多径效应对电子对抗装备的影响

闫晓峰，王 烨

(海军装备部，四川 成都 610000)

0 引 言

在现代电子对抗装备中，为了加大设备的覆盖范围，装备需布设在较高位置，用于侦测海上舰船或海面低空飞机的雷达信号，低空飞行的电子战飞机上的侦察雷达，由于有时需要工作在低仰角的情况下，就会受到多径效应的影响。多径效应不仅造成信号衰落，严重影响了信号的侦收，而且容易导致跟踪天线差值方向图零点发生偏移，从而影响天线跟踪的平稳性。多径衰落引起的信号功率减小，会致使接收灵敏度降低、干扰功率减小等。

1 多径效应的途径及影响

1.1 多径效应的途径

多径效应主要是信号通过周围环境的耦合形成，雷达或雷达对抗装备发射和接收的信号除了会直接到达目标外，还会通过其他多种途径到达目标，如地面或海面的散射、物体的反射及几何绕射等。如图1所示为信号经物体的反射后到达目标的情况。由于这些传输信号经过的路径不同，长度不等，到达目标处的时间也不同，导致这些信号到达目标处的相位和幅度不同。因此，目标收到的信号是这些不同途径到达信号的矢量和。极限情况下，两信号的相位相反，接收信号就是这两信号的代数差[1]。

图1 多径效应示意图

1.2 与多径效应影响相关的参数

在图1中，设直射信号归一化为1，反射系数为ρ，路径差引起的相移为φ。则目标处的信号强度为：

S=1+ρ(ω·θ)exp{-j2ωh1h2/cd}

(1)

式中：ρ(ω·θ)为信号载波频率ω入射角θ时的反射系数；c为光速[2]。

从公式(1)可以看出，多径效应的影响与反射系数、信号频率、入射余角等均有关系。而反射系数与反射面性质、信号频率、入射余角及极化形式有关。

多径效应影响最严重的是平静海面和光滑陆地(特别是沙漠地带)，粗糙海面和地面、特别是长满植物的地面，多径效应可以忽略。

基于很多关于厘米波由陆地反射的实验数据，可以得出结论：(1)镜反射只能从很平坦的表面获得，稀落的植物并不影响镜反射；(2)当存在粗糙性时，反射系数减小；(3)植物的覆盖层，一般来说，会使反射系数减小；(4)水平极化时，反射面的粗糙性在反射特性上，较垂直极化时表现得更为严重[3]。

2 装备使用中遇到的多径影响及原因分析

2.1 装备使用中的多径现象

某型多波束干扰站在使用中出现系统发出的干扰信号耦合到侦察通道，导致系统出现自发自收情况,无法正常工作。

某型分布式干扰站在进行单脉冲和差跟踪测试时有些频率信号容易跟丢。干扰等效功率测试时，将车辆与测试天线都摆放在水泥地上进行测试，有些频率点等效功率偏低。

为了更明显地看出多径效应的影响，选择车载安装平台进行对系统方向图的影响实验。

实验1：装备车辆放置在宽阔草地的中间，在车体正前方与装备侦察天线距离R处放置辐射源，辐射功率P保持不变。辐射源与车体的相对位置如图2所示。

图2 实验情况1示意图

辐射信号除了会直接照射到侦察天线外，还会通过车顶的金属天线舱顶盖以及车体其他区域反射到侦察天线处。将频谱仪放在车舱内，频谱仪的射频信号输入口连接到装备系统侦察天线后的前置放大器射频输出口。设置频谱仪中心频率为辐射源频率，频谱仪带宽为0，扫描时间为10 s，其他参数采用默认值保持不变。采取减小多径效应措施前频率8 GHz信号辐射时测得的系统方向图，如图3中曲线1所示，该曲线为直射信号和多径信号的共同作用结果。为了减小多径信号的影响，在天线舱顶盖上铺设了吸波材料，采用该措施后测得的系统方向图如图3中曲线2所示。

图3 信号从车体前方入射时，车顶加吸波材料与不加时系统方向图对比

通过对图3中的2条曲线进行对比可以看出，在天线舱顶盖上铺设了吸波材料后，系统方向图改变明显。

实验情况2：在实验情况1的基础上，改变辐射源位置到车体正右侧距侦察天线R处，辐射源正对着侦察天线，其他测试条件都不变。频率8 GHz、功率为P的信号辐射时，测得的系统方向图如图4中曲线1所示，在天线舱顶盖和附件箱上铺设了吸波材料后测得的系统方向图如图4中曲线2所示。

图4 信号从车体右方入射时，车顶加吸波材料与不加时系统方向图对比

通过对图4中的2条曲线进行对比可以看出，在天线舱顶盖和附件箱上铺设了吸波材料后，对系统方向图的影响很小。这是因为信号从车体右侧面入射时，侦察天线与车体侧面面壁的距离很近，侧面方向的辐射信号形成的微小反射信号对进入侦察天线的直射信号影响很小，而车顶天线舱顶盖、附件箱以及车顶其他区域都不在辐射源与侦察天线的连线路径上，其形成的多径信号对直射信号的影响也非常小。因此，对车体正侧面的辐射信号，是否在车顶铺设吸波材料都对系统方向图影响不大。

实验情况3：在实验情况1的基础上，在天线舱顶盖和附件箱上加铺吸波材料，分别改变辐射源位置到车体正右侧距侦察天线R处的位置2和车体正后方距侦察天线R处的位置3，如图5所示，其他测试条件都不变。

图5 实验情况3示意图

频率8 GHz、功率P的信号辐射时，从正前方、正右侧、正后方3个方向测得的系统方向图如图6中3条曲线所示。图片中3条曲线在左右方向的位置差异主要是由于频谱仪内的扫描时间触发起点不一致引起，上下方向的位置差异是测得的信号幅度差异。

图6 8 GHz信号从车体前、右、后方入射时测得的系统方向图对比

频率为17 GHz、功率为P的信号辐射时从正前方、正右侧、正后方3个方向测得的系统方向图如图7中3条曲线所示。

图7 17 GHz信号从车体前、右、后方入射时测得的系统方向图对比

从图6和图7可以看出，虽然在天线舱顶盖和附件箱上铺设了吸波材料，由于车体表面特别是车顶还有较多没有铺设吸波材料的表面也是由金属构成，它们对不同方向入射到装备车侦察天线的信号会产生不同程度的多径信号影响，导致同一个信号从这3个方向辐射时测得的系统方向图差异很大，特别是幅度上。另外，由于多径效应与信号频率有关，通过对比图6和图7中的幅度差可以看出，不同频率的信号分别从这3个方向入射时，受到的多径效应影响程度也不同。

2.2 原因分析

在出现多径效应时，信号除了直接照射目标外，还通过其他途径到达目标，这些不同途径到达目标的信号相互干涉，导致原有信号的某些参数(如相位、幅度等)出现变化，影响系统分析结果。如果在使用中不能采取措施有效解决，轻者可以降低系统的作用，严重的可以导致系统无法正常工作。

从上述2个电子对抗装备遇到的现象可以看到，多径效应会影响系统的收发隔离度、信号跟踪、多径衰落等。

对上述装备遇到的现象进行原因分析：

(1) 在系统测试收发隔离和跟踪功能时，离装备车较近处停放有其他车辆，或者装备车附近有覆盖金属板较多的板房及钢架房。通过分析及验证发现，信号通过这些反射物反射后进入了装备侦察系统，导致系统出现上述不良影响；

(2) 测试等效功率受周围物体及水泥地面的反射信号影响，导致有些频率达不到指标现象；

(3) 在实验中，由于车体特别是车顶的影响，出现不同方位、不同频率的辐射信号时测得的方向图有较大差异。根据实验结果，可以从装备车本身和使用过程中采用措施减小多径效应的影响，提高装备的使用效率。

3 解决方法及措施

针对电子对抗装备多径效应的影响，可以采取以下几个方面的措施进行解决：

3.1 技术途径

(1) 基于时空频联合的信号分选，基于透镜多波束空域波束分离及精确测向技术，采用频率宽带接收方式，实现对复杂体制雷达信号的准确描述。充分利用空域和频率分离信息的能力，提取相参脉冲簇信号的全信息，同时结合信号本身的时间特性，实现同一辐射源在时域上的融合，实现信号有效分选。

(2) 利用改进的雷达辐射源库信息，对分选后的脉冲簇进行参数匹配，对未匹配上的脉冲簇进行动态参数关联，将统一目标的脉冲簇融合成一个辐射源，解决分选增批与虚警问题。

3.2 使用途径

(1) 选择使用环境时，装备周围应无金属反射物或反射系数大的非金属反射物。选择反射系数较小的场地(如有植被覆盖的粗糙地面)有助于降低多径效应的影响；

(2) 根据装备上天线的安装情况选择合适的辐射方位范围，尽量减小平台的影响；在金属板制成的平台上粘贴吸波材料也是减小多径的有效方法；

(3) 装备使用时，在满足使用要求下尽量使波束上翘，如多波束系统中用最低层的俯仰波束侦收信号而其他较高层波束对着空中，以减小地面散射的影响。

4 结束语

对在实际使用、测试电子对抗装备过程中遇到的多径问题，从环境耦合等方面进行认真分析，找出受到多径影响的因素，提出了有效的解决措施并进行了验证。