雙基地雷達反隱身矩形組網部署探討

胡明皓，李 飛，程力睿

（電子工程學院，合肥 230031）

0 引 言

隱身目標的出現，對防空預警探測系統提出了嚴峻的考驗，其隱身原理主要有以下幾點：一是采用吸透波結構材料和吸透波涂層；二是隱形外形設計，使入射的雷達波偏轉散射到其他方向，在雷達方向±30°內的反射區有極小的雷達橫截面積（RCS）。傳統的單基地雷達由于RCS極小，無法正常發現目標。雙基地雷達由于接收機與發射機分置，相對于接收機而言，目標的RCS與單基地雷達有很大的差異，這為雙基地雷達探測隱身目標奠定了基礎。從RCS的角度看，雙基地雷達的反隱身能力基于以下2個因素：一是利用目標的前向散射；二是利用目標的側向散射。這里重點討論利用前向散射區預警探測隱身目標的組網方法。

1 前向散射區矩形組網探測機理

雷達組網一般結構有星形、矩形和三角形等。這里就矩形結構進行討論。

1.1 原理

雙基地雷達的前向散射區指的是雙基地角β在180°至135°之間的區域，如圖1中陰影部分所示，其特性是雙基地雷達截面積比單基地雷達截面積增大很多，且在180°時為最大。

圖1 雙基地雷達前向散射區示意圖

圖1中，T為發射機，R為接收機，L為雙基地雷達基線長度。

當雙基地角β＝180°時，目標的前向散射截面積用σF表示，即：σF＝4πA2／λ2［1］（1）式中：A為目標在入射方向上的投影面積；λ為波長。

目標既可以是光滑的簡單形狀，也可以是復雜形狀；既可以是反射型的，也可以是吸收型的，或者是兩者的組合。

假設一半徑為D＝1m的球體，在λ＝0.1m時其前向散射截面積為σF＝4πA2／λ2＝12 400m2，而后向反射截面積為σM＝πr2＝3.14m2，由此可見，利用雙基地雷達的前向散射區可大大增加對目標的探測能力。

理論上在β＝180°時，雷達前向散射截面積最大，為發現隱身目標的最佳區域，但由于在β＝180°時，雖然RCS最大，卻失去了對目標的距離和多普勒分辨能力，即無法確定目標的距離，也無法分辨出運動目標，所以目標基線上的前向散區不可利用。

1.2 矩形組網前向散射預警探測區

如圖2所示，R1R2T2T1矩形組網，M為弧R1T2與弧R2T1的交點，N為弧T2R2的中點，因為175°≤β≤180°區域較小，此時產生的探測盲區暫不考慮，所以由T1與R1構成圖中A所示前向散射區。依此類推，T2與R1，T1與R2，T2與R2分別構成B、C、D所示前向散射區，由此矩形網構成的前向散射覆蓋區為圖中陰影部分所示，類似于“∞”型形狀。當隱身目標進入矩形組網前向散射覆蓋區域中時，雙基地雷達就能進行預警探測，但是因為存在圖中Ⅰ、Ⅱ所示的空白區域，當隱身目標繼續飛行進入此區域時，由于雙基地雷達前向散射區無法覆蓋而出現盲區，為了消除這一盲區，由圖1的幾何關系可以看出，只要改變矩形組網的長寬比值k，使M、N點重合，就可以形成一個連續的預警探測區域（如圖3陰影所示），從而消除探測盲區。

為精確得到k值，建立如圖4所示坐標系，以2部雙基地雷達構成的矩形中心為原點，x、y軸分別平行于矩形長、寬，可求得各條圓弧的坐標方程。為得到連續觀察區域，使M、N點重合，聯立方程組：

圖2 雙基地雷達矩形組網預警探測區

圖3 雙基地雷達矩形組網連續預警探測區

式中：a、b分別表示當β＝135°時，接收站R2在坐標系中的橫縱坐標。

2 任務條件下矩形組網部署方法

在實際預警探測時，往往根據既定的任務區域來部署偵察裝備，下面基于前述的矩形組網機理，探討具體的部署方法。

2.1 利用“∞”型連續預警探測區部署

雙基地雷達矩形組網對隱身目標來襲方向上的某一區域進行預警探測，獲得“∞”型連續預警探測區，根據圖4求出“∞”型連續預警探測區面積S1與矩形網長寬比k的關系為：

圖4 雙基地矩形組網前向散射區幾何關系圖

其結果經Matlab仿真可以得到圖5所示曲線。

圖5 預警探測區面積S1與矩形網長寬比k關系圖（縱坐標面積經L2歸一化）

2.2 利用矩形可靠預警探測區部署

由于“∞”型形狀的特殊性，存在圖6中Ⅲ、Ⅳ所示類似于三角形的探測盲區。在部署時，既要避開此三角形盲區，又要使“∞”型覆蓋整個探測區。為便于計算、部署，在原先預警探測區“∞”型內截出一個最大矩形EFGH，并近似認為此矩形EFGH即為雙基地雷達矩形組網前向散射區所覆蓋的區域。將這個最大矩形稱為可靠預警探測區，如圖6所示。為便于精確部署，根據圖4幾何關系求出最大預警探測矩形區域長（EF）、寬（EH）的長度：

圖6 雙基地雷達矩形組網可靠預警探測區

圖7 可靠預警探測區面積S2與矩形網長寬比k關系圖縱坐標面積經L2歸一化

3 結束語

綜上所述，雙基地雷達利用前向散射區目標截面積放大的特性，矩形組網，在反隱身斗爭中較單機地雷達有明顯優勢。未來作戰，隨著隱身武器的大量使用，雙基地雷達定會得到更加廣泛的運用。

［1］ 陳永光，李修和.組網雷達作戰能力分析與評估［M］.北京：國防工業出版社，2006.

［2］ 楊振起，張永順，駱永軍.雙（多）基地雷達系統［M］.北京：國防工業出版社，1998.