舰载雷达侦察装备灵敏度及动态范围解析研究∗

柯 凯

（中国人民解放军91404部队 秦皇岛 066001）

1 引言

在舰载雷达侦察装备指标体系中，灵敏度、动态范围是重要的技术指标，与之息息相关的雷达侦察距离也是重要的战术指标，对该类型装备的作战能力具有十分重要的影响。在工程实际中，雷达侦察装备实际灵敏度与指标灵敏度存在一定差距，对装备实际使用中的侦察距离产生了较大影响，直接影响装备作战使用效能。本文将对舰载雷达侦察装备灵敏度和动态范围进行解析分析，建立与能量域、空间域的映射关系，通过仿真分析对作战使用的影响，为舰载雷达侦察装备作战操作使用提供参考。

2 动态范围及灵敏度解析分析

系统灵敏度表征了装备对微弱信号的侦收能力，能侦收的雷达信号功率越小，表明装备的灵敏度越高，对应的雷达侦察距离就越大。动态范围与灵敏度息息相关，表征了雷达侦察装备在正常工作条件下所允许的雷达信号功率变化范围，在雷达信号功率过大时，装备会发生过载、接收机信噪比超出正常情况或接收机出现饱和，装备无法正常工作。系统灵敏度与动态范围是雷达侦察装备重要的技术指标，与装备战术指标与使用规则息息相关［1］。

2.1 侦察灵敏度解析分析

在气候良好的视距条件下，雷达侦察装备天线口面处的接收功率Pr为

式中：Pt为雷达发射峰值功率，Gt为雷达天线增益，R为机载电子进攻装备与雷达平台之间的距离，λ为雷达工作波长；γ为天线极化损耗。灵敏度Prmin为装备能测定辐射源信号参数所需最小信号的强度［2］。

式（1）可以转变成如下所示的计算公式：

式中：Pr、Pt、Gt单位均为dBW，F为雷达载频，单位为MHz，R为雷达天线与雷达侦察装备天线距离，单位为km。

由式（2）可得雷达侦察装备对雷达的最大侦察距离Rmax为

通过式（3）可以得到雷达侦察装备最大侦察距离与灵敏度的对应关系，实现雷达侦察装备技术指标与战术指标的映射。

2.2 动态范围解析分析

动态范围分为瞬时动态范围和最大动态范围，其中瞬时动态范围是雷达侦察设备正常工作的条件下，其接收的雷达信号最小功率和最大功率的比值，最大动态范围是指增加手控增益调节的情况下，雷达侦察装备正常工作时接收的雷达信号最小功率和最大功率的比值［3］。考虑到对低功率雷达的侦收，本文主要解析分析瞬时动态范围指标。

设雷达侦察装备的瞬时动态范围为D，单位为dB，对于同型雷达信号，可得其最小侦察距离Rmin为

3 指标战术映射分析

3.1 单目标映射

通过解析分析灵敏度与瞬时动态范围，对同一雷达目标即Pt1+Gt1=Pt2+Gt2时，可得灵敏度、动态范围与雷达侦察装备能同时侦收的最大距离、最小距离映射关系，即从能量域到空间域的映射关系，如图1所示。

由图1可知，对于同型雷达目标，在不进行手控增益调节的情况下，雷达侦察装备对其最大、最小侦察距离由系统灵敏度和动态范围决定。

图1 单目标映射

3.2 多目标映射

在实际应用中，舰载雷达侦察装备在视距范围内会侦收到多批雷达信号，到达雷达侦察装备天线口面处的雷达信号功率各不相同［4～8］，可得雷达侦察装备系统灵敏度、动态范围与多目标映射关系，即从能量域到空间域、能量域的映射，如图2所示。

图2 多目标映射

在多目标映射中，雷达侦察装备最小侦察距离一般受设备天线俯仰范围、瞬时动态范围所影响［9］，低于这个距离的雷达信号无法侦收；最大侦察距离一般受雷达侦察装备灵敏度、视距所影响，大于这个距离的雷达信号同样无法侦收。但是由于装载雷达的水面、地面、空中平台高度不同，视距也有很大差距，可根据视距计算公式求取，多则几百公里，少则几十公里。雷达侦察装备的侦察范围即为这一环形区域内的N个雷达信号，为雷达侦察装备可侦收信号的空间域和能量域的交集，空间域变量主要涉及视距、方位、俯仰等要素，能量域变量主要为雷达信号功率。

3.3 灵敏度指标值与实际值映射

在实际工程实现中，在设计生产雷达侦察装备过程中需考虑线缆衰减、天线增益、大气衰减等方面的影响［10］，普遍会使装备实际灵敏度高于指标值，而动态范围实际值和设计值普遍相差不大，这也会带来新的问题。

其中较为突出的一个问题是，虽然实际灵敏度比指标灵敏度高，雷达侦察装备可以侦收到功率更小的雷达信号，实现更远的侦察距离，但在瞬时动态范围不变的情况下，其能侦收到的近距离大信号会变小，相应的最小侦察距离也会变近，如图3所示。

图3 指标能量域与侦察范围空间域映射

这在实际的战术应用中存在一定弊端，如在防空反导作战中的大功率末制导雷达和敌方舰船抵近条件下的舰载雷达侦察识别，存在其能量超出雷达侦察装备最大能量阈值而无法侦收的情况，出现侦察、识别和预警盲区，导致产生漏警结果，对舰艇安全造成严重威胁。

4 仿真验证

为了研究舰载雷达侦察装备灵敏度与动态范围对作战使用的影响，进行仿真验证演示。舰载雷达侦察装备灵敏度与瞬时动态范围指标参照文献［11］设置，实际灵敏度与灵敏度指标高4dB。

仿真验证单舰面对两枚导弹攻击态势下的作战使用效果。根据文献［12］进行参数设置，设定第一枚反舰导弹末制导雷达为常规功率雷达，工作于Ku频段，发射功率为20kW，天线增益35dB，雷达有效辐射功率（Effective Radiated Power，ERP）为78dBW；第二枚反舰导弹末制导雷达为低功率雷达，工作于Ku频段，发射功率为50W，天线增益为20dB，ERP为37dBW。

为了便于分析，假定两枚反舰从距离舰船40km处末制导雷达开机直至过顶，末制导雷达到达舰载雷达侦察装备天线口面处的功率随距离变化如图4所示。在指标灵敏度条件和不加人工衰减的情况下，舰载雷达侦察设备在35.8km以内都能侦收到低功率雷达，在10.1km外都能侦收到高功率雷达；在实际灵敏度条件和不加人工衰减的情况下，舰载雷达侦察设备40km以内都能侦收到低功率雷达，在14.3km外都能侦收到高功率雷达。

可以看出，在实际灵敏度条件下，相比较于指标灵敏度，舰载雷达侦察设备对低功率信号的侦察能力加强，但对高功率信号的侦察能力有所减弱。尤其在15km以内的末端反导区域，舰载雷达侦察装备无法侦收到高功率末制导雷达信号，严重影响装备作战使用。

图4 两种情况下侦察范围仿真结果

5 结语

舰载雷达侦察装备灵敏度与动态范围指标与侦察距离息息相关，由于灵敏度实际值与指标的不同，在作战使用中对反舰导弹高功率末制导雷达的侦察距离也有较大影响，需要在作战使用中加以注意，必要时可以设置一定程度的人工衰减，以保证末端反导时对高威胁大功率雷达的侦收。当然，本文的仿真分析只是针对特定情况而言，作战使用中情况千差万别，还需全面考虑、综合分析，务求最大程度发挥装备效能。