1000W

（3）带宽内增益:10dB

（4）带宽外增益:-30dB

（5）脉宽:1us

（6）PRF:1000 Hz

接收机信息:

（1）接收天线增益:10dB

（2）填充波束宽度:5°

（3）接收机噪声系数Fn:10 dB

4）双基地常量设定

在无源雷达系统中，根据雷达参数的设定可以根据方程计算出对应的双基地常量K［2］。

在双基地雷达系统中最大距离积κ与双基地常量K有着很重要的关系。两者之间的关系如方程（2）

或

对于给定的SNR，为了获得最大距离积κ的值需要给定双基地常量K的值［1］。因此，为了算出给定的SNR所对应的理论的覆盖空域，必须设定双基地常量（K）。由上述给定的雷达信息可以计算出不考虑天线增益情况下的双基地常量为

由方程（3）可知，双基地最大距离积κ，能够由无源雷达系统（给定K的值）和SNR 得到。方程表示的是基线长度（L）和覆盖空域之间的关系［3］:

用Matlab 仿真出基线从0～150 km 变化过程中所对应的覆盖空域，如图2 所示，显示出覆盖空域随基线增加而减小。曲线在基线为0～100 km 的范围内变化比较缓慢，而在100 km～150 km 的范围内曲线变化非常显著并且在其后随着的基线的增加而继续减小。

图2 基线与覆盖空域之间的关系

因此，为了使无源雷达系统的覆盖空域最大，发射机和接收机之间的距离则应该在0 ～100 km之间。

3 天线方向性对覆盖空域的影响

理想情况下通过理论预测能够很容易地算出雷达系统的理想覆盖空域，但是当考虑到天线方向性时［8］覆盖空域会变得比较复杂。

1）不考虑天线方向性情况下覆盖空域

理想情况下不考虑天线方向性时的SNR 覆盖图，SNR 大于15dB 时认为可检测，经过Matlab 处理就可以得到此时的覆盖空域如图3所示。

图3 目标高度为5000m、不考虑天线方向性时的SNR覆盖图

图4 目标高度为5000m、不考虑天线方向性时的覆盖空域

可以看出在不考虑天线方向性时双基地雷达系统的覆盖空域是一个完整的椭圆，是“全向”的。

2）考虑天线方向性情况下的覆盖图

假定发射天线采用全向天线，接收天线采用方向图如图5 所示的天线，用Matlab 仿真出考虑天线方向性时的SNR覆盖图如图6所示。

此时的覆盖空域如图7 所示，对比图4 和图7可以发现考虑天线方向性之后，覆盖空域不再是图4中所表示的全向覆盖的，而是有部分方向无法覆盖，天线方向性的影响使覆盖空域也出现了一定的“方向”。

图5 天线方向图

图6 目标高度为5000m、考虑天线方向性时的SNR覆盖图

图7 目标高度为5000m、考虑天线方向性时的覆盖空域

4 多径效应和地形对覆盖空域的影响分析

通过AREPS 获取考虑多径效应和地形影响情况下的传播损耗数据，用Matlab仿真出考虑多径效应［9］和地形影响［10～12］下的SNR 覆盖图如图8 所示，经过相同的处理得到考虑多径效应和地形情况下的覆盖空域如图9所示。

对比图4 和图9 可以发现，由于多径效应和地形的影响覆盖空域变小。因此考虑多径效应，反射，衍射和其他大气和地形对双基地SNR雷达方程和雷达探测范围的影响是非常重要的。

图8 目标高度为5000m、考虑多径效应和地形情况下的SNR覆盖图

图9 目标高度为5000m、考虑多径效应和地形情况下覆盖空域

5 目标高度对雷达覆盖空域的影响

图10 目标高度为1600m、考虑天线方向性和多径效应情况下SNR覆盖图

本节将选定1600m 的目标高度来研究雷达覆盖空域。目标高度为1600m 的传播损耗数据可以通过AREPS 得到，用Matlab 仿真出目标高度为1600m 时的SNR 覆盖图如图10 所示，通过处理得到目标高度为1600m的覆盖空域如图11所示。

通过比较图4 和图11 可以看到目标高度变低雷达覆盖空域会变小。这是因为高度越低多径效应和地形对传播的影响会增强。

图11 目标高度为1600m、考虑天线增益和多径效应情况下可检测SNR覆盖面积图

6 结语

分析仿真结果可以看出，对于特定的双基地雷达系统而言（双基地常量K一定），在SNR一定的情况下，其覆盖空域随着系统基线长度（L）的增加而减小。天线方向性的存在使覆盖空域出现了一定的“方向”，这就要求在选址的时候需要考虑目标出现的“方向”，从而确保双基地雷达系统能够覆盖到目标。多径效应和地形的影响使双基地雷达系统的覆盖空域减小，并且目标高度越低，双基地雷达系统的覆盖空域受多径效应和地形的影响会越大，导致覆盖空域会越小，这就要求双基地雷达在工作时必须要想办法减小多径效应和地形的影响，这一点对实现双基地雷达系统覆盖空域最大化很重要。