海洋環境對艦載雷達的影響及對策

王 振

（海軍大連艦艇學院信息作戰系， 遼寧大連 116018）

0 引言

艦船雷達依賴于電磁波在大氣海洋環境中的傳播特性，而電磁波的傳播特性受大氣海洋環境的影響和制約，進而影響艦船航行及戰術動作的選擇，因此評估海洋環境對雷達的影響具有重要意義[1]。

1 影響因素分析

1.1 大氣波導

1.1.1 類型特征

對流層對電磁波的折射主要有正折射、無折射、負折射、臨界折射、陷獲折射（超折射）。當大氣中出現陷獲折射時，電磁波彎向地面的曲率會超過地球表面的曲率，電磁波會被限制在一定厚度的大氣層內，經該層大氣上下邊界來回反射向前傳播，這種傳播現象稱為大氣波導傳播，形成波導傳播的大氣層稱為大氣波導，如圖1所示。

不同的氣象條件會形成不同類型的波導，在海洋大氣環境中通常存在三種類型的大氣波導：表面波導、抬升波導、蒸發波導。表面波導又分為兩種，一種是陷獲層接地的表面波導，另一種是基于表面的波導，多年的研究和實驗結果表明，蒸發波導是海上影響雷達探測性能的最重要的物理現象，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。海面蒸發波導的穩定性較好，持續時間較長，而且在水平方向上延伸距離遠，常達數百公里以上。大氣波導具有尺度特征、天氣特征、地理特征。

圖1 電磁波傳播路徑

天氣特征，在我國東南沿海下列天氣形式和部位有利于形成波導結構：1）冷高壓后部偏南風區。2）太平洋高壓西部脊區及脊線的南部地區。3）小高壓所控制的地區。4）低壓前部及南部地區。5）高壓北部、低壓南部或高低壓構成南高北低的地區。此外，波導也與云、霧、露、霜和降水等局部天氣現象有關。

尺度特征，通常大氣波導的水平尺度為幾公里到幾百公里，垂直尺度為幾米到幾百米。在海洋大氣環境的水平均勻性較好，容易產生大氣波導形成的條件，因此，大氣波導經常出現在海洋大氣環境中，特別是蒸發波導，它是海水蒸發形成的濕度梯度變化的結果，大氣波導的水平分布不均勻性將影響雷達的作用范圍和測量精度。

地理特征，從全球海域大氣波導發生頻率的氣候分布來看，大氣波導發生頻率最高區域位于大陸西岸、大洋東部南北緯30度范圍附近的海域；此外，波斯灣、阿拉伯海等海域也是波導多發區；我國海域及鄰海海域波導發生頻率在40%～50%以上。

1.1.2 形成波導傳播的基本條件

1）近地層某一高度處必須存在大氣波導；

2）電磁波的頻率必須高于最低陷獲頻率；

3）電磁波發射源必須位于大氣波導層內，對于抬升波導，有時電磁波發射源位于波導底下方時，也可形成波導傳播，但發射源必須距波導底不遠，并且波導強度必須很強；

4）電磁波的發射仰角必須小于臨界仰角。

1.1.3 主要影響

1）雷達的探測距離大大提高，可探測到數百公里范圍內的目標，這就是雷達的超視距探測。

2）大氣波導可使雷達探測出現大面積盲區，由于大氣波導能將雷達發射的電磁波部分地捕獲到波導層內傳播，這就使得在大氣波導層頂部上方一定的空間范圍內出現雷達波的探測盲區如圖2所示。這在氣象雷達的觀測中是非常重要的，軍事應用中，雷達探測盲區是其防御的薄弱區域，同時也是其隱蔽接敵實施突防的最佳路徑[2]。

3）影響雷達的探測精度，大氣波導引起雷達的測角、測距和測高的誤差，需根據標準修正。

4）增強雷達的雜波。

1.2 大氣衰減

1.2.1 主要因素

大氣衰減是大氣對電磁波的散射和吸收。大氣和懸浮在空氣中的微塵，一方面是電磁波向四面八方散射，另一方面吸收電磁波的一部分能量，因而電磁波在傳播過程中不斷的衰減。前一種稱散射衰減，后一種稱為吸收衰減。大氣衰減是這兩種衰減的總稱。頻率越高，大氣衰減越嚴重，當工作頻率低于1 GHz，大氣衰減可以忽略。而當工作頻率高于10 GHz后，衰減隨頻率增大而增大，所以，很少有遠距離的雷達工作在高于35 GHz。大氣氣體對雷達電磁波的衰減，主要是由于吸收引起的，其中水汽是大氣氣體中吸收雷達電磁波的主要因素。在惡劣氣候條件下大氣中的雨霧對電磁波有衰減作用[2]。

圖2 大氣波導使雷達探測出現盲區

1.2.2 主要影響

對流層大氣對電磁波輻射的衰減隨波長的減小而增大，大氣中的各種氣體，微塵，都能引起電磁波的衰減，尤其是以氧氣、云、霧、水蒸氣等引起的衰減最為顯著，降水對電磁波的衰減在微波波段隨波長的減小而顯著增大，在毫米波段，隨波長的減小變化很慢，并緩慢達到衰減的最大值；進光波段后，衰減幾乎與波長無關，而且衰減值比毫米波略有減小，電磁波受到衰減以后，雷達的探測范圍就會減小，降低了雷達的能見距離。有時，霧雖然不濃，但密度較均勻時，會使雷達熒光屏上出現模糊的點狀信號，使觀測者對雷達熒光屏圖像的識別發生困難或者失去識別的可能性[3]。

1.3 海雜波

1.3.1 特征分析

雜波分為兩部分，一部分是環境噪聲，主要有雨、雪、風暴等，一部分是海浪雜波和因此產生的靜電放電，海雜波是對雷達海預警探測系統的主要噪聲源，其影響超過熱噪聲，世界海洋40%~60%時間皆為3級浪以上，海雜波干擾是強烈的、多變的，它在對海觀測、低高度大范圍的海面雷達監視、目標跟蹤、海面航行系統的運行等方面影響較大。尤其是在低掠角條件下，海面散射雜波有十分顯著。海雜波具有與海情、頻率、極化和雷達的照射單元等因素相關的特性，根據這一特性可以采取某些措施來提高影響雷達信雜比。

1.3.2 主要影響

海雜波是指海浪在對雷達的顯示器上產生的回波，海雜波是雷達探測系統的主要噪聲源。為此，雷達都有減小海雜波的相應電路，如傳統的對海搜索雷達海浪抑制電路，但該電路是以降低雷達接收機的增益為代價的，即在抑制海雜波的同時也把近距離上的小目標回波抑制了，使得雷達難以發現掠海飛行的導彈等小目標。

2 艦船雷達的使用對策

除海洋環境影響雷達的使用效能外，雷達還受本身技術參數的影響，如脈沖寬度、天線波束寬度、天線極化方式、天線增益等，因此，提出了以下技術和使用對策。

2.1 利用大氣波導的對策

1）利用大數據技術，建立較為詳盡的海洋大氣波導分布圖，準確掌握大氣波導的分布特征、發生頻率、大氣波導特征統計數據庫；

2）發展適用于不同海域波導的診斷模型；發展新的大氣波導特征量的獲取手段，如衛星遙感、雷達反演等方法，以達到大范圍實時診斷；

3）適當提升雷達天線高度，以降低陷入波導的概率。

2.2 雷達抗雜波的使用對策

1）雷達抑制雜波的技術措施主要是圍繞提高雷達性能，如引入先進的信號處理技術、改進天線、提高海浪、雨雪等雜波干擾能力；對不同用途的雷達應合理選擇雷達的頻率、極化和脈寬以提高雷達信噪比。

2）對海雜波等干擾源以及海面目標或掠海目標的特性，從時間域、空間域、頻率域和極化特性等，掌握這些干擾和目標特性和規律；為了既消除海雜波的影響又能從海雜波中發現掠海飛行的反艦導彈，新一代對海搜索雷達運用了相關檢測技術，如動目標顯示技術和動目標檢測技術等。

2.3 雷達使用方法對策

1）為了減少波導對雷達盲區的影響，應考慮采用補盲措施。由于波導頂盲區和海表跳躍盲區呈現不同特征，根據大氣波導類型和雷達種類的不同，可采用不同頻率雷達互配合使用的方法，達到補盲效果。當蒸發波導出現時，對海警戒雷達波導頂部盲區不明顯，在海表面附近無跳躍盲區。此時對艦艇的進攻和防御都比較有利；當出現陷獲層接地的表面波導時，在波導頂部有盲區，在海表面附近無跳躍盲區，此時對艦艇的導彈攻擊有利，由于存在波導頂部盲區，對艦艇的對空防御不利。當出現基于表面的波導時，雷達在波導頂部有盲區，在海表面附近有跳躍盲區；當波導減弱時，雷達在波導頂部的盲區減小，在海表附近的跳躍盲區增大。

2）考慮大氣波導的水平不均勻性，要利用綜合評估模式分析主動和被動雷達的覆蓋范圍，大氣波導使被動雷達的截獲區域大大增加，有利于實施雷達偵察、早期預警、對電子干擾的引導和對艦船反輻射導彈的引導。

3）大氣波導尤其是蒸發波導使X波段雷達探測低高度、小目標能力降低，而S波段的雷達探測略海飛行導彈的能力較標準大氣條件強，因此在大氣波導條件下對空防御的目標指示應使用S波段雷達[1,4]。

3 結束語

通過對三大海洋環境因素的研究，提出了艦船雷達的使用對策，充分利用大氣環境條件，趨利避害，對充分發揮艦船雷達和電子裝備的最大效能，對提高艦艇的作戰能力和生存能力，具有極為重要的意義。

參考文獻：

[1] 劉冬利,付建國.艦船雷達及作戰使用[M].海軍大連艦艇學院,2009.

[2] 姚展予.大氣波導特征分析及其對電磁波傳播的影響[J].氣象學報，2000,58(5):62-66.

[3] 姜忠龍,韓向清,付林.電磁傳播中大氣衰減的一種工程計算方法[J].雷達與對抗,2009.

[4] M.I.Skonlnic.雷達手冊(第二版)[M].電子工業出版社,2000.