2010年4月
第33卷第2期
舰船电子对抗
SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASURE
Apr．2010
V01．33No．2
雷达电磁波遮挡绕射仿真模型及其应用
郑灼洋
(船舶重工集团公司723所，扬州225001)
摘要：研究了电磁波遇到障碍物而产生绕射的规律。根据障碍物的拓扑结构的不同，分别对刃峰绕射、圆顶峰绕射、
小坡度连续地面绕射进行分析研究，得出了相应的绕射公式，随后研究了多山峰实际地形绕射因子的计算，这对研
究电磁波遇到障碍物时的绕射有较好的参考。
关键词：电磁波绕射；雷达；障碍物
中图分类号：TN955 文献标识码：A 文章编号：cN32—1413(2010)02一0104一04
TheSimulatiVeModelandApplications0f
RadarEIectrOmagneticWaveDiffractiOnOverBarrier
ZHENGZhuo—yang
(The723InstituteofCSIC，Yangzhou225001，ChirIa)
Abstract：Thispaperstudiestheruleofdiffractiongeneratedwhentheelectromagneticwavepropa—
gationfallsacrossbarriers．AccordingtothedifferenceoftopologicaIstructuresofbarriers，thispa—
peranalyzesandstudiesthediffractionsofsingleknife—edge，flat—toppedobstacle，littlegrade
ground，andfetchesthecorrespondingdiffractionformulas，thenstudiestocalculatethediffraction
factionofthepracticalphysiognomyofmultipleknife～edgemounting，whichhasgoodreferenceto
theelectromagneticwavepropagationdiffractionoverbarriers．
Keywords：electromagneticwavediffraction；radar．barrier
O 引 言
雷达工作在微波波段，雷达波在传播时会产生
绕射及遮挡现象。对此类问题的研究有巨大的民
用、军用价值。简单的几何运算不足以精确模拟雷
达目标绕射时的增益降低弧现象。本文将微波电磁
波的绕射传播理论应用到雷达模拟器，并以高度迭
代循环参与有关运算，在雷达目标回波功率算法中
模拟电磁波的障碍物绕射传播，起到了比较好的
效果。
雷达波在空间匀速直线传播，遇到目标后，被反
射回天线，称为回波。目标在反射雷达波的同时，也
阻挡了电磁波向前传播，在其身后形成阴影扇形区
域。由于电磁波具有一定的绕射能力，在阴影扇形
区域的边缘，仍然能够探测到有较强反射能力的目
收稿日期：2009一06一01
标，但回波的强度明显减弱，一些小目标将会漏失；
在阴影扇形区域中心，雷达波被完全阻挡不能到达，
探测不到任何目标，是雷达的盲区。所以，就与雷达
照射方位相同但距离不同的2个目标来说，如果距
离较远的目标高度较高且具备足够的回波强度，则
该目标能够被雷达探测到；相反，如果距离较近的目
标高度较高，那么较远的目标就有可能因为遮挡而
无法被探测到。
1 雷达电磁波的绕射传播
当雷达发射的电磁波波长远小于障碍物的尺寸
时，电磁波越过障碍物传播的现象称为绕射。根据
障碍物拓扑结构的不同，电磁波的绕射可分为刃峰
绕射、圆顶峰绕射、小坡度连续地面绕射等。当雷达
天线所辐射的电磁波通过空间传播到目标点时，凡
万方数据
第2期 郑灼洋：雷达电磁波遮挡绕射仿真模型及其应用 105
进入发射点和目标点之间第一菲涅尔区的地面、山
峰、建筑物及树木等障碍物，都会对电磁波产生“遮
挡”效应，影响目标点的场强。在第一菲涅尔区以外
的物体可认为对目标点的场强没有影响。
如图1所示，设定发射点至接收点的距离为d，
由发射点发出的电磁波至空间的任一点，再折向传
播到接收点时所经历的路程长度为d，一d。+d。，满
足以下条件所构成的空间曲面，即为第一菲涅尔区
的边界。
d，一d=丢 (1)
＼
图1第一菲涅尔区的边界示意图
理论可以证明，这是一个以发射点至接收点连
线为长轴的椭球面，发射点和目标点处于椭球面的
2个焦点上。该椭球的长短轴分别为：
(2)
姜瓜
Z
式中：n为长轴半径；6为短轴半径；d为二点间的直
线距离。
椭球面上任一点至长轴的垂直距离被称为第一
菲涅尔区半径，该半径为：
，．一詹罴 (3)
2 余隙计算
地面上任一物体的顶点至发射点和目标点连线
的垂直距离称为余隙，参见图2。
图2余隙计算的几何关系
设定地球
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面，雷达天线的海拔高度为^。，目
标的海拔高度为^：，二点之间的地面距离为r，在距
雷达天线的地面距离为，-，的地方有一山峰，其海拔
高度为^。，等效地球半径为吼，则目标雷达两点间
的直线距离为：
矗丝√(^z一^t)2十(1+鲁)(1+笔)r2(4)
在发射点观察目标点的仰角为：口⋯csin丝生芸错产望‘Ln。—t-凡1J口
arcs㈦学一去， ㈣
障碍物和雷达目标连线之间的夹角为：
p一詈一口一垒 (6)
障碍物在雷达目标连线上至发射点的距离为：
d17=r1(1+堕)sec(a+尘)(7)
口f n。
障碍物顶点在雷达目标连线以上的高度值为：H7咄一半+警(8)
当障碍物在雷达目标连线以下时为负值。
H7至收发连线的垂直距离(余隙)为：
H—H7cos(a+卫)(9)
口‘
障碍物顶点在第一菲涅尔区内至发射点的水平
距离：
dl=d17+H7sin(口+尘)(10)
口。
当H为负值时，为了检查该障碍物是否处于第
一菲涅尔区，首先检查d，是否为负，如为负，则不在
第一菲涅尔区；如为正，将d。代人式(3)，计算该点
的第一菲涅尔区半径，当H值小于该位置的菲涅尔
半径时，则该点不在第一菲涅尔区，不考虑该点的
影响。
对于进入第一菲涅尔区内的障碍物，可分为单
刃峰、圆顶峰、小坡度连续地面等。下面分析各种障
碍物对电磁波传播的影响。
3 单刃峰绕射传播因子
令：
口：旦 (11)
式中：H为单刃峰的余隙，参见式(9)，当山峰低于
雷达目标连线高度时为负值；r为山峰处的第一菲
d
．≈土2一∞诤万
A
一卜，一4一H!一
d
√扣却
lI
=
口
6
万方数据
106 舰船电子对抗 第33卷
涅尔区半径。
单刃峰传播因子可表示为：
20lgF=
rO，口<一1
I一6．02—12．2168钉一7．881扩一
l 23．084口3—21．4口4，一1≤口
记录
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该点至雷达的地面距离，
获得雷达和目标点之间连线上各点的距离、高程数
据。对该数组的高度信息采用滑窗平均法，按以下
(下转第111页)
万方数据
第2期 谢永亮等：基于光栅扫描的雷达P显余辉的一种实现方法 111
度上决定了模拟器的效果。本文实现的多级余辉效
果克服了图像出现辐射状花纹的现象及扫描速率不
稳定的现象，得到了画面流畅、效果逼真的仿真图
形。而实现仿真效果逼真的余辉一般会给处理器带
来很大的运算量，且必须充分考虑扫描线与回波的
叠加方式。本文采用的亮度比较法对冗余点进行了
处理，并且易与雷达回波信号叠加，便于程序的扩
展，可应用于模拟器的设计及雷达技术的研发。
图7画线法得出的仿真结果
通过两种实现方法的结果比较，画线法生成的
万丐x陬
仿真图形由于扫描线不能完全覆盖整个圆域内的 [1]杨万海．雷达系统建模与仿真[M]．西安：西安电子科
点，出现了严重失真。本文提出的亮度比较法有效 技大学出版社，2007．
解决了由于近距离区域内多个角度的距离单元对应 [2]米切尔RL．雷达系统模拟[M]．北京：科学出版
相同的像素点，使得中心部位被消隐的次数明显要 tI“∞饥
比其他部位多，导致效果图像失真的问题。该方法 [3]朱兵·基于余辉地址表的雷达显示余辉模拟方法[J]．
竺到的余辉效果逼磐面些芝描速当翌了预 [4]然禚警淼赫‘型雷达显示器计算
定的10转／s的要求，且程序便于扩展，易与雷达回
机仿真[J]．计算机仿真，2003，20(4)：6—8．
波信号叠加，得到完整雷达显示画面。 [5]刘翠海，温东．光栅扫描显示器上实现PPI雷达长余辉
4结束语 嘲篡嚣j未嘉筝：嚣；￡；：：蓄：l麓交通出版
在雷达模拟器中，余辉实现的逼真程度很大程 社，1990．
(上接第107页) 物为止。总的多山遮挡传播因子为这些余隙最大遮
公式对高度进行平滑，以滤除小范围波动。 挡传播因子之和。
^i=丢著_， c38， 8结束语
滑窗宽度咒暂定为等，△s为计算步长(单厶。
位m)。
在雷达目标连线之间，依据雷达天线和目标之
间的距离，建立第一菲涅尔区，并计算连线上地面各
点的余隙，保留余隙为正值的所有点，当余隙为负值
时，检查该点是否进入第一菲涅尔区，如进入则保
留。利用主障碍法，选取余隙最大的点，依据该障碍
物的形状计算该点的遮挡传播因子。
利用该余隙的最大点，在发射点和最大余隙点
间、接收点和最大余隙点问分别再建立第一菲涅尔
区，按上面的方法再次检查前次保留的各点是否再
次进入这2个新的第一菲涅尔区，如进入，继续保
留，否则删除。再次在保留的障碍物中选取余隙最
大值点，计算该点的遮挡传播因子。如此迭代循环，
直至仅剩余一个进入下一个新第一菲涅尔区的障碍
突破雷达模拟器中的几何模拟关系，代之以严
格的数学模型，结合实际地理信息系统，提供如何计
算实际地形遮挡效应的传播因子，大幅度提高雷达
的仿真质量和雷达仿真水平。
参考文献
[1]王国玉，汪连栋．雷达电子战系统数学仿真与评估
[M]．北京：国防工业出版社，2004．
[2]汪茂光．几何绕射理论[M]．西安：西北电讯工程学院
出版社，1989．
[3]刘彤，金一丞，尹勇．航海雷达电磁波绕射仿真模型及
其应用[J]．计算机仿真，2002，19(3)：85—87．
[4]肖景明，王元坤．电波传播工程计算[M]．西安：西安电
子科技大学出版社，1989．
[5]wBurgerMSc．Radarobserver，sHandbook[M]．Glas—
gow：Brown，Son&Ferguson。Ltd，1983．
万方数据
雷达电磁波遮挡绕射仿真模型及其应用
作者： 郑灼洋， ZHENG Zhuo-yang
作者单位： 船舶重工集团公司723所,扬州,225001
刊名： 舰船电子对抗
英文刊名： SHIPBOARD ELECTRONIC COUNTERMEASURE
年，卷(期)： 2010,33(2)
参考文献(5条)
1.王国玉;汪连栋 雷达电子战系统数学仿真与评估 2004
2.W Burger MSc Radar Observer's Handbook 1983
3.肖景明;王元坤 电波传播工程计算 1989
4.刘彤;金一丞;尹勇 航海雷达电磁波绕射仿真模型及其应用[期刊论文]-计算机仿真 2002(03)
5.汪茂光 几何绕射理论 1989
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