CN106093872A - 一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法，该方法通过建立考虑了近海面粗糙反射影响的多路径计算模型预测观测点处雷达远场强度，能为编队电磁兼容分析提供环境参数，用于编队用频设备间电磁干扰分析等。本发明预测模型反映了近海面粗糙反射特性对舰载雷达编队内传输的影响，能快速预测出编队内敏感设备出的电磁环境参数，为进一步开展敏感设备干扰响应预测和分析提供了电磁环境输入。

Description

一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容性预测技术，尤其涉及一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法。

背景技术

随着海军新型装备的发展，舰船编队已成为海军舰船的主要运用方式，用于充分发挥各舰船的作战能力。随着各种雷达发射功率的增大、频谱的扩宽、用频装备数量的持续增加等因素，海上编队内电磁环境越发越复杂，平台间的电磁干扰问题变得异常复杂。否则，一旦存在电磁干扰，势必破坏编队整体的作战能力，严重影响海军遂行作战任务。为使编队各平台能在复杂的编队内电磁环境下十分可靠而密切协调地工作，必须消除整个编队系统各大功率雷达设备和高灵敏度敏感设备相互干扰带来的影响，即保证整个系统的电磁兼容性。

为此，就需要针对编队内电磁环境主要因素的雷达，建立雷达编队内远场计算方法，准确预测编队内大功率雷达在高灵敏度敏感设备处的电磁环境，进而分析敏感设备干扰响应，为控制电磁干扰，妥善解决电磁兼容性问题奠定基础。考虑到舰载雷达安装高度限制，雷达辐射场在编队内电磁环境时极易受到近海面反射、散射等影响，在编队内舰载雷达远场计算模型中必须适当考虑近海面反射、散射等影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法，通过建立考虑了近海面粗糙反射影响的多路径计算模型预测观测点处雷达远场强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法，包括以下步骤：

1)采集舰载雷达和观测点位置，建立舰载雷达和观测敏感设备的几何关系；

2)计算雷达与观测敏感设备间的地面距离G；

$G=2a_{e}arcsin\left(0.5{\left(\left(R_d^2-{\left(h_2-h_1\right)}^2\right)/\left(a_e+h_1\right)/\left(a_e+h_2\right)\right)}^{0.5}\right)---\left(1\right)$

其中：R_d为舰载雷达和观测敏感设备间的直线距离；a_e为4/3地球等效半径；h₁为观测敏感设备安装高度；h₂为舰载雷达安装高度；

3)确定由反射点G1和G2的位置：

G₁＝0.5G-p sin(ξ/3) (2)

G₂＝G-G₁ (3)

其中：

ξ＝arcsin(2a_eG(h₂-h₁)/p³)；

4)求解雷达与观测敏感设备间在地面上反射点处擦地角观测敏感设备目标仰角θ_d和反射线的俯角θ_r；

${\mathrm{\θ}}_d\≈arcsin(\frac{h_2-h_1}{R_d}-\frac{R_d}{2a_e})---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_r\≈arcsin(\frac{h_1}{R_1}+\frac{R_1}{2a_e})---\left(6\right)$

其中：

5)计算直射路径和反射路径的路程差δ；

(6)计算直射路径和反射路径的总的相位差；

其中：β_r-β_d为雷达方向性因子中反射和直射的相位差，为已知量；

7)考虑到近海面影响，计算总的发射系数；

7.1)计算反射面的复反射系数ρ₀，分为水平极化和垂直极化两种：

式中：Γ_HH为水平极化复发射系数；

Γ_VV为垂直极化复发射系数；

ρ_0HH为水平极化复发射系数幅度值；

ρ_0VV为垂直极化复发射系数幅度值；

φ_HH为水平极化复发射系数相位值；

φ_VV为垂直极化复发射系数相位值；

ε为复介电常熟ε＝ε_r-j60λσ；

ε_r为近海面海水相对介电常数；

σ为近海面海水导电率(Ω/m)；

7.2)计算粗糙表面反射因子ρ_s；

考虑到近海面的海浪高度分布可近似为高斯型的粗糙表面，发射因子为：

式中：σ_h为高斯型高度分布的标准偏差(m)；为擦地角；

7.3)计算发散因子ρ_s

地球反射面表面为曲面，则发射波波前的曲率不同与入射波波前的曲率。根据射线理论，如果表面曲率呈凸形，那么反射射线比从平面反射的射线发射的迅速，故用发散因子D来说明这样引起的发射场的减弱，即

由于擦地角永远是一个很小的角度，因此，可应用如下近似：

4)计算总的反射系数

x＝ρ₀ρ_sDf_r/f_d (13)

其中：f_r/f_d为方向图系数振幅在直射和发射路径上的数值，对雷达而言为已知量；

(8)计算传输因子F，获取敏感设备处的场强E。

$F=\left|\sqrt{1+x^2+2xcos\mathrm{\α}}\right|---\left(14\right)$

$E=\sqrt{P*(fd*F)*\mathrm{\η}/(4*pi*{\mathrm{Rd}}^2)}---\left(15\right)$

本发明产生的有益效果是：

1、本发明不依赖于舰载雷达天线的类型，均可采用本计算方法来预测雷达天线远场处的场强。

2、本发明通过修正反射面的复反射系数，充分考虑了近场海面反射特性等对舰载雷达远场分布的影响。

3、本发明建立的考虑了近海面影响的舰载雷达远场计算方法，和全波数值方法相比，能从物理层面揭示了舰载雷达远场受海面影响的物理机制。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的舰载雷达和观测敏感设备的几何关系图；

图2是本发明实施例的近海面引起的传输因子图；

图3是本发明实施例的随观测高度变化的场强分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，某舰载雷达高度为40m，工作频率1GHz，距离观测敏感设备距离6000m，增益为30dB，辐射功率为10kW。

根据以上所述的考虑了近海面影响的舰载雷达远场计算方法，

1)采集舰载雷达和观测点位置，建立舰载雷达和观测敏感设备的几何关系；

2)计算雷达与观测敏感设备间在地球表面的地面距离G；

$G=2a_{e}arcsin\left(0.5{\left(\left(R_d^2-{\left(h_2-h_1\right)}^2\right)/\left(a_e+h_1\right)/\left(a_e+h_2\right)\right)}^{0.5}\right)---\left(1\right)$

其中：R_d为舰载雷达和观测敏感设备间的直线距离；a_e为4/3地球等效半径；h₁为观测敏感设备安装高度；h₂为舰载雷达安装高度；

3)确定由反射点G1和G2的位置：

G₁＝0.5G-p sin(ξ/3) (2)

G₂＝G-G₁ (3)

其中：

ξ＝arcsin(2a_eG(h₂-h₁)/p³)；

4)求解雷达与观测敏感设备间在地球表面的反射点处擦地角观测敏感设备目标仰角θ_d和反射线的俯角θ_r；

${\mathrm{\θ}}_d\≈arcsin(\frac{h_2-h_1}{R_d}-\frac{R_d}{2a_e})---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_r\≈arcsin(\frac{h_1}{R_1}+\frac{R_1}{2a_e})---\left(6\right)$

其中：

5)计算直射路径和反射路径的路程差δ；

(6)计算直射路径和反射路径的总的相位差；

其中：β_r-β_d为雷达方向性因子中反射和直射的相位差，为已知量；

7)考虑到近海面影响，计算总的发射系数；

7.1)计算反射面的复反射系数ρ₀，分为水平极化和垂直极化两种：

式中：Γ_HH为水平极化复发射系数；

Γ_VV为垂直极化复发射系数；

ρ_0HH为水平极化复发射系数幅度值；

ρ_0VV为垂直极化复发射系数幅度值；

φ_HH为水平极化复发射系数相位值；

φ_VV为垂直极化复发射系数相位值；

ε为复介电常熟ε＝ε_r-j60λσ；

ε_r为近海面海水相对介电常数；

σ为近海面海水导电率(Ω/m)；

7.2)计算粗糙表面反射因子ρ_s；

考虑到近海面的海浪高度分布可近似为高斯型的粗糙表面，发射因子为：

式中：σ_h为高斯型高度分布的标准偏差(m)；为擦地角；

7.3)计算发散因子ρ_s

地球反射面表面为曲面，则发射波波前的曲率不同与入射波波前的曲率。根据射线理论，如果表面曲率呈凸形，那么反射射线比从平面反射的射线发射的迅速，故用发散因子D来说明这样引起的发射场的减弱，即

由于擦地角永远是一个很小的角度，因此，可应用如下近似：

4)计算总的反射系数

x＝ρ₀ρ_sDf_r/f_d (13)

其中：f_r/f_d为方向图系数振幅在直射和发射路径上的数值，对雷达而言为已知量；

(8)计算传输因子F，获取敏感设备处的场强E。

$F=\left|\sqrt{1+x^2+2xcos\mathrm{\α}}\right|---\left(14\right)$

$E=\sqrt{P*(fd*F)*\mathrm{\η}/(4*pi*{\mathrm{Rd}}^2)}---\left(15\right)$

各步骤中参数G＝6000m，反射点G1＝1216m和G2＝4783m，擦地角目标仰角θ_d＝0.0145和反射线的俯角θ_r＝0.0247，总的反射系数x＝0.2927。近海面引起的传输因子和随观测高度变化的场强分布如图2和图3所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种考虑近海面面环境影响的编队内雷达远场预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集舰载雷达和观测点位置，建立舰载雷达和观测敏感设备的几何关系；

2)计算雷达与观测敏感设备间的地面距离G；

$G=2a_{e}arcsin\left(0.5{\left(\left(R_d^2-{\left(h_2-h_1\right)}^2\right)/\left(a_e+h_1\right)/\left(a_e+h_2\right)\right)}^{0.5}\right)---\left(1\right)$

其中：R_d为舰载雷达和观测敏感设备间的直线距离；a_e为4/3地球等效半径；h₁为观测敏感设备安装高度；h₂为舰载雷达安装高度；

3)确定地面反射点到雷达和敏感设备的距离G1和G2：

G₁＝0.5G-psin(ξ/3) (2)

G₂＝G-G₁ (3)

其中：

ξ＝arcsin(2a_eG(h₂-h₁)/p³)；

4)求解雷达与观测敏感设备间在地面上反射点处擦地角观测敏感设备目标仰角θ_d和反射线的俯角θ_r；

${\mathrm{\θ}}_d\≈arcsin(\frac{h_2-h_1}{R_d}-\frac{R_d}{2a_e})---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_r\≈arcsin(\frac{h_1}{R_1}+\frac{R_1}{2a_e})---\left(6\right)$

其中：

5)计算直射路径和反射路径的路程差δ；

(6)计算直射路径和反射路径的总的相位差；

其中：β_r-β_d为雷达方向性因子中反射和直射的相位差，为已知量；

7)考虑到近海面影响，计算总的发射系数；

7.1)计算反射面的复反射系数ρ₀，分为水平极化和垂直极化两种：

式中：Γ_HH为水平极化复发射系数；

Γ_VV为垂直极化复发射系数；

ρ_0HH为水平极化复发射系数幅度值；

ρ_0VV为垂直极化复发射系数幅度值；

φ_HH为水平极化复发射系数相位值；

φ_VV为垂直极化复发射系数相位值；

ε为复介电常熟ε＝ε_r-j60λσ；

ε_r为近海面海水相对介电常数；

σ为近海面海水导电率(Ω/m)；

7.2)计算粗糙表面反射因子ρ_s；

考虑到近海面的海浪高度分布可近似为高斯型的粗糙表面，发射因子为：

式中：σ_h为高斯型高度分布的标准偏差(m)；为擦地角；

7.3)计算发散因子ρ_s

地球反射面表面为曲面，则发射波波前的曲率不同与入射波波前的曲率。根据射线理论，如果表面曲率呈凸形，那么反射射线比从平面反射的射线发射的迅速，故用发散因子D来说明这样引起的发射场的减弱，即

由于擦地角永远是一个很小的角度，因此，可应用如下近似：

4)计算总的反射系数

x＝ρ₀ρ_sDf_r/f_d (13)

其中：f_r/f_d为方向图系数振幅在直射和发射路径上的数值；

(8)计算传输因子F，获取敏感设备处的场强E。

$F=\left|\sqrt{1+x^2+2xcos\mathrm{\α}}\right|---\left(14\right)$

$E=\sqrt{P*(fd*F)*\mathrm{\η}/(4*pi*{\mathrm{Rd}}^2)}---\left(15\right)$