2.3 雷达系统面临的多径干扰环境_复杂电磁环境效应概论-QQ阅读男生历史网

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2.3 雷达系统面临的多径干扰环境

2.3.1 多径效应的产生

多径效应的产生是因为除有直线返回的回波外，还有其他路径反射回来的能量。当用于跟踪地球或海洋表面低仰角目标时，它有时也被称为低角度误差。如图2.4所示，多径效应是地球导电表面对电波镜像反射产生的目标回波，雷达天线辐射的电磁波可能经多个路径到达目标。设天线辐射的电磁波经两条路径OM和ONM到达目标M，其中ONM路径是由地面反射引起的。多径误差通常是双点源角度噪声的特殊情况。在这里，目标和其表面反射镜像构成两个回波源。在海平面上，它们只在高度坐标上分隔开，所以大部分误差表现在高度跟踪通道中。在误差大的地方，雷达中的交叉干扰将会在方位通道中引起误差。粗糙的表面引起漫反射，且会在方位和高度跟踪中均产生误差。其他路径形状，如高、低不平的陆地或建筑物，均可能会在方位角跟踪通道中产生明显的误差。

图2.4 多径效应

当目标距天线较远时，如果目标高度很低，可以认为 OM 平行于 NM。这样，直达雷达的目标回波与其他路径产生的回波在时间上很难区分，使雷达不能精确测定目标距离，并使距离分辨率下降。当多径效应严重时，可能导致无法正确观测目标，破坏了制导系统的工作。此外，用雷达跟踪低空目标时，由于受地（海）面的影响，垂直平面内的雷达天线方向图分裂成花瓣状，也将导致跟踪误差增大。

由于雷达天线波束宽度有限，多径效应主要是在跟踪低仰角目标时对测角有较大影响，因此有时被称为低角度误差。低角度跟踪的难点是目标和其镜像本质上是相参的，且相对相位变化较慢，引起的角度误差很容易被角度跟踪系统所跟踪，路径几乎相等，在大多数情况下，不能通过提高距离分辨率技术来解决。数据的长时间平均值实际上并不能给出目标高度，因此多径问题没有简单的解决方法。通常只能通过使用窄波束天线来使其最小。

根据反射镜像所进入天线方向图的不同区域，有三种方法可用来预测多径误差。

在远距离时，镜像进入天线主波瓣，误差主要是两反射体目标的闪烁误差。其近似计算公式为

式中，e为误差，单位与h相同，为相对于目标的距离误差；ρ为表面反射系数；h为目标高度；φ为由如图2.4所示的直接和反射信号路径的几何关系所决定的相对相位。虽然，ρ与φ的波动使实际跟踪不同于理论值，但该式仍能给出良好的误差预期值。

在近距离，当雷达主波束位于镜像之上并且镜像是由差方向图的副瓣接收时，多径误差是周期性的，接近于正弦。其均方根值可由下式来预测：

式中，σ_E为仰角多径误差的均方根值，单位与θ_B相同；θ_B为单程天线波瓣宽度；ρ为反射系数；G_se（峰值）为在镜像信号到达的角方向上，跟踪天线方向图峰值与差方向图峰值副瓣电平的功率比。

周期性变化的频率可近似表示为

式中， f_m为周期性多径误差频率，单位为rad/s；h为雷达天线高度；λ为波长，单位与h相同；E为被雷达所测到的目标仰角变化率，单位为rad/s。

中间范围是指近距离区（其镜像出现在副瓣中）和远距离区（镜像出现在半功率点波瓣宽度之内）之间的范围。在这个区域中很难计算误差，因为它处在天线方向图的非线性误差敏感部分，而且雷达的响应在很大程度上依赖于馈源的具体设计及误差处理技术。

以射频寻的末制导为例，导弹对空中目标进攻时，制导信号完全不受地面杂波的影响，但由目标反射至地面或海面后的回波却可夹杂在目标回波中被雷达导引头接收。在平滑的海面或陆地上空，这种反射就像镜子一样，在地、海表面下面产生一个目标的镜像。在导引头上最终接收到的信号是直接的目标回波信号和镜像回波信号的矢量和。当导弹和目标彼此相对运动时，镜像回波信号的相位相对于直接回波信号旋转，从而产生合成的幅度和频率调制，这就是所谓的目标多径效应，它严重干扰了导引头对正确目标回波的接收。严重时，导引头有可能跟踪错误的镜像目标，引起脱靶。