雷达测高精度影响因素及改善策略分析

徐其贵 南京电子技术研究所

1 雷达测高基本原理分析

雷达系统根据其用途、原理、工作波长等属性的不同可以分成多种类型，典型的雷达系统包括天馈线、发射、接收、信号处理、雷控、数据处理与显示等。雷达首先向空间发射电磁波，遇到目标后部分返回接收机，经信号处理后计算出目标的空间位置。雷达测高的过程主要包含仰角测量和高度计算等两个步骤。

图1 仰角测量信号处理流程

如图1 所示，接收到目标信号后，由多通道进行采样并进行脉压、对消、检测等邓处理，然后各通道产生的I/Q 值两两进行比幅测角，得到多个角度值，再经过加权平均后输出最终计算角度。

波位内仰角分两路进行修正后进行加权平均，通过目标仰角对目标的高度进行估计，然后与历史信息综合后对高度进行滤波处理，得到目标的计算高度。同时将该高度存储起来，作为后续高度计算的参考。

2 雷达测高精度影响因素分析

2.1 装备技术状态

2.1.1 T/R 组件幅相一致性

T/R 组件是雷达的前端组件之一，该组件的幅相一致性对于目标高度的测量有重要影响，因而一般作为阵面分系统的必要指标之一。在组件技术状态不佳的情况下，例如元件老化、电路故障、硬件损坏等等，其接收波束会出现变形失真问题；如果T/R 组件设计参数出现较大误差，或空间覆盖不充分，也会影响幅相一致性，从而影响目标高度的测量精度。

2.1.2 接收通道幅度一致性

接收通道是雷达通道接收机的重要组成部分，它在信号的接收、放大、混频、采集等处理环节发挥着重要作用，其输出的信号将作为信息处理系统的输入，成为高度测量的关键数据。在接收机的接收通道中，通道数和波束有着一一对应的关系。显然，如果接收通道出现故障，高度的测量自然会出现较大误差，甚至无法测量。接收通道幅度一致性是评价接收机质量的重要指标，如果各通道的幅度有较大差异，那么这种差异就会转化为测量的误差。这种差异一般来源于器件本身的性能以及生产装配过程中的质量。如果雷达在使用前没有进行校准，由于接收通道幅度不一致造成的误差会更显著。

2.1.3 天线车水平度

在大地坐标系中，雷达波束的指向通常由阵面倾角和波束扫描角两部分来描述，而这两个角度都与天线车的水平度有直接的关系。如果天线车水平度不满足要求，就会造成俯仰角测量精度的误差，该误差会通过计算公式传递到目标高度的计算结果上，从而影响目标高度测量精度。天线车水平度的偏差通常与调平腿架设不当、天线车地基运动等因素有关。

2.2 外界环境影响

2.2.1 遮蔽角

遮蔽角对雷达测高的精度有一定的影响。以S 波段雷达测量过程为例，在低仰角的状态下会产生一定的反射信号，尽管反射信号对测量信号的干扰比P 波段雷达要小得多，但仍然不可忽略。所以在此情况下一般不对仰角低于0.3 度的目标测量提出强制性的精度要求。雷达对仰角低于0.3°的目标没有测高精度的要求。若阵地遮蔽角较大，假设为0.5°，对仰角0.8°的目标与遮蔽角为0°时仰角0.3°的目标测高精度相当。因此考虑遮蔽角的影响是必要的。

2.2.2 电磁干扰

雷达设备是一种精度电子系统，对电磁干扰十分敏感，尽管有着一些抗干扰设计，但仍然会对测量精度造成影响。电磁干扰的水平用信干噪比来表征，信干噪比高时可以取得较好的精度，反之则会造成测量精度下降。当电磁干扰强度大于雷达本身的噪声基底时，目标信干噪比就会急剧下降，测高精度随之下降。

2.2.3 地物杂波

雷达信号对地物杂波较敏感，尤其是对附近空间的地物杂波。一般来说，对于100km 范围内的强地海杂波区内，地海杂波剩余对雷达测高精度有较大的影响，使测量结果产生跳变，从而不能取得稳定而精确的测量结果。

2.3 目标空间位置

雷达系统对于不同方位、不同距离的目标，其测高精度是不一样的。一般来说，目标仰角过低会影响测高精度，当目标仰角较高时可以取得较好的测高精度，然而即使目标仰角较高，如果距离较远，也难以取得理想的精度。在雷达威力覆盖范围内，可以将测量精度分为七个区域，其中Ⅰ类区为高精度区，目标仰角较大，且距离在覆盖范围的附近区域；Ⅱ类和Ⅲ类区属于中精度区域，其目标仰角也较大，但距离比Ⅰ类区稍远；Ⅳ类和Ⅴ类区也是中精度区，目标距离适中，但仰角偏小；Ⅵ类和Ⅶ类区域属于低精度区，一般属于近距离强地海杂波区，或者雷达覆盖的边缘区域，其测量值置信度较低，通常仅用于参考。

3 雷达测高精度改善策略

3.1 提高雷达设计水平

雷达本身的性能是影响测高精度的最重要因素，在同样的条件下，高性能的雷达精度自然比低性能雷达要好，因此提高雷达设计水平至关重要。在雷达设计阶段，应综合分析探测距离、探测高度、精度范围等多方面的影响，并重视对误差的修正。首先，雷达系统本身要对异常的测量结果有一个较准确的判断，对于精度误差过大的应判为测量失败，不要输出测量结果；其次，要细化高度修正方案，为不同角度、不同距离和高度的测量区域提供相应的修正参数供用户选择；再次，设计雷达时应考虑自校正模块，雷达定期进行自检并对各通道进行自动校正，如精度超出预设值，应及时提醒用户；最后，要充分运用大数据和人工智能等先进算法，使得传统的点迹过滤及航迹滤波等算法更加智能化。

3.2 优化架设阵地选址

前面已经分析了环境因素对雷达测量精度的影响，这就要求在雷达选址和架设过程中要充分考虑阵地及其周边的条件，例如地理位置、周边环境、架设高度等等。在阵地选址过程中，首先要考虑阵地遮蔽角的影响，要将遮蔽角的影响降到最低，而且要对周边电磁环境进行实地调查和测试，不能将雷达架设在电磁环境过于复杂的区域；其次，在阵地建设和维护时，要把附近的高大树木等遮蔽物清除干净，同时不能在测量空间内安装通信基站或变电站等可能造成干扰的设施；对于多雷达测量系统的部署，应使雷达系统之间保持足够的距离，避免造成严重的近区遮蔽；最后，雷达在安装调试过程中，必须由专业技术人员进行调试和校准，设置好必要的参数，保证使用时的精度。

3.3 提升操作人员技能

雷达系统作为一种高科技产品，要求操作人员对其原理有深入的了解，并具备一定的故障分析能力和电路维修能力。在平时要多加训练并总结经验，提升综合素养。雷达要进行必要的日常维护，定期开展检修，及时发现问题，解决问题。在使用过程中一定要按照规范操作，禁止违规操作。

4 结语

雷达作为一种高科技产品，目前已经广泛应用于各种领域，雷达的测量精度是衡量雷达性能的最关键指标，因此对雷达精度影响因素及改善策略的相关研究，仍将成为未来雷达设计和应用领域的焦点。无论是雷达的设计者还是使用者，都应该努力从各方面提高雷达的测量精度，提升设计和应用水平。