目标飞行特性与机载预警雷达探测威力关系研究

2012-06-10陈春晖

中国电子科学研究院学报 2012年4期

刘波，陈春晖，冯军

(1.空军装备研究院雷达与电子对抗研究所，北京 100085;2.空军装备部，北京 100043)

0 引言

机载预警雷达受到技术体制和地(海)面杂波等因素的影响，其威力覆盖范围描述较地面雷达复杂得多，威力覆盖范围可以从空域、时域和速度域三个角度进行综合描述。在空间覆盖范围方面，除探测距离范围这一基本参数外，机载预警雷达还存在距离遮挡盲区(脉冲周期发射造成的周期性盲区)，底部盲区、机身和机翼遮挡盲区(与载机外形和机身姿态等有关)等地面雷达不存在问题［1，2］。在时间覆盖范围方面，由于载机在空中处于不断运动之中，在雷达威力一定的情况下，随着载机位置的变化，雷达覆盖的范围也会发生变化［3］。一部分空域是雷达始终能够覆盖到的区域，可称之为“稳定覆盖区”，另一部分空域则是在部分时间内覆盖到的区域，可称之为“短时覆盖区”(此处“短时”所指的时间长度与雷达完成全方位扫描的时间相当)。“短时覆盖区”的空域交集即是“稳定覆盖区”［4］。事实上，随着载机的移动，短时覆盖空域会不断发生变化，部分空域不能维持持续探测。机载预警雷达通常采用脉冲多普勒体制，对空探测时主要依靠目标与杂波的径向速度差异来完成目标检测，目标方位和飞行方向等因素均影响雷达的探测威力。基于机载预警雷达的威力与空中目标飞行速度和方向之间的关系，说明了目标回波信号落入雷达探测检测多普勒清晰区、副瓣杂波区和盲区的条件，并分析了机载预警雷达不同方位的探测威力。为统计雷达探测中的目标落入速度盲区的比例，还提出一种速度盲区的表示方法，可简单地计算出速度盲区的大小。

1 雷达盲区与目标速度的关系

目标径向速度大小是目标相对于载机运动的速度，地物回波构成主杂波，跟踪时得到补偿。机载预警雷达经常采用中重频和高重频的脉冲多普勒信号形式，对应的目标回波信号多普勒值落入主杂波附近或与脉冲重复频率整数倍接近时，容易形成速度盲区，尤其是近程杂波多普勒回波也会影响雷达对低速目标的检测。

以预警机的位置为参考，机载预警雷达对同样RCS 大小，沿径向朝向预警机飞行目标的探测能力如图1 所示，假设R1和R2分别为载机探测的多普勒清晰区和副瓣杂波区的半径。

设va为载机速度，vt为目标速度，vmin为最小可检测速度，θ1为处于多普勒清晰区的目标飞行方向与载机飞行方向的夹角，θ2为落入速度盲区的目标飞行方向与载机飞行方向的夹角。载机速度根据雷达多普勒清晰区和副瓣杂波区分布特征［5］，多普勒清洁区内满足的条件为

式(1)和式(2)分别对应目标与载机相向和背向飞行时的情况。由此可得多普勒清晰区和副瓣杂波区分界线处满足式(3)

目标与载机尾追飞行时，若两者速度接近，则还存在方位探测盲区，条件为

可得

相同径向速度、相同RCS 的目标从不同角度朝向预警机飞行时，分别处于多普勒清晰区，副瓣杂波区和尾后盲区时，机载预警雷达的探测距离情况，如图1 所示。只有当目标速度大于两倍的预警机飞行速度时，机载预警雷达的威力才具有360°全方位相同的探测能力。

图1 机载预警雷达对不同径向飞行速度目标的探测

若目标速度矢量与载机航向平行或垂直，目标落入低速盲区的条件为

式中，θ3为落入速度盲区的目标飞行方向与载机航向的夹角，可得

目标速度矢量与载机航向平行或垂直时，目标的探测盲区分布情况如图2 所示(深色部分为速度盲区)。

图2 目标速度矢量与载机航向平行或垂直时，目标的探测盲区分布

2 目标落入速度盲区的比例

通常要准确描述目标速度盲区较为困难，二维可见度仅能给出距离遮挡盲区和速度遮挡盲区，而且是不连续的，无法准确获得速度盲区的具体量值。一种速度盲区的简单描述方法，即盲速的一种统计方法如图3 所示。图3 中各个同心圆的半径长度表示为速度值的大小，最外面的圆的半径为需要检测的最大速度值，通常的机载预警雷达最大可检测速度值为1000 ～1500 m/s;内部的阴影区小圆半径为最小可检测速度值，通常为30 ～50 m/s。速度值可以分为径向分量和切向分量，速度越大，越不容易落入速度盲区，除去不可检测的切向速度，只要有少部分径向速度分量即可满足检测需要;速度越小，越容易落入速度盲区，对于实际速度小于最小可检测速度的目标，无论径向和切向速度如何分配，均无法脱离速度盲区。圆周上的位置代表目标运动航向(不代表目标地理位置意义上的方向)，载机运动引起的速度盲区是一个圆，圆的半径为雷达主杂波宽度对应的多普勒频率。据此图，可以较为容易地计算出图中阴影部分的面积占最大圆面积的比例，该值即为速度不可见的比例，通常这一比例小于10%。

图3 目标速度探测盲区的描述方法

对于切向慢速的描述是准确直观的，还有多种重频选择对应的盲区，这些速度处于最外面大圆内，分布不规则，难以准确计算面积(即速度盲区的比例)，但由于这部分速度范围通常远小于主杂波速度盲区范围，比例不大，对目标探测的影响较小，工程上可以忽略。

以最大可检测速度为半径计算出的圆面积对应所有速度总和(用“S”表示)，图3 中的两个梯形对应的面积之和为盲区速度范围(用“T”表示)，T/S即为盲速比例。以雷达最大和最小可检测径向速度分别为1500 m/s 和45 m/s 为例，T 值等于半径为1500 的圆面积。S 值计算中涉及到梯形部分的面积，梯形的宽边长为45，高为1500。利用三角函数解出梯形A、B 两点长度为78，可求出梯形面积，进而盲速比例T/S=1.8%。