海洋環境對低入射角導航雷達影響分析研究

陜西長嶺電子科技有限責任公司產品開發部　陳　立　馮冬冬　盧　哲　李林濤　王文軍　秦光明

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海洋環境對低入射角導航雷達影響分析研究

陜西長嶺電子科技有限責任公司產品開發部陳立馮冬冬盧哲李林濤王文軍秦光明

海洋環境的復雜多變對低入射角導航雷達提出了更高的要求，本文首先詳細分析了低入射角導航雷達的原理，然后對影響其性能的海浪、雨雪以及大氣波導傳輸進行了深入的分析，最后對低入射角導航雷達在復雜海情條件下性能的提高給出了自己的看法，對今后的工作有一定的指導意義。

海洋環境；低入射角導航雷達；中頻采樣；小目標提取

1.引言

隨著雷達在各行各業得到廣泛應用，導航雷達的定位精度也得到了極大的發展。但對于低入射角導航雷達而言，因應用環境下有海浪、雨、雪、霧等現象的存在，其精度的提高卻受到了極大的影響。

在復雜的海洋環境中，有雷達就會產生干擾，每種新雷達技術的應用也會興起一種新的干擾技術［1］。在此條件下，如何正常發揮低入射角導航雷達的功能，以及進一步提高其導航精度，是一項極具挑戰性的課題。

2.低入射角導航雷達原理分析

對低入射角導航雷達來說，因天線露出水面高度只有幾米，海洋環境對其影響有一定的特殊性。低入射角導航雷達示意圖如圖1所示。

圖1　　低入射角導航雷達示意圖

圖2　低入射角導航雷達角度變化圖

從圖1可知，由收發機產生的射頻信號，經過波導系統從天線發射出去，被目標反射回來。回波信號經由接收天線和波導系統的傳輸，再經過信號處理機的處理，最終在屏幕上顯示出目標畫面。

低入射角導航雷達角度變化如圖2所示。在圖2中，OA為天線出水高度h，OC為雷達可探測的水平最近距離，OB為雷達可探測的水平最遠距離，α為雷達的最小入射角，β為雷達的最大入射角。由計算得出α～β角度的范圍，在0.02785°～2.575°之間。正是由于低入射角導航雷達這些固有的特性，其主要應用于海面導航，同時兼顧低空目標探測。

3.海洋環境對低入射角導航雷達性能的影響

電磁波信號在整個的傳輸過程中，會受到海浪、雨、雪、霧和大氣波導等因素的影響。下面分別從這幾方面分析海洋環境對低入射角導航雷達性能的影響。

3.1海浪對低入射角導航雷達性能的影響

在海洋環境中，海浪對低入射角導航雷達的影響主要體現在以下幾點［2］：

（1）當海浪距離雷達較近時，海浪對電磁波的反射很強；當距離雷達較遠時，海浪對電磁波的反射按指數規律快速遞減。一般海情下，雷達顯示屏上0 n mile～5 n mile區域有成片的魚鱗狀閃亮斑點；高海情下，整個雷達顯示屏上會出現魚鱗狀閃亮斑點。

（2）海浪反射電磁波的強弱與相對風向有關，風向天空時，其反射電磁波較強，顯示距離也遠，風向海面時，其反射電磁波較弱，顯示距離也近。

（3）在海浪較大時，艦船的搖擺對雷達回波也會產生一定的影響。對于近距離目標，在艦艏線周圍海浪對其影響較大。

3.2雨雪對低入射角導航雷達性能的影響

雨雪對低入射角導航雷達的影響主要在雷達顯示屏上一定的區域內表現，在此區域內分布著成片的回波信號，雨雪的大小決定著雷達顯示屏上回波區域的大小。在實際應用中，通過FTC電路對海面上的雨雪進行抑制，能使連片的假回波信號變成離散的點目標，提高回波信號的分辨率。該電路的缺點是抑制了海面上的小目標。

3.3大氣波導傳輸對低入射角導航雷達性能的影響

對于低入射角導航雷達來說，影響其性能的大氣波導主要是貼地大氣波導中的蒸發波導。蒸發波導是海洋大氣環境中經常出現的一種特殊的表面波導，主要由海平面水汽蒸發產生，隨著高度增加而迅速減小的低海面大氣濕度變化而變化，主要發生在近地40米以下的范圍。

大氣波導傳輸對低入射角導航雷達的影響主要體現在以下三點：

（1）電磁波能通過在平流層不斷的反射，擴大其傳輸距離。因而波導傳播距離能夠達到其正常傳輸距離的好幾倍；

（2）由于傳輸過程中平流層對電磁波的反射，減小了電磁波信號在傳輸過程中的能量損失［4］；

（3）對于非本周期回波信號的距離模糊問題，可以通過雷達參差模式來解決，對不同波束回波信號采用不同的雷達重復頻率，即對不同的回波信號采用不同的周期。因此，此方法就能夠消除同頻信號之間的干擾。

4.復雜海況下低入射角導航雷達性能的改善

在復雜的海情下，低入射角導航雷達將面臨著回波信號變差，雜波增強等問題。因此，在高海情下，如何提高低入射角導航雷達的性能已經變成一項非常緊迫的工作，特別是對復雜海情下小目標的提取顯得尤為重要。下面從以下三點來分析如何提高復雜海情下低入射角導航雷達的性能。

4.1天線極化方式的改變

天線作為低入射角導航雷達的重要組成部分，在整個系統中發揮著重要的作用。眾所周知，在天線生產出來以后，其增益將不再改變，而通過調整天線的極化方式能夠對雷達的性能進行改善。在復雜海情下，通過適當的調整天線的極化方式，能對海平面的海浪、雨、雪等海雜波進行有效的的抑制。

天線極化分為HH極化方式和VV極化方式。采用不同的極化方式對海雜波的多普勒特性產生不同的影響效果［6］。例如，在HH極化方式下海雜波會減到最弱。

4.2提高中頻采樣A/D的有效位數

中頻采樣能夠提高回波信號的信噪比。對整個雷達系統來說，A/D采樣芯片的選擇尤為重要。一般條件下，芯片資料所標注的A/ D采樣有效位數往往都是理想參數。在實際應用中，A/D采樣的有效位數往往會比標稱的位數少。因此，對同一型號A/D采樣芯片應該優選一些有效位數高的芯片。這樣就能夠有效提高回波信號的分辨率。更重要的是，實際使用中輸入信號自身信噪比較差會對A/D采樣有效位數造成嚴重的影響。

4.3提高雷達信號處理系統檢測小目標的性能

信號處理系統作為整個雷達系統中最重要的組成部分，其性能的優劣直接影響整個系統的性能。

當前，由于FPGA和DSP等高速信號處理芯片的處理能力變得越來越強大，為復雜海洋環境下實現小目標的提取帶來了便利。在保證實時性處理的前提下，增加處理點數能夠提高低入射角導航雷達的距離分辨率，從而在復雜海洋環境下提升小目標的檢測能力。

5.結束語

本文針對低入射角導航雷達在海浪、雨、雪等環境下測距和測速的精度以及各種大氣現象的海洋環境中受到的性能影響。在深入分析各種海情的基礎上，提出了在復雜海情條件下低入射角導航雷達性能的改善的幾點方法。希望能對今后低入射角導航雷達的研究提供一定的幫助。

［1］承德保.現代雷達反對抗技術［M］.航空工業出版社，2002年6月.

［2］曹祥村.海洋環境對導航雷達的影響［J］.航海技術，2007，（增刊）: 32-35.

［3］羅豐.海雜波統計特性及實測數據分析.長嶺科技基金結題報告，2010年3月.

［4］孫長龍，姜艷.電磁波在大氣波導環境下傳播特性研究［J］.現代雷達，2009，（6）:8-11.

［5］李巍，王萱芬，王杰.一種新型的超低旁瓣脈沖壓縮算法［J］.現代雷達，2009，（6）:8-11.

［6］王雪.海雜波背景下的目標檢測［D］.西安電子科技大學碩士學位論文，2007（1）.

陳立（1985-），男，大學本科，助理工程師，主要研究方向：信號處理軟硬件設計。

馮冬冬（1987-），男，大學本科，助理工程師，主要研究方向：信號處理軟硬件設計。

盧哲（1984-），男，碩士，助理工程師，主要研究方向：雷達收發設計。

李林濤（1984-），男，大學本科，工程師，主要研究方向：信號處理及雷達總體技術。

王文軍（1971-），男，大學本科，高級工程師，主要研究方向：雷達總體技術。

秦光明（1947-），男，大學本科，研究員高級工程師，主要研究方向：雷達總體技術。