摘 要： 针对某型三坐标地面雷达，对影响地面雷达测高精度的主要因素进行了分析。基于阵地地形、电磁环境、杂波环境、大气环境和人为导致的系统异常等因素，分析了地面雷达测高误差产生的原因，评估了多种因素对测高精度的影响程度，提出了在实际应用中规避影响因素以改善地面雷达测高精度的建议。
关键词： 地面雷达； 测高精度； 测高误差； 波导
中图分类号： TN953+.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0035?03
Influence factors of height measurement precision of ground?based radar
KONG Fan?quan， HU Bing?hua
（East China Research Institute of Electronic Engineering， Hefei 230031， China）
Abstract：According to one three?dimensional ground?based radar， the mainly factors influencing height measurement precision of ground?based radar are analyzed. Based on the factors such as position terrain， electromagnetic environment， clutter environment， atmospheric environment and man?made system exceptions， the causes result in height measurement error of ground?based radar are analyzed. The influence degree of different factors on height measurement precision is evaluated， and some advices on how to evade these influences to improve height measurement precision of ground?based radar in fact are proposed.
Keywords： ground?based radar； height measurement precision； height measurement error； waveguide
0 引 言
在现代战争中，利用雷达获取目标的距离、方位、高度位置信息，为战场指挥员提供更实时、准确、全天候的战场活动目标态势，是取得军事主动权的主要手段。20世纪80年代以后，各国相继推出了很多采用不同体制、不同技术的三坐标地面雷达。
然而，由于多方面因素的影响，一些三坐标地面雷达暴露出了高度测量“不准、不稳”的现象，雷达测量高度置信度较低，这严重影响了担负战备值班及作战使用。
相对于距离和方位而言，高度测量精度对于雷达系统的稳定度要求更苛刻，对阵地周边自然环境和电磁环境要求等更严格，对雷达使用维护人员的基本素质要求更高，对雷达厂所和使用部队的综合保障水平要求更高。
本文主要以某型三坐标地面雷达为例，结合实际情况分析了影响地面雷达测高精度的一些主要因素。
1 测高精度
雷达目标高度是通过目标距离和仰角计算得到的，即：
[Ht=Ha+Rtsinθe+R2t（2Re）]
式中：[Ht]是目标高度； [Ha]是雷达天线中心的高度，[θe]是指向目标的仰角；[Re]是考虑大气折射效应后的等效地球半径。
由上式可导出测高误差均方值[σ2H]为：
[σ2H=R2tcos2θeσ2θe+（sinθe+RtRe）2σ2Rt+σ2Ha]
三坐标地面雷达在设计时，其高度误差主要参照上述方法将各影响因子下的误差分项求和所得，是统计意义上的均方根误差。
在实际使用过程中，影响测高精度的因素要多得多，而且在特定环境下，上述影响因素的边界条件会发生变化，使得雷达实际测高过程中往往会出现“不准、不稳”的现象。
2 影响测高精度的因素分析
某型三坐标地面雷达采用接收数字波束形成及多波束比幅测高的方法进行测高。通过实际使用和数据分析，将影响测高精度的因素分为客观因素和主观因素两大类。
2.1 客观因素
2.1.1 阵地地形环境
雷达阵地周围的遮蔽角过大会导致比幅测高的低波束被遮挡，严重影响目标高度的测量。
为量化地形遮蔽对雷达测高精度的影响，以某型雷达为例，设其仰角波束宽度为3°，第1，2，3波束指向分别为0.7°，1.3°，1.9°。
当目标出现在第1，2，3三个波束时，采用三波束比幅测角，目标飞行路线以固定仰角1°向站飞行，图1对比了第1，2，3波束正常观测和1波束被遮挡情况下雷达高度测量误差随距离的变化关系。
图1 三波束比幅测角低波束被遮挡时测高误差
雷达阵地周围多径效应会造成波束畸变，对测高精度影响也很大。这里不再详细介绍。
2.1.2 阵地杂波环境
强地杂波、海杂波和强气象杂波环境中进行目标检测时，受雷达系统杂波改善因子限制，会出现杂波剩余虚警点迹，当目标穿越杂波区且信噪比出现起伏时，可能会出现误关联、误跟踪的现象，如图2所示。
信号处理系统在对杂波（尤其是强地杂波和云雨杂波）进行处理时，受系统改善因子限制，会剩余一定数量的杂波虚警点。这些虚警会充斥仰角面的各个波束，一般地杂波会集中于低波束，而气象杂波则根据距离远近可能出现在多个波束。
点迹凝聚时同样不能将杂波虚警完全滤除，经过比幅计算后，将杂波的位置及仰角等信息也传至航迹处理系统。
目标穿越杂波密集区时，由于本身RCS起伏和杂波+噪声叠加带来的信/杂噪比恶化导致杂波区检测时更加容易丢点，此时航迹跟踪时易出现关联到杂波虚警点的情况，因为有些杂波点的位置和属性特征也会满足相关跟踪准则。
在弱小目标检测、强杂波区检测或目标RCS出现大幅度起伏时，存在只有一个波束有输出的情况，此时点迹处理测量的目标仰角为波束中心指向，必然出现高度异变，导致测高精度的恶化。
图2 目标穿越杂波区示意图
2.1.3 阵地电磁环境
阵地周边的军/民用电子设备、敌方施放的有源噪声压制式干扰会改变雷达检测环境，由信噪比环境演变为信噪+干比环境，雷达探测能力和测量精度会出现严重恶化。
对雷达的影响主要体现在抬高雷达检测的噪声基底，使得雷达测量精度急剧下降。对基于DBF体制的三坐标雷达，还会干扰雷达接收通道校正，致使接收波束指向紊乱，从而影响高度测量精度。
