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通过雷达的传播损耗计算、反射回波仿真、遮挡仿真等方面分析了海上风电场对地波超视距雷达的影响，仿真结果表明海上风电场会造成地波雷达的威力减小，形成区域遮挡并会造成虚假目标，影响目标探测，具体的影响与风电场的位置和规模相关。 与常规岸基微波对海警戒微波雷达不同，地波超视距雷达利用高频电磁波沿地球表面绕射传播特性来实 现远程超视距目标的探测，由于高频电磁波沿海面的绕射作用，传播路径沿地球表面弯曲而不是直线传播，因此探测距离可延伸到地球曲面的遮挡区（地平线以下），大大超出了直视距离的探测范围，因而被称为高频地波超视距雷达（High Freguency Ground Wave Over The Horizantal HFGWOTH）。为了使高频电磁波沿海面的绕射传播损耗小，雷达频率常工作在短波段的低端（3-15MHz），同时采用垂直极化波（可比水平极化的地面传播损耗小几十分贝）（周文瑜，焦培南，超视距雷达技术：电子工业出版社，2008）。
海上风电场建设场地一般选择距离陆地50公里以内的近海区域，会对地波雷达的传播损耗、传播遮挡和多径影响（吴彪，沈国勤，周宁，风电场对雷达性能影响问题研究：中国无线电，2013；何炜琨，石玉洛，王晓亮，风轮机雷达回波的仿真与分析：系统仿真学报，2015），本文主要从雷达的传播损耗计算、反射回波仿真、绕射和遮挡计算方面分析风电场对地波雷达的影响，海上风电场对地波雷达会造成威力减小、虚警漏警率增大，具体的影响与风电场的位置、规模有关。
1.地波传播损耗的计算
地波雷达电磁波传播是沿着海面的绕射传播，因此地波传播损耗的计算就需要在自由空间传播损耗上再迭加一个地波传播因子。
当垂直电偶极子在半径为a的均匀地球表面时，若取地心为原点、偶极子方向为极轴的球面坐标系（r,
θ,φ）中，地球表面上的辐射场表达式为（吴彪，沈国勤，周宁，风电场对雷达性能影响问题研究：中国无线电，2013；ROTHERAM S.Ground Wave propagation Theory for Short Distances:IEE Proc.Part F,1981）：
(1)
V 称为地波衰减因子，其表达式为：
(2)
当收发天线置于理想导电地面时，y1=y2=0，q=0，地波衰减因子的幅值为：
(3)
再根据自由空间电磁波传播损耗计算公式
(4)
通过上述计算，可以得到地波雷达在海面绕射传播的损耗，如图1、2、3
宿州学院学报
所示。
图1 地波传播衰减曲线(f=3MHz)
图2 地波传播衰减曲线(f=5MHz)花儿为什么这样香
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图3 地波传播衰减曲线(f=10MHz)
2.风电场雷达反射信号功率分析
在计算得到风力发电机近似雷达散射截面积和地波传播损耗曲线后，可用于估算风力发电机对雷达辐射产生的反射信号在接收机输入端的回波信号强度，评估是否将造成接收机过载。
地波回波信号功率可表示为（何炜琨，石玉洛，王晓亮，风轮机雷达回波的仿真与分析：系统仿真学报，2015）：
(5)
其中，P r 为接收信号功率，P av 为平均发射功率，G t 和G r 分别为发射和接收天线增益，σ为目标雷达截面积，L 为传播路径和系统损耗，R 为雷达与目标间距离。
仿真参数设置：
P av 小于10MHz 时40kW ，大于10MHz 时30kW ；G t 为雷达发射天线增益，13dB ；G r 为雷达接收天线增益，14dB ；λ为雷达信号波长，20-100m ；
σ为目标有效散射截面积，按平均29dBsm 计算；R 为雷达与发电机组的距离；L 为雷达收发馈线通道损耗，5dB ；风电机个数：160。
按以上参数计算，当工作频率为3MHz 时，距离为29km 时，单个风力发电机反射信号功率电平为-21.7dBmw ，当工作频率为15MHz 时，单个风力发电机反射信号功率-62.9dBmw 。
对于整个风电场而言，每个风力发电机而言，在雷达电磁波照射下产生的散射信号，就相当于每个风力发电机都是一个辐射信号源，因此可以根据空间电磁场迭加计算方法得到雷达接收机端的总散射信号强度。然而，对于160个发电机组的回波叠加的精确计算较为复杂，根据风电场风力发电机的布置图及其与地波雷达站的相对关系，建立仿真模型进行近似估算，将所有发电机组产生的散射信号在雷达站方向进行迭加，其幅度根据传播衰减得到，相位信息来自于发电机与雷达站之间的电磁波传播路程差。
安息香酸钠经仿真计算，当工作频率为3MHz 时，风电场反射信号总功率电平约为--7.5dBm ，当工作频率为15MHz 时，风电场机反射信号总功率电平为45.1dBm 。因此，风电场的反射回波信号非常强，虽然不会造成接收前端烧毁和饱和，但回波信号在雷达接收机的自适应增益控制后已接近A/D 饱和的限制，对该区域目标探测影响极大。
此外，多个发电机组间有可能发生多次反射，虽经多次反射后信号衰减较大，也严重干扰雷达对目标
的检测甚至形成大量虚假回
波点影响雷达的目标探测和跟踪。
3.风电场设备遮挡仿真
地波超视距雷达是利用高频电磁波沿海面绕射传播特性来实现超视距目标探测的，可以全天候探测海面和低空超视距目标，但是地波传播对于工作条件要求较为苛刻，要求工作频段内噪声背景低，辐射区域无岛屿等障碍物遮挡，否则将对目标探测产生影响。为此，需要对风电场对雷达的遮挡影响进行分析（吴彪，沈国勤，周宁，风电场对雷达性能影响问题研究：中国无线电，2013；刘克中，张金奋，严新平，海上风电场对航海雷达探测性能影响研究：武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2010；闫国玉，郭万海，高频地波雷达传播恃性及其探测距离分析：舰船科学技术，2005）。
如图4所示，风叶高度较高，运转时的覆盖面积较大(直径超过150m ，特别是当正面朝向雷达方向时)。根据风电场位置分布与雷达波束照射的方向关系，可以估算出风轮叶片旋转平面与雷达照射角度之间的夹角。
矩形网格分布的多组叶轮由于前后交错、各叶片运转时位置不同，几乎覆盖了整个雷达观测扇面，因此可近似看作连续的非金属材料(玻璃纤维)面阵，虽不会造成完全遮蔽，但对雷达电磁波具有一定的衰减。根据风叶形状参数及材料的特性，可采用地波传播中刀刃峰绕射衰减模型进行仿真计算。
图4 刀刃峰绕射示意图
如图4所示，当地波传播过程中受到边沿陡峭障碍物时，会产生绕射，导致电磁波能量的损耗。我们可以将直射波和绕射波到达
接收端的波程差Δ表示为：
(6)
以H 为自变量在零点处进行泰勒级数展开，略去二次幂以上的
高阶项后可得：
(7)
由此可得直射波与绕射波相位差：
(8)
当障碍物与收发端距离较远时，即D 1和D 2远大于H ，因此夹角α、β、γ都很小，由此近似认为β=tan β，γ=tan γ：
(9)
因此得到菲涅耳-基尔霍夫绕射系数ν：
(10)
利用几何绕射理论进行刀刃峰绕射近似计算，可以得到绕射增益为：
(11)
取对数后得到：
(12)
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图5 菲涅尔绕射参数与绕射增益关系图
图5为公式（12）仿真计算的菲涅尔绕射参数与绕射增益关系图，当风力发电场等效距离（D1）为30km时，计算得到不同距离（D2）时因绕射引起的衰减（dB）如表1所示：
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表1
10km20km30km50km100km
7.377.06 6.96 6.87 6.79
8.157.887.537.327.14
9.038.758.327.917.56
因此，根据计算得到遮挡和绕射衰减合计约18dB，频率越高，总衰减值越大；总衰减值随着离风电机增加而减小，对1000吨水面舰艇探测距离为200km，3000-5000吨水面舰艇探测距离为300km，7000吨水面舰艇探测距离为370km；对于以RCS为10dBsm的、飞行高度小于1000米飞机探测距离为150km。因此，虽然风电场对于高空飞机基本没有影响，但对于高度550米以下的低空飞机探测距离下降为110km （下降25%左右），对1000吨水面舰艇探测距离下降为160km（下降20%左右），300
0-5000吨水面舰艇探测距离下降为260km（下降15%左右），7000吨水面舰艇探测距离下降为310km（下降10%左右）。
4.结论
sift(a)海上风电场由多个发电机组组成，对雷达电磁波有较大的反射，有可能造成雷达接收通道饱和；同时发电机组的反射会在雷达相应区域形成假目标回波，由于风轮的转动使回波带有多普勒频移分量从而出现多个假目标，由于风轮所产生的多普勒频谱分布很宽，将会干扰雷达对目标的正常检测造成目标丢失。
(b)海上风电场由于其地理位置及设备布局等原因，对地波雷达相对探测扇面的海面和低空目标探测产生不同的遮蔽和衰减影响，探测10dBsm低空飞机能力下降约25%，1000吨左右小型水面舰艇能力下降20%，3000吨左右中型水面舰艇能力下降15%，7000吨左右大型水面舰艇能力下降10%。
作者简介：郁奇勋（1985—），男，硕士，安徽博微长安电子有限公司工程师，研究方向：雷达总体设计。
（上接第18页）
末考试之前进行总结，化琐为简。同时学生也积极主动，参加各类比赛，比如“大唐杯”全国大学生移 动通信技术大赛，这是以“5G+”为特征的移动通信技术主题竞赛，不仅考查了学生在课堂上所学知识，也要求学生课下搜集资料，学习最新技术。经过努力，学生获得了安徽省省级一、二、三等奖。
4.4 校企合作效果
移动通信课程是通信工程的专业课，与学生后期的毕业实习、工作有着非常重要的关系，本校与本地企业建立了良好的关系，比如合肥达内科技、长城宽带网络服务有限公司、上海大唐移动通信设备有限公司均是本校学生校外实习实训基地。在课程初期邀请了企业人员来开设讲座，介绍移动通信发展现状，技术要求等，提高学生学习兴趣和积极性，知道自己为什么要学，学了可以做什么。声带小节
在课程中后期，组织了学生到实习实训基地参观，参观了工作机房，专业技术人员介绍相关专业知识，并设置一些实际场景让学生思考等，参观结束之后，学生反响特别好，表示自己知道了以后可以做什么，又存在哪些不足，回到课堂后再有针对性地学习，这样明显地提高了学生学习动力，改善了教学效果。
5.结束语
应用型本科院校移动通信课程一般开设在大三第一学期，此时学生已然习惯了大学生活，学习积极性主动性不够。因此，要求老师在知识传授过程中融入多种教学方法，问题情境可以增加学生学习兴趣，
CDIO可以让学生学会思考，多元考核方式让学生主动学习，校企合作有效促进学生素质全方位发展。
通过实施教学方法改革，应用型本科院校移动通信课程教学内容得到了优化，教学效果得到了改善。学生各方面都得到了长足进步，最终期末成绩相较于以往也有了明显提高。实效证明，方法行之有效。
项目来源：安徽省级质量工程项目（2017jyxm1232；2016jxtd055）、安徽新华学院校级重点建设学科项目（zdxk201702）、安徽新华学院校级研究所项目（yjs201706）、安徽新华学院第九批中青年“学科带头人”培养对象项目（2018xxk14）、安徽省质量工程大规模在线开放建设课程-信号与系统（2017mooc166）、安徽新华学院校级教研项目（2018jy030）。
作者简介：朱婷（1990—），女，硕士，讲师，主要从事电子与通信工程方面研究。
通信作者：张帆（1974—），男，博士/博士后，副教授，中国电子学会高级会员，中国指挥与控制学会高级会员，安徽省省级通信工程教学团队负责人，主要从事通信与信息处理等方面研究。
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