劉 波，陳春暉，馮 軍

(1.空軍裝備研究院雷達(dá)與電子對(duì)抗研究所，北京 100085;2.空軍裝備部，北京 100043)

0 引 言

機(jī)載預(yù)警雷達(dá)受到技術(shù)體制和地(海)面雜波等因素的影響，其威力覆蓋范圍描述較地面雷達(dá)復(fù)雜得多，威力覆蓋范圍可以從空域、時(shí)域和速度域三個(gè)角度進(jìn)行綜合描述。在空間覆蓋范圍方面，除探測(cè)距離范圍這一基本參數(shù)外，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)還存在距離遮擋盲區(qū)(脈沖周期發(fā)射造成的周期性盲區(qū))，底部盲區(qū)、機(jī)身和機(jī)翼遮擋盲區(qū)(與載機(jī)外形和機(jī)身姿態(tài)等有關(guān))等地面雷達(dá)不存在問(wèn)題［1，2］。在時(shí)間覆蓋范圍方面，由于載機(jī)在空中處于不斷運(yùn)動(dòng)之中，在雷達(dá)威力一定的情況下，隨著載機(jī)位置的變化，雷達(dá)覆蓋的范圍也會(huì)發(fā)生變化［3］。一部分空域是雷達(dá)始終能夠覆蓋到的區(qū)域，可稱之為“穩(wěn)定覆蓋區(qū)”，另一部分空域則是在部分時(shí)間內(nèi)覆蓋到的區(qū)域，可稱之為“短時(shí)覆蓋區(qū)”(此處“短時(shí)”所指的時(shí)間長(zhǎng)度與雷達(dá)完成全方位掃描的時(shí)間相當(dāng))?！岸虝r(shí)覆蓋區(qū)”的空域交集即是“穩(wěn)定覆蓋區(qū)”［4］。事實(shí)上，隨著載機(jī)的移動(dòng)，短時(shí)覆蓋空域會(huì)不斷發(fā)生變化，部分空域不能維持持續(xù)探測(cè)。機(jī)載預(yù)警雷達(dá)通常采用脈沖多普勒體制，對(duì)空探測(cè)時(shí)主要依靠目標(biāo)與雜波的徑向速度差異來(lái)完成目標(biāo)檢測(cè)，目標(biāo)方位和飛行方向等因素均影響雷達(dá)的探測(cè)威力?；跈C(jī)載預(yù)警雷達(dá)的威力與空中目標(biāo)飛行速度和方向之間的關(guān)系，說(shuō)明了目標(biāo)回波信號(hào)落入雷達(dá)探測(cè)檢測(cè)多普勒清晰區(qū)、副瓣雜波區(qū)和盲區(qū)的條件，并分析了機(jī)載預(yù)警雷達(dá)不同方位的探測(cè)威力。為統(tǒng)計(jì)雷達(dá)探測(cè)中的目標(biāo)落入速度盲區(qū)的比例，還提出一種速度盲區(qū)的表示方法，可簡(jiǎn)單地計(jì)算出速度盲區(qū)的大小。

1 雷達(dá)盲區(qū)與目標(biāo)速度的關(guān)系

目標(biāo)徑向速度大小是目標(biāo)相對(duì)于載機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度，地物回波構(gòu)成主雜波，跟蹤時(shí)得到補(bǔ)償。機(jī)載預(yù)警雷達(dá)經(jīng)常采用中重頻和高重頻的脈沖多普勒信號(hào)形式，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)回波信號(hào)多普勒值落入主雜波附近或與脈沖重復(fù)頻率整數(shù)倍接近時(shí)，容易形成速度盲區(qū)，尤其是近程雜波多普勒回波也會(huì)影響雷達(dá)對(duì)低速目標(biāo)的檢測(cè)。

以預(yù)警機(jī)的位置為參考，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)對(duì)同樣RCS 大小，沿徑向朝向預(yù)警機(jī)飛行目標(biāo)的探測(cè)能力如圖1 所示，假設(shè)R1和R2分別為載機(jī)探測(cè)的多普勒清晰區(qū)和副瓣雜波區(qū)的半徑。

設(shè)va為載機(jī)速度，vt為目標(biāo)速度，vmin為最小可檢測(cè)速度，θ1為處于多普勒清晰區(qū)的目標(biāo)飛行方向與載機(jī)飛行方向的夾角，θ2為落入速度盲區(qū)的目標(biāo)飛行方向與載機(jī)飛行方向的夾角。載機(jī)速度根據(jù)雷達(dá)多普勒清晰區(qū)和副瓣雜波區(qū)分布特征［5］，多普勒清潔區(qū)內(nèi)滿足的條件為

式(1)和式(2)分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)與載機(jī)相向和背向飛行時(shí)的情況。由此可得多普勒清晰區(qū)和副瓣雜波區(qū)分界線處滿足式(3)

目標(biāo)與載機(jī)尾追飛行時(shí)，若兩者速度接近，則還存在方位探測(cè)盲區(qū)，條件為

可得

相同徑向速度、相同RCS 的目標(biāo)從不同角度朝向預(yù)警機(jī)飛行時(shí)，分別處于多普勒清晰區(qū)，副瓣雜波區(qū)和尾后盲區(qū)時(shí)，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)距離情況，如圖1 所示。只有當(dāng)目標(biāo)速度大于兩倍的預(yù)警機(jī)飛行速度時(shí)，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的威力才具有360°全方位相同的探測(cè)能力。

圖1 機(jī)載預(yù)警雷達(dá)對(duì)不同徑向飛行速度目標(biāo)的探測(cè)

若目標(biāo)速度矢量與載機(jī)航向平行或垂直，目標(biāo)落入低速盲區(qū)的條件為

式中，θ3為落入速度盲區(qū)的目標(biāo)飛行方向與載機(jī)航向的夾角，可得

目標(biāo)速度矢量與載機(jī)航向平行或垂直時(shí)，目標(biāo)的探測(cè)盲區(qū)分布情況如圖2 所示(深色部分為速度盲區(qū))。

圖2 目標(biāo)速度矢量與載機(jī)航向平行或垂直時(shí)，目標(biāo)的探測(cè)盲區(qū)分布

2 目標(biāo)落入速度盲區(qū)的比例

通常要準(zhǔn)確描述目標(biāo)速度盲區(qū)較為困難，二維可見(jiàn)度僅能給出距離遮擋盲區(qū)和速度遮擋盲區(qū)，而且是不連續(xù)的，無(wú)法準(zhǔn)確獲得速度盲區(qū)的具體量值。一種速度盲區(qū)的簡(jiǎn)單描述方法，即盲速的一種統(tǒng)計(jì)方法如圖3 所示。圖3 中各個(gè)同心圓的半徑長(zhǎng)度表示為速度值的大小，最外面的圓的半徑為需要檢測(cè)的最大速度值，通常的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)最大可檢測(cè)速度值為1000 ～1500 m/s;內(nèi)部的陰影區(qū)小圓半徑為最小可檢測(cè)速度值，通常為30 ～50 m/s。速度值可以分為徑向分量和切向分量，速度越大，越不容易落入速度盲區(qū)，除去不可檢測(cè)的切向速度，只要有少部分徑向速度分量即可滿足檢測(cè)需要;速度越小，越容易落入速度盲區(qū)，對(duì)于實(shí)際速度小于最小可檢測(cè)速度的目標(biāo)，無(wú)論徑向和切向速度如何分配，均無(wú)法脫離速度盲區(qū)。圓周上的位置代表目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航向(不代表目標(biāo)地理位置意義上的方向)，載機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的速度盲區(qū)是一個(gè)圓，圓的半徑為雷達(dá)主雜波寬度對(duì)應(yīng)的多普勒頻率。據(jù)此圖，可以較為容易地計(jì)算出圖中陰影部分的面積占最大圓面積的比例，該值即為速度不可見(jiàn)的比例，通常這一比例小于10%。

圖3 目標(biāo)速度探測(cè)盲區(qū)的描述方法

對(duì)于切向慢速的描述是準(zhǔn)確直觀的，還有多種重頻選擇對(duì)應(yīng)的盲區(qū)，這些速度處于最外面大圓內(nèi)，分布不規(guī)則，難以準(zhǔn)確計(jì)算面積(即速度盲區(qū)的比例)，但由于這部分速度范圍通常遠(yuǎn)小于主雜波速度盲區(qū)范圍，比例不大，對(duì)目標(biāo)探測(cè)的影響較小，工程上可以忽略。

以最大可檢測(cè)速度為半徑計(jì)算出的圓面積對(duì)應(yīng)所有速度總和(用“S”表示)，圖3 中的兩個(gè)梯形對(duì)應(yīng)的面積之和為盲區(qū)速度范圍(用“T”表示)，T/S即為盲速比例。以雷達(dá)最大和最小可檢測(cè)徑向速度分別為1500 m/s 和45 m/s 為例，T 值等于半徑為1500 的圓面積。S 值計(jì)算中涉及到梯形部分的面積，梯形的寬邊長(zhǎng)為45，高為1500。利用三角函數(shù)解出梯形A、B 兩點(diǎn)長(zhǎng)度為78，可求出梯形面積，進(jìn)而盲速比例T/S=1.8%。

3 結(jié) 語(yǔ)

全面分析了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度和相對(duì)位置對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)探測(cè)性能的影響，說(shuō)明了速度落入清晰區(qū)、副瓣雜波區(qū)和盲區(qū)的條件，為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)能力及規(guī)劃預(yù)警機(jī)的使用方式提供參考。

［1］酈能敬. 預(yù)警機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論［M］. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

［2］ BARTON D K. Modern Radar System Analysis［M］. Artech House，1988.

［3］劉波，陳春暉，沈齊.機(jī)載預(yù)警雷達(dá)協(xié)同探測(cè)方式研究［J］.現(xiàn)代雷達(dá)(待刊)，2012.

［4］劉波，王懷軍，陳春暉.預(yù)警機(jī)雷達(dá)威力覆蓋分析與航線優(yōu)化［J］.空軍裝備研究，2012(1).

［5］ GEORGE W STIMSON. Introduction to Airborne Radar［M］. SciTech Publishing，Inc. 1998.