复杂电磁环境效应概论
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2.5 雷达系统面临的无意干扰环境

电磁环境错综复杂、瞬息万变,雷达系统工作时不仅有战区内对手的雷达、通信干扰,还有系统内的自扰,如己方的雷达、通信、光电、导航、敌我识别和引信等。

2.5.1 军用雷达同频干扰

随着武器平台集成化程度的提高,同一平台的有限空间电子设备不断增多,电磁频谱日益拥挤,设备的发射功率越来越大,接收机灵敏度越来越高,体现在不同平台相同设备之间,如舰艇编队航行、雷达同频工作导致的相互干扰也是十分有害的。对于雷达来讲,频率和重频的高稳定度增加了出现同频干扰的概率,而发射功率大、接收灵敏度高更增加了抑制同频干扰的难度。同时,考虑抗干扰的需要,工作频带越来越宽,在采用跳频或频率捷变等抗干扰措施以避开敌方电子侦察和电子干扰的同时,也给己方同型号雷达带来一定麻烦。

雷达同频干扰是邻近同频段雷达发射的电磁波进入本地雷达天线产生的干扰。同频雷达干扰信号是确定信号,非随机量,雷达天线主、副瓣都接收。因而,干扰雷达离本地雷达越近,干扰就越强。根据相互干扰雷达的脉冲重复频率是否相近,又可分为同频异步干扰和同频同步干扰。

同频异步干扰是相同工作频段的多部雷达之间,由于未采用统一的触发脉冲而产生的相互干扰。同频异步干扰在雷达PPI画面上呈扇叶状发散虚线,如图2.17(a)所示。其散射扇叶状图形,随干扰脉宽和工作重频的不同,画面的点画线长短不一。通常,显示器工作在大量程、干扰源距离近、天线方向正对时,干扰严重(点画线密度加大)。由于干扰出现的距离、方位随机,特别是在干扰密度大时,对录取跟踪的稳定性有一定影响。

同频同步干扰是工作于相同载频和相近脉冲重复频率的不同雷达之间,由于采用统一的触发脉冲而产生的干扰现象。同频同步干扰会在雷达PPI画面上出现环状干扰,如图2.17(b)所示。另外,由于各雷达在周期上的微小差异,雷达屏幕上的干扰环半径随时间变化:一部雷达显示由小变大循环变化,另一部则由大变小循环变化。如果两部以上同型雷达同时工作,画面干扰样式就更加复杂。这将严重影响雷达对目标的正常跟踪和指示。另外,同频干扰杂波形成的亮点基本饱和,这是因为同频干扰雷达距离本机雷达很近,干扰杂波属于强信号。

图2.17 同频干扰效果图

同频干扰对雷达战术性能的影响有以下几方面。

(1)影响雷达对目标的及时发现,特别是影响对导弹等小目标的观测。当同时开机的同型雷达数量大于三部时,雷达显示画面基本被干扰所占据,真实目标回波淹没在干扰信号之中,导致雷达信杂比下降,降低了雷达的作用距离。

(2)破坏雷达对目标的连续跟踪。如果同频干扰出现在跟踪波门内,将导致跟踪目标丢失,即使已经建立自动跟踪的目标。当该目标为打击目标时,将严重影响雷达对指控系统和武器系统的目标指示。

(3)使雷达的抗干扰能力急剧下降。同频干扰本身就是有源干扰,加上实战中敌方的压制式干扰,雷达将很难正常发挥其性能。对无源干扰较多采用动目标显示(MTI)处理。受“盲速”的影响,MTI 工作时必须参差改变雷达的重复频率以推迟第一盲速点,参差重频会使同频干扰变得更加严重,而MTI对同频干扰基本没有任何的抗干扰效果,所以使雷达的整体抗干扰能力严重削弱。

2.5.2 民用通信信号无意干扰

目前常用的通信信号有三种:调幅、调频、调相,而相位编码信号和调频信号是雷达信号的主要形式。当雷达和通信设备都处于工作状态时,如果两者产生的信号频率相同,则通信信号会对雷达信号造成严重影响,甚至导致雷达不能正常工作。

通信信号通常以窄带的形式发射,由发射载频及边带和谐波产生干扰电平。ITU 对各种业务的使用频率做了严格划分,各国政府无线电管理机构严格进行管理和协调,原则上说,各种业务是在各自划定的频段上有序工作的。VHF(30MHz)以上频率的雷达受通信电台干扰较少,但是在HF(30MHz以下)频段,也就是短波超视距雷达工作的频段,通信电台的干扰是严重的。

由于HF频段能用电离层信道,以简单的设备和小的发射功率可以做远距离通信与广播,因此短波业务是非常繁忙的。尽管ITU对短波频率分配指定三类地区按业务划分,并规定和限制业务的辐射功率、带宽及谐波电平,各国也据此进行了严格限制,但是短波信道的拥挤程度以夜间和黄昏最为严重;黎明因电离层传播条件的原因可用频段大为变窄,也显得十分拥挤。高频电台的辐射带宽为3~100kHz不等,信号形式有连续波、脉冲、调幅/调频、单边带、跳频等形式。对于高频雷达,电台干扰有明显方向性。单电台信号经过电离层传播后,经常在全方位会产生±6°的漂移。这给HF雷达空间滤波增加了困难。全天时间内,一个3kHz带宽的信道没有被占用的概率很小,这就是短波雷达,特别是天波超视距雷达必须要有一个自适应选频系统为雷达随时选择能工作的信道的原因。

2.5.3 极端自然现象无意干扰

极端自然现象主要指暴风雨雪、雷电、台风等恶劣气候,以及磁暴、太阳耀斑爆发等天体物理现象。

暴风雨雪、雷电、台风等极端恶劣天气对几乎任意频段雷达的正常工作都有影响,爆发这些恶劣天气时,电磁波的传播环境发生急剧变化,雷达回波中的目标信号严重衰减,环境杂波显著增强,杂波带宽变宽,系统噪声水平提高,正常情况下的雷达探测指标严重下降,甚至不能工作。

磁暴、太阳耀斑爆发这些天体物理自然现象,会导致地球电离层物理特性的剧烈变化,一些工作在短波、长波波段的天波雷达(如远程警戒雷达)必须重新选择时间窗口、工作频段才能工作。另外,对于具有超大阵面的远程雷达,几种爆发的宇宙射线也会导致雷达系统的背景噪声水平提升,导致雷达探测距离下降。