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第8章 纷至沓来—脉冲多普勒雷达

1.从多普勒效应到多普勒雷达

在日常生活中,我们会注意到,一辆发出尖锐警报声的警车从远处迎面驶来的时候,当警车离你越近时,它的汽笛声的音调就会越高。当警车开始远离你的时候,你所听到的音调却又越来越低,这种现象就称为多普勒效应。

奥地利伟大的物理学家多普勒是这样来解释这种奇怪的现象的:一辆朝你高速驶来的警车发出的声波对你而言是稍微被压缩从而显得格外集中,这时你听到的声音波长远短于这个声源静止时发出的波,而短波音调就显得较高。相反,离你而去的声源的声波是稍微被扩散而被拉长,这时你听到声音的波长比该声源静止时发出的波长要来得长,长波的音调就显得较低了。

脉冲多普勒雷达,简称PD雷达,是一种应用多普勒效应能够在强烈的背景(地、海面)杂波干扰下细心地发现运动目标,并测量运动目标的位置和相对速度的脉冲雷达。

脉冲多普勒雷达的工作原理是:当雷达向空中发射出一个固定频率的脉冲波对空扫描时,只要遇到活动目标,回波的频率与发射波的频率就会出现频率差,这种偏差称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小,可测出任何一个运动目标相对于雷达的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接收的时间差,可以测出目标和雷达之间的距离。同时你要再用上频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线,滤除去干扰杂波的谱线,就可以使雷达从强杂波中分辨出寻找它的目标信号。我国空军的米格27战斗机上装备跟踪雷达的就是这种“N001”脉冲多普勒雷达。

脉冲多普勒雷达具有世界上最好的抗杂波性能,它能够对运动目标进行精确的测速和具有很高的速度分辨率。自它20世纪50年代诞生以来,发展非常之快,随着微电子技术和数字技术的飞速发展,它的应用范围也越来越广。脉冲多普勒雷达还具有很好的下视能力,能对付任何低空飞行的飞机和巡航导弹,所以现在大多数战机都装备着这种雷达,以增强它预警、格斗、截击和载炸等能力。

2.脉冲多普勒雷达的缺点

人无完人,金无足赤,世界上没有绝对完美的东西,这种雷达也有不少缺点。脉冲多普勒雷达的致命弱点主要有以下三个方面:

(一)电子干扰

(1)速度假目标干扰

这种样式的干扰也叫随机多普勒干扰,就是利用复制信号延续时间长的这一特点,让干扰程序在一定的空间里,无中生有,产生多个具有模拟本机或其他速度的假目标,用以迷惑敌方的多普勒雷达。这种干扰样式通过在敌方雷达的发射信号上,再随机叠加一些多普勒频率,从而使敌方雷达在多普勒域上产生许多类似目标的信号。速度假目标的频移是通过一种特殊的数控移相器完成的。

(2)速度波门拖引

它是通过连续改变多普勒雷达信号的载波频率,使多普勒雷达的速度跟踪波门随干扰信号偏移开,最后丢失跟踪目标。

(3)多普勒噪声干扰

这种干扰也叫高精度的窄带瞄准式噪声干扰。由于脉冲多普勒雷达滤波器带宽很窄,一般只有数百赫兹,因此让干扰机瞄准多普勒雷达这个窄带滤波器,使用快速扫描锯齿波对移相器进行锯齿形调相,这一调整,就使多普勒雷达无法根据目标速度的差别来发现目标,这就形成了一种完美的对多普勒雷达的搜索功能的干扰。

(4)距离波门拖引干扰

这种干扰就是干扰脉冲多普勒雷达的跟踪状态,让多普勒雷达丢失跟踪目标。这种干扰可以在对敌方雷达信号进行时延(拖距)的同时,再通过变频进行速度欺骗。

(二)雷达扫描盲区

脉冲多普勒雷达扫瞄范围并不能达到360°全方位,而是存在大片盲区。以美国F16A装备的APG-66雷达参数来说,它对雷达波的反射面积是5米,目标的仰视发现距离为60~90千米,俯视发现距离只有46~65千米,而它的总探测范围为:方位×俯仰=120°×120°。

(三)先天不足—多普勒雷达自身的缺陷

(1)多普勒雷达根本无法躲开那些来自地面的强烈的杂波干扰,因此可以采用超低空战术进行躲避。

(2)从原理上讲,当目标飞机突然改变了运动方向,使相对速度矢量和对方飞机的运动方向(切向飞行)相垂直,则它相对于雷达的径向速度为0,多谱勒频率也就为0,则雷达就根本无法检测,导致目标脱锁(注:0频的杂波可以在雷达载机垂直向下的地面以近乎镜面反射造成)。

多普勒雷达发出阵阵的脉冲雷达波,它的地面固定目标就会产生回波,回波频率和雷达的主脉冲电波一致,而运动目标的回波频率则和地面目标不一样,这样就可以把飞机同地面背景信号区分开。而像面所说的突然转向机动,则可以使雷达把目标机当做地面回波信号过滤掉,使敌人雷达对自己脱锁。

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