雷达环境与电波传播

雷达环境与电波传播

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完成时间：2012年9月28日

摘 要： 本文在引言部分简要阐述了雷达环境对雷达系统的关系，即随着雷达系统的灵敏度的提高提高会加重对雷达环境的重视，而且雷达电波的传播也受到了雷达环境的影响，为了使其更好地传播有必要研究二者关系。

在第二部分先是介绍了电波环境，电波环境分别包括地面、对流层、平流层（含中层）、电离层和磁层，并简介了各层的特征。此外第二部分还简述了不同的雷达环境对传播特性的影响，包括折射效应，衰减效应，色散效应，闪烁效应，杂波，多径效应，去极化效应，干扰与外噪声。

在第三部分介绍了一种方法叫做折射误差修正，该种方法可以减少折射现象对传播特性的影响。

关键词：电波环境；雷达电波；传播特性；折射误差

一、引言

因为电波环境不是武器系统的一个具体部件所以长期被人们忽略。对环境的掌握可以使信息系统处于领先地位的重要性，是知道20世纪80年代才被人们逐渐认识的。

雷达系统是在一定环境下运转的。电波环境是环境的重要组成部分。电波环境与雷达系统的关系是一种相互依存关系，对雷达系统性能既有抑制作用，又有相辅作用。电波环境虽然不是具体的装备系统的一个具体部件，但他它在系统设计和运转中起着重要作用。由于器件设计技术和信号处理技术的飞速发展，雷达系统整体水平有了很大提高。随着系统灵敏度和精度的提高，系统受自然环境条件的影响也就越大，对电波环境信息依赖性的精度也就越大。

雷达系统发射的雷达电波在空间会以各种频率传播，而每种频率的雷达电波的传播特性都会受到雷达环境的影响，为了减少传播电波环境对传播特性的影响必须首先研究环境对特性的具体影响。

二、雷达环境对雷达性能的影响

雷达工作环境根据大气电波特性可以划分为若干层区，下面给出各层区的特征，并简要介绍各层区对雷达性能的影响。 （一） 雷达环境各区域特征

我们把地面直到1000km以上的整个近地空间作为雷达环境，按照海拔的从底到高依次为地面、对流层、平流层（含中层）、电离层和磁层。各区域环境特征如下。

1地面

地面、海面以及地海交界环境特征是地球表面不均匀性、电气特性不均匀性和复杂的地形地貌，它们都严重影响雷达无线电波传播。

2对流层

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对流层是最贴近地面的一层大气，由于地面吸收太阳能量，将光能转化为热能，再从地面向大气低层传输就发生了强烈的对流。这是该层大气的主要特征。对流层顶板在极区为9km，赤道可达17km。这区域大气折射率严重影响雷达无线电传播。

3平流层

对流层顶部到平流层顶的空间为平流层，这里大气中水蒸汽含量很少，尘埃也很少，十分透明，大气垂直对流不强，多为平流运动，而且这种运动尺度很大。该层的风场结构对以平流层为平台的雷达系统定点稳定性影响较大。但一般地说，这一段空间的大气对雷达无线传播影响不大。

4中层

中层大气边界在由平流层顶到85km左右处。此层的大气物质进行着强光化反应，以中性分子为主。一般地说，中层对无线电波传播影响不大，但它是甚低频波导传播的上边界。此外，该层的风场结构较复杂。

5电离层

电离层是指60～1000km以上的高层大气，在太阳辐射的影响下，大气物质发生电离。这区域的电离状态显著影响雷达无线电波传播。电离层区域大致划分为D、E、F区，他们均有明显的日、季、年和太阳活动周期的规则变化和由太阳辐射突发引起的随机不规则变化。

6磁层

磁层是指在背景太阳风和基本地球磁场相互作用下，形成的一个太阳风被排斥而地球磁场被太阳风压迫变成类似彗星头尾一样的空穴，在此空穴内地球磁场起着主要控制作用的层区。磁层内充满着稀薄的等离子体，主要是质子、电子，以及少量的氦和中性氢粒子。磁压比气压大得多。等离子体运动完全受磁场支配。正常的磁层对雷达无线电波传播影响不大，但是太阳风暴爆发时，在扰动的太阳风暴作用下，磁层内磁场放生爆发形成磁暴，并作用于电离层引发电离层暴，对雷达无线电波传播会产生很大影响。

（二） 不同雷达环境对雷达电波传播的影响

几乎所有频段雷达的电波传播都受到各种雷达环境不同程度的影响。雷达环境对雷达电波传播的影响是多方面的。

1折射效应

电波折射效应是由于对流层和电离层大气折射指数的空间变化使雷达信号在大气层中传播速度异于在真空中传播速度而产生传播射线的弯曲，使测得的目标仰角、距离和多普勒频移等目标视在参数不同于目标真实参数的一种效应。

折射效应包括:

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①大气折射指数不均匀所引起的折射效应，包含附加传播时延、目标视在位置误差、射线偏轴，大气波导的折射效应；

②电离层电子浓度不均匀所引起的电离层折射效应，包含群时延、到达角误差。

折射效应对雷达性能的影响有两个。一是雷达探测和跟踪目标的垂直面内作用范围与自由空间时有所不同，一般在垂直面内向下倾斜；而是使得目标位置参数及其变化率产生误差，降低了检测目标的信噪比。

2衰减效应

电波衰减效应是指无线电波在自由空间或介质传播过程中能量的减弱效应。衰减效应包括： ①地、海面反射引起的多径衰减，地形地物引起的遮蔽衰减和绕射衰减，地面电导率、介电常数引起的衰减与相差；

②大气氧气和水汽等气体分子、水汽凝结物对电波吸收、散射所产生的衰减和去极化，大气折射指数不均匀所引起的损耗和波束散焦损耗，大气波导的衰减效应；

③电离层电子碰撞对电波的吸收。

衰减效应对雷达性能的影响主要是缩短了雷达探测和跟踪目标和作用距离，以及降低了雷达探测和跟踪目标的性噪比。

3色散效应

色散效应是由于大气为非理想介质，介质中折射率与频率有关，穿越介质的电波信号传播时延是频率的函数，特别是宽带信号就会散开，引发严重时延散步效应。比如，电离层就是色散物质。

色散效应造成雷达成像分辨率大大下降，跟踪测距、测角及测速误差大大增加，色散是影响空间监控雷达、导弹预警雷达和星载合成孔径雷达的最总要环境效应。

4闪烁效应

对流层湍流和电离层不均匀体运动的变化，无线电波穿过大气层、电离层时产生幅度、相位、极化和到达角的变化，表现为目标信号电平的快速起伏。信号的峰峰起伏可达1～30dB,起伏可持续几分钟，有时甚至几小时。

这种现象由：①目标尺度与传播路径Fresnel区尺度相近的湍流、电子密度引起；②强的电子密度梯度，尤其是垂直于传播路径方向的电子密度梯度引起。闪烁效应已在10MHz～12GHz的频率上观测到。

闪烁影响雷达的作用距离和成像精度，严重的电离层闪烁可引起雷达信号中断，电离层闪烁在我国东南的低纬度地区较为严重，在太阳活动高年尤为严重，L波段的闪烁高达数十分贝。

5 杂波

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杂波主要是指非目标杂散回拨。地的电不均匀性、大气气象不均匀体及电子密度不均匀的散射都可能引起非目标回波。飞鸟、昆虫对电波的散射也会引起非目标杂散回波。

杂波是影响雷达目标检测和识别的重要因素。 6多径效应

多径效应是指由于地海面、电离层反射，电波的直达波和反射波或多条传播路径回波同时到达接受点而产生的多路径传播干涉衰落效应。多径效应有频率选择性衰落和时间性衰落之分。

多径效应可产生信号交调、误码和虚假目标。 7多普勒效应

目标对于雷达接收机运动，会引起返回信号频率增加或减少的多普勒效应。在电离层传播路径上，总电子含量的时间变化率也可以引起多普勒效应。这两种多普勒频移所产生的多普勒频移所产生的多普勒频率可能是同数量级的。

8去极化效应

去极化效应是指电波通过介质后的极化状态与原来极化状态不同的现象。对流层中的大气不均匀性、大气沉淀物，特别是降雨、冰雹、降雪等对微波以上频段电波将产生严重的去极化；电离层可产生极化旋转效应，使线性极化波在电离层传播或变为椭圆极化波。此外，横向倾斜表面反射、射线偏离天线主轴、多径等都可能引起去极化效应。

去极化效应将直接影响雷达对目标极化特征的提取和识别或能量的损耗。 9 干扰与外噪声

干扰与外噪声包括大气无线电噪声、晴空大气气温、地球表面辐射噪声、天体辐射、银河系电噪声、人为无线电噪声和无线电台干扰。干扰与外噪声对雷达性能的影响主要是降低了雷达探测和

跟踪目标的信噪比和缩短了雷达探测和跟踪目标的作用距离。

三、用于减小环境影响的方法和技术

折射误差修正

折射使传播射线弯曲。雷达测得的是目标的视在仰角、距离、高度与距离变化率（或视在多普勒频移），而不是目标的真实仰角、距离、高度与距离变化率。因此，必须把雷达测量目标的视在修正为目标的真实值。

折射误差修正是根据探测或统计大气层的折射指数剖面或折射率剖面，由雷达测得的目标的视在量计算出目标的真实值，相应的视在量与真实量之差为该量的折射误差。不同的雷达传播方式，目标的视在量有不同的折射误差修正方法。

常规雷达的目标仰角、距离与高度折射误差修正有射线描迹法、线性分层法、等效地球半径法。通过三站测量可对目标多普勒频移、距离变化率和运动速度进行折射误差的修正。

短波超视距雷达目标仰角、距离与高度折射误差修正方法与常规雷达是不同的。短波超视距雷达由于超视距的原因，目标的仰角、高度已失去了原来的意义。一般地说，目标参数是方位、地面

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距离、多普勒频移。短波天线超视距雷达最重要的是将经电离层返回散射传播的雷达射线斜距离变换为地面距离，但这种变换由于电离层的分支及不稳定而变得非常复杂。

微波超视距雷达目标仰角、距离与高度折射误差修正方法与常规雷达也是不同的。这是大气中射线经过的真实路径不再和自由空间雷达方程中体现的直线距离相同。因为波导传播多发生在零度附近的仰角上，同时还因为大气波导引起的射线弯曲消除了地平线效应，使射线在波导层结内产生多次跳跃，计算变得非常复杂。

四、结束语

雷达环境与电波环境是一个交叉学科，用一篇论文阐述不彻底，因此这篇论文只是对雷达环境与电波环境的一个简介与综述。在撰写论文的过程中通过对相关文献的查阅收获了很多相关的宝贵知识，并使我从一个侧面加深了对战场电磁环境这门课的理解和认识。

参考文献

[ISBN: 9787121047046] 焦培南，雷达环境与电波传播特性，电子工业出版社，2007年。

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距离、多普勒频移。短波天线超视距雷达最重要的是将经电离层返回散射传播的雷达射线斜距离变换为地面距离，但这种变换由于电离层的分支及不稳定而变得非常复杂。

微波超视距雷达目标仰角、距离与高度折射误差修正方法与常规雷达也是不同的。这是大气中射线经过的真实路径不再和自由空间雷达方程中体现的直线距离相同。因为波导传播多发生在零度附近的仰角上，同时还因为大气波导引起的射线弯曲消除了地平线效应，使射线在波导层结内产生多次跳跃，计算变得非常复杂。

四、结束语

雷达环境与电波环境是一个交叉学科，用一篇论文阐述不彻底，因此这篇论文只是对雷达环境与电波环境的一个简介与综述。在撰写论文的过程中通过对相关文献的查阅收获了很多相关的宝贵知识，并使我从一个侧面加深了对战场电磁环境这门课的理解和认识。

参考文献

[ISBN: 9787121047046] 焦培南，雷达环境与电波传播特性，电子工业出版社，2007年。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/79ia.html