復雜電磁環境對地波雷達觀察的影響

吳夢思,江楊林，唐 偉

(91889部隊,廣東 湛江 524051)

0 引 言

地波雷達是為了探測視距外目標、利用海洋表面對電磁波的一階散射和二階散射原理提升雷達對海探測能力而產生的。但是，復雜電磁環境對地波的影響使得地波雷達作為超視距探測手段性能大打折扣。研究影響的產生和如何針對性地進行消除能更好地挖掘地波雷達的性能，使地波雷達更好地完成對海上目標超視距、全天候探測。

1 復雜電磁環境的基本概念及構成要素

復雜電磁環境是指在有限的時空里、一定的頻段上多種電磁信號密集、交疊對雷達產生顯著影響的電磁環境。它是由人為和自然、民用和軍用、對抗和非對抗的多種電磁信號綜合形成的一個信號密集度、頻譜占有度、時間使用率、功率分布率等電磁特性全部或部分超過正常使用情況的電磁環境，對雷達使用有顯著影響和制約作用。

復雜電磁環境的構成要素包括：(1)民用雷達系統、電視和廣播發射系統及移動電話系統、民航和交通等部門，以及輻射電磁波的工業、科學實驗、醫療等設備運行時產生的電磁輻射組成的民用電磁輻射；(2)由靜電、雷電、地磁場、太陽黑子活動、宇宙射線等產生的電磁輻射等組成的自然電磁輻射；(3)由雷達、通信電臺、光電設備、電子對抗裝備、高能電磁脈沖等組成的軍用電磁輻射；(4)由電離層、地理環境、氣象環境以及人為因素構成的各種傳播媒介。

2 復雜電磁環境對地波雷達探測的影響

目前，在復雜電磁環境的構成要素中，對地波雷達探測影響較為嚴重的因素主要包括：(1)由海雜波、電離層干擾、雷雨形成時產生的信號、探測路線中島嶼的反射信號等組成的無源干擾；(2)短波無線電等有源干擾；(3)地理環境、氣象環境等各種傳播媒介。

2.1 海雜波的影響

由于電磁波傳播和地波雷達設計的特性，海雜波成為影響地波雷達觀察的主要因素之一。通過海面散射的高頻電磁波譜主要由兩部分組成：一種是由滿足布拉格衍射條件的海浪引起的對稱諧振譜峰，又稱一階回波。它是因高頻電磁波和海浪波之間相互作用引起共振而產生的能量最大峰，是雷達利用頻率域信息的重大障礙之一。另一種則是比一階回波低30～45 dB的二階回波背景譜。它是由小海浪引起的散射回波以及海面波經多次反射后再返回到雷達的回波譜。海雜波對地波雷達干擾最突出的表現形式是一階布拉格峰。一階布拉格峰是客觀存在的。海上目標回波信號若落在布拉格峰內就會被淹沒，從而導致雷達跟蹤目標中斷甚至消失。多風的海面能加劇海浪的形成。對地波雷達而言，最明顯的表現就是綜合頻譜上一階布拉格峰變粗并時常伴有二階布拉格峰的出現。

由于海浪促使布拉格峰變粗和二階布拉格峰的形成，地波雷達繞射傳播到一定距離后能量減小了很多，再經海水衰減后繞射波信號更弱，對探測200 km以外目標顯得更為不利。

2.2 電離層反射信號的影響

電離層是地球大氣的一個電離區域。60 km以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態。電離層是部分電離的大氣區域，而完全電離的大氣區域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。

目前，制約地波雷達遠程探測的主要干擾是電離層的干擾。根據實際經驗，電離層的干擾在時間上主要表現在凌晨、傍晚以及晚上。雷達天線的設計是為了最大程度上使發射和接收的信號以地表波、最小高低角方式傳播。但是，現實中電磁波并不能完全以地表波方式傳播。部分電磁波是以空間波方式傳播，以大于20°的高低角傳播，并被100～300 km處的電離層反射，而這部分回波有可能被地波雷達接收。這便形成了反射信號方式的電離層干擾，從而壓縮了地波雷達的探測范圍和導致假目標的產生。

2.3 短波無線電干擾的影響

現階段由于各種經濟活動和軍事活動的不斷增加，各種用于通信、廣播的電臺頻率占用率非常高，特別是10 MHz以下的頻率占用特別擁擠。在我國，實測該頻段的頻率占用量約為62%，頻率占用的擁擠程度在夜間和黃昏最嚴重，而在白天和黎明則較輕，各類電臺發射的頻帶寬度為100 Hz～12 kHz。由于頻率占用情況擁擠，再加上短波在合適的傳輸條件下能夠傳播很遠的特點，這就使得地波雷達很容易受到同頻電臺和相鄰頻率電臺的干擾，但這些干擾具有明顯的方向性。

地波雷達的工作頻率正處于短波無線電的工作頻率范圍之內，其主要的特征是夜間的干擾大于白天，使可使用的工作頻率急劇減少，造成目標觀測困難。

2.4 地理環境、氣象環境對地波雷達探測的影響

2.4.1 周邊地理電磁特點

地理環境影響在這里指探測路線中島嶼的反射信號對地波雷達探測的影響。在島嶼眾多的海域，地理環境的影響會更加凸顯。受其影響，作戰雙方在部分海域都存在觀察盲區，無法實施全海域監控。

2.4.2 氣象環境對地波雷達探測的影響

(1) 空氣濕度的影響。通過分析大量實驗數據發現，天氣有霧時地波雷達發現目標多、探測距離遠。

(2) 風力風向的影響。一是風力影響目標的活動規律。因海上目標的耐波性和吃水深度等原因往往選擇適宜的海況執行任務；二是風力影響目標的觀察。風力引起的海雜波影響雷達操縱員對近距離小目標的觀察；三是風向影響目標的航速。風向與目標航向一致時目標航速就快，而風向與目標航向相反時目標航速就慢。

3 復雜電磁環境下地波雷達探測的應對措施

3.1 海雜波的抑制方法

對海雜波干擾的分析可以更好地掌握地波雷達的工作特性，積累地波雷達使用經驗。在不同的氣象條件下海雜波干擾也不同。天氣晴朗時干擾較小，在雨天或大風天氣時干擾較大。[1]通過實踐檢驗，以下兩種方法可以減小或削弱海雜波對地波雷達探測的影響。

(1) 正確使用頻率，避開布拉格峰對雷達探測的影響

當目標的多普勒頻率與布拉格峰頻率相差不大時，在頻譜圖中目標就會落在布拉格峰內，目標回波信號就會被布拉格峰干擾淹沒，造成目標丟失。當目標進入布拉格峰，即處于盲速區，這是由于一階譜對應的多普勒頻率與運動目標的回波信號的多普勒頻率相等造成的。為了避免出現這種現象，可以通過改變頻率。頻率改變，一階譜對應的多普勒頻率與運動目標的回波信號的多普勒頻率都會改變，而且改變的幅度不一樣。實驗證明，回波信號比布拉格峰移動幅度大，從而把目標從布拉格峰中分離出來。

由于改變工作頻率后布拉格峰頻率和多普勒頻率的變化量是不一樣的，所以當目標進入布拉格峰時就要改變工作頻率，使目標多普勒頻率與布拉格峰頻率相區分，從而避開布拉格峰對目標回波的干擾。

(2) 合理設置衰減以壓低干擾信號電平

大多數地波雷達都可以采用手動衰減，合理設置衰減以壓低噪聲信號電平。尤其在晚上，干擾增大可以適當設置衰減量，而在白天則沒有必要設置衰減量。值得注意的是，由于衰減對真實信號也有作用，而且不論是干擾還是目標回波都會受到衰減，所以設置衰減時不能太大，以免衰減嚴重，使得目標回波信號大小與干擾大小差值減小，造成目標消失。

3.2 對電離層干擾的抑制方法

通過數據積累和觀察分析認為，改變工作頻率與工作方式可抑制電離層對雷達的干擾。[2]

3.2.1 選擇最佳的工作頻率

在工作頻率選擇上盡量選擇所選工作頻段的高頻端。由于電離層的特性，白天為了抑制電離層反射信號，可以使雷達在臨界頻率上工作。在臨界頻率上，以空間波傳播的發射信號不會被電離層的上層反射回來，因為它們被位于60～80 km的電離層D層吸收。使用合適的頻段，此時信號不會被D層反射，反射來自E層，可以將干擾距離拉遠。晚上時，電離層D層消失，E層變得稀薄，F層對雷達干擾特別嚴重。當空間波傳播的能量穿過電離層頂層且未被反射回地面時，雷達可以最大限度地在允許的頻率上對目標進行探測。

3.2.2 選擇雷達最佳的工作方式

在工作方式選擇上，當出現強電離層干擾時應選用合適的工作方式，既能消除干擾又利于探測目標。通過上述方法能減弱白天和夜間電離層干擾對探測海上目標的負面影響，但并不能達到完全消除這種干擾的目的。

3.3 短波無線電干擾的應對措施

除了來自海雜波和電離層的影響，雷達還接收自身工作頻率范圍內其他外部輻射源的無線電干擾。外部無線電干擾一般具有窄頻帶、空間集中的特點，主要是短波電臺干擾。這種干擾的信號電平取決于時間和季節，其主要的特征是夜間的干擾永遠大于白天。夜間，外部無線電干擾會增長15～20 dB。出現此種情況時，解決的辦法是根據地波雷達全頻段的干擾電平圖來選擇干擾電平較低的頻率，使工作頻率避開短波無線電干擾頻率。[4-5]

4 結束語

掌握各種因素對地波雷達的影響，實現看得遠、辨得清及高空到海面信息的全覆蓋。利用偵察雷達的判別目標性質的能力來彌補地波雷達探測距離遠但不能判別目標性質的缺陷，實現對海遠距離目標及時發現和準確判別。加大基于完成復雜電磁環境下的多源情報處理系統的研發，建立情報高度集中的中心站模式，將區域內各類情報信息自動輸入到計算機，由計算機進行處理、自動關聯，并將處理結果縱向傳遞給上級各級指揮機關，橫向傳遞給友鄰單位及各類海空作戰單元，實現目標探測、發現、識別、跟蹤、上報、攻擊無縫鏈接。