一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法，該方法通過建立考慮了近海面粗糙反射影響的多路徑計算模型預(yù)測觀測點處雷達(dá)遠(yuǎn)場強(qiáng)度，能為編隊電磁兼容分析提供環(huán)境參數(shù)，用于編隊用頻設(shè)備間電磁干擾分析等。本發(fā)明預(yù)測模型反映了近海面粗糙反射特性對艦載雷達(dá)編隊內(nèi)傳輸?shù)挠绊?，能快速預(yù)測出編隊內(nèi)敏感設(shè)備出的電磁環(huán)境參數(shù)，為進(jìn)一步開展敏感設(shè)備干擾響應(yīng)預(yù)測和分析提供了電磁環(huán)境輸入。
【專利說明】
一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電磁兼容性預(yù)測技術(shù)，尤其涉及一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊內(nèi) 雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著海軍新型裝備的發(fā)展，艦船編隊已成為海軍艦船的主要運用方式，用于充分 發(fā)揮各艦船的作戰(zhàn)能力。隨著各種雷達(dá)發(fā)射功率的增大、頻譜的擴(kuò)寬、用頻裝備數(shù)量的持續(xù) 增加等因素，海上編隊內(nèi)電磁環(huán)境越發(fā)越復(fù)雜，平臺間的電磁干擾問題變得異常復(fù)雜。否 貝1J，一旦存在電磁干擾，勢必破壞編隊整體的作戰(zhàn)能力，嚴(yán)重影響海軍遂行作戰(zhàn)任務(wù)。為使 編隊各平臺能在復(fù)雜的編隊內(nèi)電磁環(huán)境下十分可靠而密切協(xié)調(diào)地工作，必須消除整個編隊 系統(tǒng)各大功率雷達(dá)設(shè)備和高靈敏度敏感設(shè)備相互干擾帶來的影響，即保證整個系統(tǒng)的電磁 兼容性。
[0003] 為此，就需要針對編隊內(nèi)電磁環(huán)境主要因素的雷達(dá)，建立雷達(dá)編隊內(nèi)遠(yuǎn)場計算方 法，準(zhǔn)確預(yù)測編隊內(nèi)大功率雷達(dá)在高靈敏度敏感設(shè)備處的電磁環(huán)境，進(jìn)而分析敏感設(shè)備干 擾響應(yīng)，為控制電磁干擾，妥善解決電磁兼容性問題奠定基礎(chǔ)。考慮到艦載雷達(dá)安裝高度限 制，雷達(dá)輻射場在編隊內(nèi)電磁環(huán)境時極易受到近海面反射、散射等影響，在編隊內(nèi)艦載雷達(dá) 遠(yuǎn)場計算模型中必須適當(dāng)考慮近海面反射、散射等影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種考慮近海面面環(huán) 境影響的編隊內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法，通過建立考慮了近海面粗糙反射影響的多路徑計算模 型預(yù)測觀測點處雷達(dá)遠(yuǎn)場強(qiáng)度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊 內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法，包括以下步驟：
[0006] 1)采集艦載雷達(dá)和觀測點位置，建立艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備的幾何關(guān)系；
[0007] 2)計算雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間的地面距離G;
[0009] 其中：Rd為艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備間的直線距離;ae為4/3地球等效半徑也為觀 測敏感設(shè)備安裝高度;h 2為艦載雷達(dá)安裝高度；
[0010] 3)確定由反射點G1和G2的位置：
[0011] Gi = 0.5G-p sin(C/3) (2)
[0012] G2 = G-Gi (3)
[0014] | = arcsin(2aeG(h2-hi)/p3)；
[0015] 4)求解雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間在地面上反射點處擦地角# ,觀測敏感設(shè)備目標(biāo)仰 角Qd和反射線的俯角9r;
[0021] 5)計算直射路徑和反射路徑的路程差δ;
[0022] 吝=4及!心 s in。/(/〈 + 瑪 + 馬). （· 7)
[0023] (6)計算直射路徑和反射路徑的總的相位差；
[0024] ct = ?πδ / λ-\-φ+ {β}. - β?) (g)
[0025] 其中:為雷達(dá)方向性因子中反射和直射的相位差，為已知量；
[0026] 7)考慮到近海面影響，計算總的發(fā)射系數(shù)；
[0027] 7.1)計算反射面的復(fù)反射系數(shù)Po,分為水平極化和垂直極化兩種：
[0030] 式中：Γ HH為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)；
[0031] r vv為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)；
[0032] Ρ0ΗΗ為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值；
[0033] Pow為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值；
[0034] Φ HH為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值；
[0035] Φ vv為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值；
[0036] ε為復(fù)介電常熟e = er-j6〇Ao;
[0037] ^為近海面海水相對介電常數(shù)；
[0038] σ為近海面海水導(dǎo)電率（Ω /m);
[0039] 7.2)計算粗糙表面反射因子ps;
[0040] 考慮到近海面的海浪高度分布可近似為高斯型的粗糙表面，發(fā)射因子為：
[0042]式中：〇h為高斯型高度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差(m);妒為擦地角；
[0043] 7.3)計算發(fā)散因子ps
[0044] 地球反射面表面為曲面，則發(fā)射波波前的曲率不同與入射波波前的曲率。根據(jù)射 線理論，如果表面曲率呈凸形，那么反射射線比從平面反射的射線發(fā)射的迅速，故用發(fā)散因 子D來說明這樣引起的發(fā)射場的減弱，即
[0046]由于擦地角永遠(yuǎn)是一個很小的角度，因此，可應(yīng)用如下近似：
[0048] 4)計算總的反射系數(shù)
[0049] x = p〇psDfr/fd (13)
[0050] 其中：fr/fd為方向圖系數(shù)振幅在直射和發(fā)射路徑上的數(shù)值，對雷達(dá)而言為已知量；
[0051 ] (8)計算傳輸因子F，獲取敏感設(shè)備處的場強(qiáng)E。
[0054]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：
[0055] 1、本發(fā)明不依賴于艦載雷達(dá)天線的類型，均可采用本計算方法來預(yù)測雷達(dá)天線遠(yuǎn) 場處的場強(qiáng)。
[0056] 2、本發(fā)明通過修正反射面的復(fù)反射系數(shù)，充分考慮了近場海面反射特性等對艦載 雷達(dá)遠(yuǎn)場分布的影響。
[0057] 3、本發(fā)明建立的考慮了近海面影響的艦載雷達(dá)遠(yuǎn)場計算方法，和全波數(shù)值方法相 比，能從物理層面揭示了艦載雷達(dá)遠(yuǎn)場受海面影響的物理機(jī)制。
【附圖說明】
[0058] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0059] 圖1是本發(fā)明實施例的艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備的幾何關(guān)系圖；
[0060] 圖2是本發(fā)明實施例的近海面引起的傳輸因子圖；
[0061] 圖3是本發(fā)明實施例的隨觀測高度變化的場強(qiáng)分布圖。
【具體實施方式】
[0062]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0063] 如圖1所示，某艦載雷達(dá)高度為40m，工作頻率1GHz，距離觀測敏感設(shè)備距離6000m， 增益為30dB，輻射功率為10kW。
[0064] 根據(jù)以上所述的考慮了近海面影響的艦載雷達(dá)遠(yuǎn)場計算方法，
[0065] 1)采集艦載雷達(dá)和觀測點位置，建立艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備的幾何關(guān)系；
[0066] 2)計算雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間在地球表面的地面距離G;
[0068]其中：Rd為艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備間的直線距離;ae為4/3地球等效半徑;hi為觀 測敏感設(shè)備安裝高度;h2為艦載雷達(dá)安裝高度；
[0069] 3)確定由反射點G1和G2的位置：
[0070] Gi = 0.5G-p sin(C/3) (2)
[0071] G2 = G-Gi (3)
[0073] | = arcsin(2aeG(h2-hi)/p3)；
[0074] 4)求解雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間在地球表面的反射點處擦地角P，觀測敏感設(shè)備目 標(biāo)仰角9d和反射線的俯角0r;
[0080] 5)計算直射路徑和反射路徑的路程差δ;
[0081 ] S = R-, s'm2 φ/(A*, + R? + R.) (7)
[0082 ] (6)計算直射路徑和反射路徑的總的相位差；
[0083] α = / λ + φ+ (βΓ - ) ( g.)
[0084] 其中：為雷達(dá)方向性因子中反射和直射的相位差，為已知量；
[0085] 7)考慮到近海面影響，計算總的發(fā)射系數(shù)；
[0086] 7.1)計算反射面的復(fù)反射系數(shù)Po,分為水平極化和垂直極化兩種：
[0089]式中：Γ hh為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)；
[0090] r vv為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)；
[0091] Ρ0ΗΗ為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值；
[0092] Pow為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值；
[0093] Φ HH為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值；
[0094] Φ w為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值；
[0095] ε為復(fù)介電常熟e = er-j6〇Ao;
[0096] ^為近海面海水相對介電常數(shù)；
[0097] 〇為近海面海水導(dǎo)電率（Ω /m);
[0098] 7.2)計算粗糙表面反射因子ps;
[0099] 考慮到近海面的海浪高度分布可近似為高斯型的粗糙表面，發(fā)射因子為：
[0101]式中：〇h為高斯型高度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差(m); P為擦地角；
[0102] 7.3)計算發(fā)散因子ps
[0103]地球反射面表面為曲面，則發(fā)射波波前的曲率不同與入射波波前的曲率。根據(jù)射 線理論，如果表面曲率呈凸形，那么反射射線比從平面反射的射線發(fā)射的迅速，故用發(fā)散因 子D來說明這樣引起的發(fā)射場的減弱，即
[0105]由于擦地角永遠(yuǎn)是一個很小的角度，因此，可應(yīng)用如下近似：
[0107] 4)計算總的反射系數(shù)
[0108] x = p〇psDfr/fd (13)
[0109] 其中：fr/fd為方向圖系數(shù)振幅在直射和發(fā)射路徑上的數(shù)值，對雷達(dá)而言為已知量；
[0110] (8)計算傳輸因子F，獲取敏感設(shè)備處的場強(qiáng)E。
[0113] 各步驟中參數(shù)G = 6000m，反射點Gl = 1216m和G2 = 4783m，擦地角W=〇. 0246,目標(biāo) 仰角0d = 〇.0145和反射線的俯角01 = 〇.0247,總的反射系數(shù)x = 0.2927。近海面引起的傳輸 因子和隨觀測高度變化的場強(qiáng)分布如圖2和圖3所示。
[0114] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種考慮近海面面環(huán)境影響的編隊內(nèi)雷達(dá)遠(yuǎn)場預(yù)測方法，其特征在于，包括W下步 驟： 1) 采集艦載雷達(dá)和觀測點位置，建立艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備的幾何關(guān)系； 2) 計算雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間的地面距離G;其中：Rd為艦載雷達(dá)和觀測敏感設(shè)備間的直線距離;ae為V3地球等效半徑;hi為觀測敏 感設(shè)備安裝高度;h2為艦載雷達(dá)安裝高度； 3) 確定地面反射點到雷達(dá)和敏感設(shè)備的距離G1和G2: Gi = 0.5G-psin(C/3) (2) G2 = G-Gi (3) 其中：C = arcsin(2aeG(h2-hi)/p^)； 4) 求解雷達(dá)與觀測敏感設(shè)備間在地面上反射點處擦地角皆，觀測敏感設(shè)備目標(biāo)仰角0d 和反射線的俯角其中:拍-?為雷達(dá)方向性因子中反射和直射的相位差，為已知量； 7)考慮到近海面影響，計算總的發(fā)射系數(shù)； 7.1)計算反射面的復(fù)反射系數(shù)P0，分為水平極化和垂直極化兩種：式中：Γηη為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)； Γ W為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)； ΡΟΗΗ為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值； POVV為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)幅度值； Φ ΗΗ為水平極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值； Φ W為垂直極化復(fù)發(fā)射系數(shù)相位值； ε為復(fù)介電常熟ε = er-j6〇Ao; Er為近海面海水相對介電常數(shù)； σ為近海面海水導(dǎo)電率（Ω/m); 7.2) 計算粗糖表面反射因子Ps; 考慮到近海面的海浪高度分布可近似為高斯型的粗糖表面，發(fā)射因子為：式中：Oh為高斯型高度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差(m); 口為擦地角； 7.3) 計算發(fā)散因子Ps 地球反射面表面為曲面，則發(fā)射波波前的曲率不同與入射波波前的曲率。根據(jù)射線理 論，如果表面曲率呈凸形，那么反射射線比從平面反射的射線發(fā)射的迅速，故用發(fā)散因子D 來說巧巧掙引撫的發(fā)射場的減顯，良口4)計算總的反射系數(shù) X = P〇f?sDfr/fd (13) 其中:fr/fd為方向圖系數(shù)振幅在直射和發(fā)射路徑上的數(shù)值； (8)計算傳輸因子F，獲取敏感設(shè)備處的場強(qiáng)E。
【文檔編號】G01S13/91GK106093872SQ201610388188
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610388188.0, CN 106093872 A, CN 106093872A, CN 201610388188, CN-A-106093872, CN106093872 A, CN106093872A, CN201610388188, CN201610388188.0
【發(fā)明人】劉其鳳, 謝大剛, 譚輝, 奚秀娟, 吳為軍
【申請人】中國艦船研究設(shè)計中心