基于几何绕射理论的舰载雷达间电磁干扰预测方法

摘要

本发明提供一种基于几何绕射理论的舰载雷达间电磁干扰预测方法，首先基于电磁干扰预测方程将传统手段对应的干扰余量计算出，然后考虑遮挡的影响，结合GTD理论对传播路径损耗Lp予以修正，最后将修正后的干扰余量与标准限制比较分析得出是否存在干扰的预测结论。本发明通过获得遮挡物对舰载雷达间电磁干扰的影响，得出的雷达间电磁干扰余量更准确，为更为准确地预测舰载雷达间电磁干扰提供参考依据；有利于复杂电磁环境的各项分析。

说明书

技术领域

本发明属于电磁兼容性研究领域。

背景技术

为确保船舶、飞机或其他复杂平台雷达间的电磁兼容性，保证各个雷达设备的正常工作，需要在设计阶段对其雷达间电磁干扰进行预测。目前采取的主要手段是基于电磁兼容理论中的电磁干扰预测方程。对于干扰预测中的两部雷达(发射机与接收机)，通过考虑雷达的工作频率、发射机发射功率、增益、路径衰减、带宽修正因子、失谐修正因子和接收机敏感度阈值来获取雷达间的干扰余量。如果干扰余量超过给定的标准限制，则认为可能有干扰；如果干扰余量小于给定的标准限制，则认为没有干扰。

这样的方法从上个世纪80年代开始，沿用已久，然而这一手段对于复杂实际情况下的预测尚有不足之处。因为在复杂的平台上，各种障碍物对雷达间的电磁干扰产生一定遮挡的影响，而这一因素没有反映在传统的电磁干扰预测方程之中。因此，如何考虑实际情况中障碍物遮挡的影响，将电磁干扰预测方程予以一定的改进，从而更为准确地预测舰载雷达间的电磁干扰成为了重要的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于几何绕射理论的舰载雷达间电磁干扰预测方法，以获得障碍物对舰船雷达间电磁干扰的影响，为更为准确地预测舰载雷达间电磁干扰提供参考依据。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于几何绕射理论的舰载雷达间电磁干扰预测方法，其特征在于：它包括以下几个步骤：

1)确定发射天线和接收天线，基于电磁干扰预测方程计算出传统手段对应的干扰余量：

IM＝P_t+G_t-L_p+G_r-φ(β)-φ(Δf)-P_R    (1)，

式(1)中IM为干扰余量(dB)；P_t为发射机输出功率(dBm)；G_t为发射天线增益(dB)；L_p为雷达天线之间的路径损耗(dB)；G_r为接收天线增益(dB)；φ(β)为带宽修正因子(dB)；φ(Δf)为失谐修正因子(dB)；P_R为接收机敏感度阈值(dB)；其中P_t、G_t、G_r、φ(β)、φ(Δf)和P_R均为已知常数；

2)考虑遮挡物对舰载雷达间电磁干扰的影响，得到雷达天线之间的路径损耗公式：

L_p＝20logd+20logf+32.44+K    (2)，

式中d为两天线间的距离；f为雷达工作频率；K为绕射损耗；

3)基于几何绕射理论，根据发射天线、遮挡物和接收天线的位置关系以及遮挡物的形状大小选取主绕射点，得到绕射损耗的计算公式：

$K=20\log \left|\frac{E_z^i}{E_z^d}\right|=20\log \left|\frac{H_z^i}{H_z^d}\right|=20\log \left|\frac{\sqrt{s}}{D}\right|---\left(3\right),$

式中和为入射电磁场；和为绕射电磁场；D为绕射系数；s为主绕射点到接收天线的距离；

4)根据发射天线、遮挡物和接收天线的位置关系、遮挡物的形状大小、以及所选取的主绕射点，测量主绕内角、入射波的斜入射角θ，得到绕射系数D的计算公式：

$D=\frac{e^{j\frac{\pi }{4}}\sin \frac{\pi }{n}}{n\sqrt{2\mathrm{\pi k}}\sin \theta }\left[{(\cos \frac{\pi }{n}-\cos \frac{\Phi -{\Phi }^{\prime }}{n})}^{-1}\overline{+}{(\cos \frac{\pi }{n}-\cos \frac{\Phi +{\Phi }^{\prime }}{b})}^{-1}\right]---\left(4\right)$

式中n为障碍物内角系数，即内角η＝(2-n)π，Φ为绕射电磁波与障碍物侧壁夹角，即靠近发射天线的夹角；Φ′为入射电磁波与障碍物侧壁夹角，即靠近发射天线的夹角；k为波数；式中的“-”号表示入射波电矢量与主桅棱边平行；“+”表示入射波磁矢量与主桅棱边平行；

5)将式(4)的结果代入式(3)得到绕射损耗K，再代入式(2)得到雷达天线之间的路径损耗L_p，最后代入式(1)，得到舰载雷达间电磁干扰余量IM；

6)将干扰余量的值与标准限制进行比较，判断两雷达间是否存在电磁干扰。

按上述方案，将干扰余量的值IM与标准限制进行比较，若IM大于或等于标准限制，两雷达间存在电磁干扰；若IM小于标准限制，两雷达间不存在电磁干扰。

本发明的工作原理为：首先基于电磁干扰预测方程将传统手段对应的干扰余量计算出，然后考虑遮挡的影响，结合GTD理论对传播路径损耗L_p予以修正，最后将修正后的干扰余量与标准限制比较分析得出是否存在干扰的预测结论。

传播路径损耗L_p的确定是非常重要，也是非常困难的，对舰船上层建筑具备多维结构和极其复杂等特点的情况下，也是颇具难度的。在本发明中，两雷达天线之间直射的传播路径损耗按方程式(2)计算，此方程的前三项为自由空间路径损耗方程，K为考虑上层建筑遮挡、绕射后的绕射损耗。

本发明采用GTD理论先计算出绕射场的绕射系数，再与直线传播值比较得出绕射损耗K。其中，绕射系数的表达式为方程式(4)，该式是忽略了绕射场的高次项的表达式，由于这些高次项在微波段与该式相比均属于高阶无穷小量，故精度仍然是满足工程需求的。

得到绕射系数D后，根据D与K的关系式(3)，即可得到K的值，最终得到雷达间干扰余量IM。

将干扰余量的值与标准限制进行比较，若IM大于或等于标准限制，两雷达间可能存在电磁干扰；若IM小于标准限制，两雷达间不存在电磁干扰。

本发明的有益效果为：

1、获得遮挡物对舰载雷达间电磁干扰的影响，得出的雷达间电磁干扰余量更准确，为更为准确地预测舰载雷达间电磁干扰提供参考依据；

2、有利于复杂电磁环境的各项分析。

附图说明

图1为舰载雷达间电磁波沿桅杆绕射计算示意图

图2为AN/SPS-55雷达与LN-66雷达之间的路径损耗

图3为AN/SPS-55雷达与LN-66雷达之间考虑遮挡物影响的干扰余量

具体实施方式

下面将结合AN/SPS-55雷达与LN-66雷达间电磁干扰预测来说明本方法的实施方式，其具体信息如表所示。

  雷达名称  标称频率  峰值功率  天线增益  灵敏度  AN/SPS-55  9525MHz  130w  31dB  -100dBmw  LN-66  9375MHz  10w  28dB  -100dBmw

图1为两雷达间电磁波沿桅杆绕射计算示意图，S_发射为AN/SPS-55雷达发射天线，S_接收为LN-66雷达接收天线，二者间的距离为10m，S_遮挡为遮挡物桅杆。二雷达天线之间的主绕射点为主桅棱边的一个凸点，主桅的边长为3m，在9375MHz～9525MHz频段内，其电尺寸约为100个波长，属于典型的电特大尺寸对象，比较适合采用几何绕射理论加以分析研究。由几何绕射理论可知，其绕射系数为

$D=\frac{e^{j\frac{\pi }{4}}\sin \frac{\pi }{n}}{n\sqrt{2\mathrm{\pi k}}\sin \theta }\left[{(\cos \frac{\pi }{n}-\cos \frac{\Phi -{\Phi }^{\prime }}{n})}^{-1}{m(\cos \frac{\pi }{n}-\cos \frac{\Phi +{\Phi }^{\prime }}{b})}^{-1}\right]---\left(4\right)$

由于主绕内角可近似为π/2，即n＝3/2，上式可整理为：

$D=\frac{{2e}^{j\frac{\pi }{4}}\sin \frac{\pi }{3}}{3\sqrt{2\mathrm{\pi k}}\sin \theta }\left[{(-\cos \frac{\pi }{3}-\cos \frac{2(\Phi -{\Phi }^{\prime })}{3})}^{-1}m{(-\cos \frac{\pi }{3}-\cos \frac{2(\Phi -{\Phi }^{\prime })}{3})}^{-1}\right]---\left(5\right)$

这里此时频率为9375MHz～9525MHz，对应波长约为3.2cm，即k＝2π/λ≈200，θ为入射波为斜入射时的斜入射角，一般情况下，由于雷达间距远大于高度差，所以在此sinθ≈1。由此可得绕射系数为|D|≈0.4。

图2为AN/SPS-55雷达与LN-66雷达之间的路径损耗，本实施例中主绕射点到接收天线的距离s＝7m，将|D|和s的值代入(3)式得到K＝17dB。这样经过绕射修正后的干扰余量如图3所示。

对于AN/SPS-55雷达与LN-66雷达，如果不考虑之间假设的遮挡现象，计算得到二者之间干扰余量为9dB左右，则将预测会产生电磁干扰；而考虑了之间的遮挡现象，二者的干扰余量被修正为-7dB左右，则预测不会产生干扰。