双基地雷达

茶话双基地雷达
姓名:刘玉敬 学号：2009081221
1.双基地雷达定义
双基地雷达采用两个相距颇远的基地，其中一个放置发射机，另一个放置相应的接收机。

其目标检测与单基地雷达类似，即发射机照射目标、接收机检测和处理目标回波。

目标定位也与单基地雷达类似，但更复杂：为求解发射机-目标-接收机三角形（双基地三角形），需要信号传播总时间、接收机的正交角测量及对发射机位置的一些估计。

由于站址分开，因此可能再加上副瓣对消，对直达路径发射信号提供足够的空间隔离度。

双基地雷达常采用CW 波形。

在如图1所示的xy 平面上给出了双基地雷达的坐标系和参数的定义。

该平面有时也称为双基地平面。

双基地三角形处在双基地平面内。

发射机和接收机间的距离Ｌ称为基线距离或简称基线。

θT 和θR 分别是发射机和接收机的视角，它们也被称做到达角（AOA ）或视线角（LOS ）。

双基地角β =θT -θR ，也称交角或散射角。

用β来计算与目标相关的参数及用θT 或θR 来计算与发射机或接收机相关的参数是很方便的。

图1 两维的双基地雷达正北坐标系
若以发射基地和接收基地为焦点做椭圆，那么椭圆在目标处的切线和双基地角的平分线垂直，这是一个很有用的关系。

该椭圆就是距离等值线。

在双基地“足迹”内，即在发射波束和接收波束的交叠区内，该切线是距离等值线的一个好的近似。

单基地雷达和双基地雷达可以从几何关系上加以区分。

若设定L =0或R T =R R 和β =0，则可等效为单基地雷达。

2.双基地雷达方程
双基地雷达距离方程的推导和单基地雷达距离方程的推导完全类似。

双基地雷达的最大作用距离为
2/1R
T m i n n s 32R 2T B 2R T T m a x R T ))/()4(()(L L N S B KT F F G G P R R π=σλ （1） 式中，R T 为发射机至目标的距离；R R 为接收机至目标的距离；P T 为发射功率；G T 为发射天线功率增益；G R 为接收天线功率增益；λ为波长；σB 为双基地雷达目标截面积；F T 为发射机至目标路径的方向图传播因子；F R 为目标至接收机路径的方向图传播因子；K
为玻耳兹曼常数；T s 为接收系统噪声温度；B n 为接收机检波前的滤波器噪声带宽；(S /N )min 为检波所需的信噪功率比；L T 为不含在其他参数在内的发射系统损耗（＞1）；L R 为不含在其他参数在内的接收系统损耗（＞1）。

若B M σσ=、M R T L L L =和4M 2R 2T R R R =，则式（1）对应于单基地雷达距离方程。

此处采
用式（1）是因为它更清晰地阐明了信噪比等值曲线（卡西尼卵形线）的通用性和其他一些几何关系。

式（1）的右边就是双基地最大作用距离常数κ。

取(R T R R )max = κ，式（1）就是最大距离卡西尼卵形线。

只需简单地去掉（R T R R ）和（S /N ）的下标max 和min ，就可估算在任意R T 和R R 距离上的信噪功率比。

由式（1）得到的（S /N ）为：
S /N =k /R T 2R R 2 （2）
式中，S /N 为距离R T 、R R 处的信噪功率比，且有
k = R
T n S 32R 2T B 2R T T )4(L L B KT F F G G P πσλ （3） 式中，k 为双基地雷达常数。

k 和κ的关系是
k = κ2 (S /N )min （4）
式（2）表示一种卡西尼卵形线。

若将R T 和R R 转化为极坐标（r ,θ），则卡西尼卵形线就可画在双基地平面上，如图1所示。

θ2222222R 2T cos )4/(L r L r R R -+= （5）
式中，L 为基线长。

当k =30L 4时，任意k 值的卡西尼卵形线如图2所示。

图2中的卵形线是任意双基地平面上的信噪比等值线。

这些曲线假定发射机-目标路径和接收机-目标路径存在合适的视线，以及σB 、F T 和F R 不随r 和θ 变化。

虽然事实上并非如此，但这种简化假设对于理解双基地的基本关系和限制是很有用的。

随着S /N 或L 的增大，卵形线逐渐收缩，最终断裂为围绕发射站和接收站的两个部分。

卵形线断裂在基线上的点称为尖点。

信噪比等于尖点信噪比的卵形线称为双纽线（两部分），当L =0，R T R R =r 2时，即为单基地情况，卵形线变成圆。

图2 信噪比等值线或卡西尼卵形线（基线=L ，k =30L 4）
3.双基地雷达的应用
卡西尼卵形线族确定了双基地雷达的3个不同工作区，即以接收机为中心的区域、以发射机为中心的区域及以发射机和接收机为中心的区域（简称共基地区）。

选择这些工作区域的准则是双基地雷达常数k 。

式（3）中的许多项都是由发射机控制的，因此用控制k 值来定义三种发射机配置是很便利的，即专用的、合作的和非合作的发射机配置。

专用发射机是指发射机的设计和操作均从属于双基地雷达系统。

合作式发射
机是指为其他功能服务而设计的，但又可适当地支持双基地工作并受其控制。

非合作式发射机尽管适宜双基地工作，但不受控。

表1以工作区和发射机的配置分类综述了双基地雷达的一些用途。

表1 双基地雷达的应用
双基地雷达
工作区
距离关系 发射机配置 专用 合作式 非合作式 以接收机为
中心的区域
R T R R >> k 小 1．空对地袭击（静默渗透） 2．半主动寻的导弹（发射后锁定） 1．近程防空 2．地面监视 3．无源位置识别 1．无源位置识 以发射机为
中心的区域 R T R R >> k 小 —
— 2.智能数据采集 3.导弹发射告警 共基地区 R T ~R R k 较大 1．中程防空
2．卫星跟踪
3．距离测量
4．半主动寻的导弹（发射前锁定）
5．入侵检测 — —
4.双基地雷达的时间同步
为了测距，发射机和接收机之间应保持时间同步。

在一次操作期间，通常要求的定时精度为发射机（压缩后）脉冲宽度的几分之一量级。

时间同步可通过直接接收发射机发来的信号来完成，需要的话要进行信号解调，然后用这个解调后的信号同步接收机的时钟。

如果发射机和接收机间存在满足要求的视线的话，则发射信号可通过陆地通信线路传输，或通过通信链路传输，或直接以发射机RF 信号输出。

若没有这样的视线，则同步信号也可经散射路径传输，因为散射体可满足收发视线的要求 。

对固定的PRI ，时间同步可通过在发射基地和接收基地使用相同的稳定时钟来直接完成，时钟周期性地进行同步。

采用直接时间同步时，校正期间所需的时钟稳定度是∆τ/T u （一阶）。

式中，∆τ为所要求的定时精度；T u 为时钟校正间隔。

校正间隔的典型范围从发射机脉间期间的最小值到发射天线扫描周期的最大值。

前者通常需要发射机和接收机间有专用的链路；后者在有满足要求视线的条件下，只要发射波束扫过接收基地就能实现同步，这种方法有时被称做“直接穿透”。

温控晶体振荡器通常就可以满足这些要求。

5.双基地雷达与单基地雷达在使用时的性能比较
5.1抗反辐射导弹的生存能力
反辐射导弹攻击的目标为辐射源，由于双基地雷达只有发射站辐射能量，因此反辐射导弹只攻击其发射站天线。

不论单基地雷达或双基地雷达，在其天线被摧毁的情形下，雷达均不能正常工作。

由于双基地雷达的收发异地放置，因此生存能力可等同为发射站抗反辐射导弹(ARM)的生存能力;单基地雷达收、发共处一地，反辐射导弹在偏离天线情形下，可能会毁伤其它部位，其生存能力为整个雷达的抗ARM 的生存能力。

在此用概率论的观点讨论双基地雷达发射站后置、接收站前置的部站方式。

反辐射导弹对单、双基地雷达攻击成功的概率分别为0.55和0.26，单、双基地雷达的生存概率分别为0.45和0.74，双基地雷达抗ARM 攻击时的能力比单基地雷达高得多。

5.2低空探测能力
雷达探测低空目标时，应考虑两个因素：一是目标必须在雷达的无线电视距内；二
是地杂波的影响。

假定目标在单、双基地雷达的无线电视距内，讨论后一个因素对单、双基地雷达低空探测能力的影响。

双基地雷达的分辨单元而积一般小于单基地雷达分辨单元而积。

因此，双基地雷达的地杂波截而积小于单基地雷达的地杂波截而积，双基地雷达对低空目标探测时反射回来的杂波干扰比单基地雷达小，改善了低空探测性能。

况目_双基地雷达无需收发开关，降低了雷达的系统损耗，更加有利于双基地雷达对低空目标的探测。

5.3抗干扰能力
根据干扰机和雷达相对位置，单基地雷达主要有两种干扰形式：主瓣干扰(干扰机天线主瓣对准雷达天线主瓣实施干扰；副瓣干扰
(干扰机天线主瓣对准雷达天线副瓣实施干扰)。

对双基地雷达来说，由于接收机站不辐射电磁波，敌方无法侦知其位置，干扰只能瞄准发射机站实施，其干扰同样分成两种情形：主瓣干扰，干扰机天线主瓣对准双基地发射机天线主瓣，干扰机天线副瓣对准双基地接收机天线主瓣
实施干扰；副瓣干扰，干扰机天线副瓣对准双基地发射机天线副瓣，干扰机天线副瓣对准双基地接收机天线副瓣实施干扰。

干扰效果为：雷达接收机的输入噪声功率增高。

在主瓣干扰下，单、双基地雷达威力覆盖而积下降很大；在副瓣干扰
下，双基地雷达作用而积下降不大，说明双基地雷达较单基地有强的抗副瓣干扰能力。

5.4反隐身能力
隐身目标指通过采用特殊的外型设计和涂敷电磁波吸收材料等措施，使某些方向具有极小的雷达截而积，达到不被雷达发现或降低其发现距离的目的。

雷达截面积(RCS)是雷达的一个重要参数，单基地雷达截而积主要反映目标后向散射功率的大小；根据双基地雷达双基地角的大小，双基地雷达截而积可以分成3个区域：准单基地区(β≤30°)、侧向散射区(30°≤β≤135°)，前向散射增强区( β≤135°)。

若单基地雷达RCS 下降20 dB ，则其作用距离只有原来的1/ 3。

准单基地区：隐身目标的散射特性与单基地雷达利用的后向散射特性基本相同，此时隐身飞机的RCS 很小，很难观测。

侧向散射区：隐身日标的侧向RCS 较之后向RCS 有2~8 dB 的起伏。

有：()10/10x M s ⨯=σσ(s σ为侧向RCS ；M σ为后向RCS ；x 为RCS 起伏的分贝数)，表明利用侧向RCS 好于利用后向RCS 。

特别在隐身飞机的侧向RCS 中，还有一些方向性很强的强散射方向，F-117有12个，B- 2有4个，这些侧向散射单基地雷达接收不到，却可能被双基地雷达所接收利用。

前向散射增强区:无论是金属目标还是涂有雷达吸波材料的隐身目标，其前向散射RCS 为：
22/4λπσA F = （6） 式中：A 为在入射方向的投影而积；λ为波长。

直径为2 m 的球体，在λ为0.1m 时的前向散射面积σ为13410 m 2，后向散射而积仅为2214.3m r m ==πσ，相差极大。

由于目标前向散射主瓣比较窄，一般利用范围较宽的目标前向散射副瓣，即135°≤β≤175°这一前向增强区域。

(在β= 180°附近5°内存在距离、角度和多普勒盲区)。

可见在双基地区和前向散射区，双基地雷达对隐形目标仍有较好的探测能力。