楊躍輪

（海軍駐滬東中華造船（集團）有限責任公司軍事代表室，上海200129）

0 引 言

在現代戰(zhàn)爭中，掌握制空權是奪取戰(zhàn)爭勝利的關鍵環(huán)節(jié)，及時準確的空中情報是取得勝利的重要保障。隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益復雜和反輻射導彈及隱身技術的廣泛應用，傳統(tǒng)的機載雷達偵察告警及無源探測系統(tǒng)已無法完全滿足現代戰(zhàn)爭的要求，迫切需要尋求新的空中無源探測手段。

近年來，隨著電子信息技術的迅速發(fā)展，機載無源探測技術有了長足的發(fā)展和創(chuàng)新。特別是機載高精度無源探測定位技術較過去有了脫胎換骨的變化。

1 新型機載無源探測技術

利用目標輻射信號的無源探測系統(tǒng)類似傳統(tǒng)意義上的電子戰(zhàn)偵察設備。它通過接收目標本身輻射的電磁波測量其參數，從而確定輻射源及其載體平臺的位置?？梢岳玫妮椛湓窗ɡ走_、干擾機、通信設備、應答器等。

傳統(tǒng)上機載無源探測系統(tǒng)對目標的定位通過單站運動測量來實現。近年來，這種方法隨著數字化接收測量技術的發(fā)展也在不斷發(fā)展，同時，通過機載多平臺的協(xié)同測量進行高精度定位的方法和技術不斷涌現。

1.1 機載單站高精度無源定位技術

目前，現有的無源探測系統(tǒng)主要是利用目標自身輻射信號來對目標定位。這類系統(tǒng)除了采用傳統(tǒng)的測向定位和差分多普勒定位技術外，還引入了一些快速高精度定位新技術。

近年來發(fā)展最快的機載無源探測技術是機載單站快速高精度定位技術，其優(yōu)點是只需要單個傳感器和平臺，設備量少，作用距離遠，機動性好。其采用的典型技術主要有以數字接收機為核心的新型相位干涉儀、自標定多普勒和相位變化率等一系列新技術。

相位干涉儀的優(yōu)點是測向精度高，為提高測向精度消除寬空域上的測量模糊，可采用多基線和多維相位干涉儀。由于單片微波集成電路（MMIC）技術的發(fā)展，機載相位干涉儀的體積和重量越來越小，例如南非和以色列等國的2 ～18GHz 機載相位干涉儀陣列已能做到20kg 量級。多普勒頻移定位技術實際上是對相對于定位平臺運動而產生的雷達頻率和脈沖重復間隔（PRI ）變化率進行多普勒頻移測定，從而測出載機相對于目標的相對運動和速度，再經定位算法實現精確定位。這種定位技術對數字式接收機的要求特別高，即要求對頻率的測量精度達赫茲量級，對時間的測量精度達納秒量級。相位變化率技術是對三角定位的一種很大改進。休斯公司的系統(tǒng)采用了2 個天線陣列，產生一個與相位變化率對應的信號，由此測出輻射信號的到達方向（DOA）。據稱系統(tǒng)能在5s內算出地面輻射源的位置。該系統(tǒng)是根據目標DOA 信息和相位信息實行定位的，其中測量DOA 用的是8.9cm天線，測相位變化率用的是6.35cm天線。

1.2 機載單站快速高精度定位系統(tǒng)發(fā)展計劃

目前，國外已有多項機載單站快速高精度定位系統(tǒng)發(fā)展計劃正處在系統(tǒng)驗證階段，下面重點介紹美國研制的幾種機載單站快速高精度定位系統(tǒng)。

（1）PRSS 無源測距定位系統(tǒng)

PRSS 無源測距定位系統(tǒng)是由洛克希德·馬丁聯合系統(tǒng)公司與阿納倫微波公司聯合研制的一種以數字射頻存儲器（DRFM）為核心的技術。其關鍵技術是利用普通機載雷達告警設備天線，根據先進數字接收機截獲信號的幅度和相位數據，精密測量威脅信號參數，提高參數分辨率，按照不同天線接收到的信號頻率細微差異和到達時間差異，計算多普勒頻率差值和到達時間差，利用2 個差值擬合，在全球定位和慣性導航系統(tǒng)（GPS／INS）輔助下，精確計算輻射源位置，進行精密定位和特殊輻射源識別，并具備在軟件強化的條件下檢測和處理低截獲概率調制信號的能力。在F－16 飛機上采用吊艙式實驗系統(tǒng)進行飛行實驗表明，利用射頻多普勒頻移和脈沖重復周期變化差值，能夠在17 ～48s的時間內，以1%的精度測定地面雷達的距離。目前PRSS 已做成一塊試驗性板子的形式，放在偵察吊艙內，或鄰接在現有的雷達告警接收機上，使原有雷達告警接收機具有快速定位功能，并比傳統(tǒng)的測向接收機定位功能提高一個數量級，是一種理想的機載單站快速高精度定位設備。該設備可以與現有的機載偵察天線合用孔徑，安裝也很容易。

（2）PLAID 精確定位與識別系統(tǒng)

PLAID 精確定位與識別系統(tǒng)采用數字化機載雷達告警接收機，利用單陣元測多普勒頻率，利用雙陣元測相位變化率及時延測向，結合獨特的軟件算法進行測距和識別。它采用了與PRSS 系統(tǒng)相同的關鍵技術。軟件算法能夠極大提高被檢測威脅的地理位置、方位精度，用于斜距測量并確定特定的輻射源識別信息。通過不斷采樣積累，接收機可以接收處理頻率達幾個赫茲、時間上達到納秒量級的信號。其測距相對誤差可以在10s內收斂到10%。這種精確的參數測量能力，加上利用脈沖相位角和脈沖上有意相位編碼或者無意的幅度調制信號，進行抽取分析，可以描述脈沖內部調制模式，實現指紋分析，達到基本沒有模糊的輻射源識別。PLAID 用于對現有的機載雷達告警設備（如F－16 戰(zhàn)斗機上的AN／ALR－69 雷達告警接收機設備）進行改進，提高其距離和方位上的目標定位能力。

（3）DFLS 測向和定位系統(tǒng)

DFLS 測向和定位系統(tǒng)是由休斯雷達系統(tǒng)公司研制的一種能快速測出輻射源信號到達方位角和距離的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用測向精度優(yōu)于0.5°的相位干涉儀測出信號到達方位角；而測距則采用相位變化率技術計算出信號的相位變化率，分辨出輻射源的最大、最小距離，定位系統(tǒng)就能在5s內單值地給出輻射源的方位距離和確切位置。該系統(tǒng)封裝在機翼尖的天線內，干涉儀安裝在機腹吊艙內，還有硬件“箱”和計算機也在其中。射頻開關用來對天線接收到的信號進行取樣，用YIG 振蕩器將射頻信號下變頻到基帶，進行相位鑒別。系統(tǒng)還對加速表、偏航率信息以及GPS 自定位信息進行處理。據稱從截獲信號開始，8s后的定位精度為10%R；20s后，定位精度優(yōu)于2%R。

（4）LT－500 無源瞄準系統(tǒng)

LT－500 無源瞄準系統(tǒng)是一種快速高精度定位系統(tǒng)，能在數秒鐘內定出敵輻射源位置。該系統(tǒng)的技術特點是采用長／短基線干涉儀測向和無源測距相結合的方法。其中短基線干涉儀（SBI ）具有3 ～5 個天線單元和接收機。通過測出第1 個天線和第2 個天線信號間的相位差，計算出輻射源至不同天線的距離差。為了解模糊，采用長／短基線相結合的辦法，將一個天線盡可能遠離短基線安裝，形成長基線。如果長基線天線將短基線孔徑擴大到8 ～10 倍，測向精度則提高80 ～100 倍。這種 LT－500能和F－15 、F－16 和F／A－18 上的內裝式吊艙或電子戰(zhàn)系統(tǒng)兼容，并能利用機上現有的天線來實現無源定位。

（5）T－RECS 戰(zhàn)術雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)

T－RECS 戰(zhàn)術雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)是由美國諾斯羅普·格魯曼公司研制的一種無人機載無源定位系統(tǒng)，安裝在以色列航空工業(yè)公司的無人機上。在機腹下安裝了一個76cm×76cm的正交極化干涉儀，系統(tǒng)配備INS／GPS 自定位設備，在對敵防空壓制（SEAD）的作戰(zhàn)飛行高度上，能在3s內，對地面雷達定位，圓周誤差率為50m。其地面遙控站可在離載機35km 的地方實施實時控制。整個系統(tǒng)已在科索沃戰(zhàn)場成功使用。

（6）CRADA聯合研究開發(fā)項目

CRADA開發(fā)計劃利用成熟的商用硬件，根據雷達信號的時域特性進行快速高精度定位，定位精度比采用相位干涉儀測向體制的結果高得多。試飛中，載機上的無源定位設備僅是一個輕便的商用寬帶DLVA和一個全向天線。另由一個商用GPS 接收機提供時間／位置數據。還有一臺未經改裝的CP－100 脈沖處理器。因為沒有使用P 碼或差分GPS，所以采用濾波算法來估算和校正時間／位置噪聲。經去交叉和參數處理后的目標信號參數和脈沖特征數據（TOA、AP、PW），作為定位算法的輸入，產生橢圓形定位概率數據。這種設備很輕便，安裝容易，適合于無人機載定位系統(tǒng)。

1.3 機載多站協(xié)同高精度無源定位技術

為確保多個作戰(zhàn)平臺的協(xié)同作戰(zhàn)能力，需要新一代的機載雷達告警設備組網協(xié)同。組網協(xié)同后不僅能夠大大提高對威脅目標的反應速度，也能大大提高對威脅目標的無源探測定位精度。

外軍在機載多站協(xié)同高精度無源定位方面開發(fā)的項目有：

（1）先進戰(zhàn)術目標瞄準技術（AT3）計劃

AT3 計劃的目標是開發(fā)和驗證一種能快速和精確定位敵防空雷達的新技術。該技術的開發(fā)工作由美國國防預研計劃局和空軍研究實驗室共同投資啟動實施。

具體來說，AT3 計劃的一個目標是為采用GPS制導的精確制導打擊武器，例如美國的聯合直接攻擊彈藥（JDAM）或聯合防區(qū)外武器（JSOW）提供足夠精度、足夠快速的目標捕獲數據而開發(fā)一種多平臺聯合實施的精確快速的雷達定位技術。

AT3 的概念是空軍研究實驗室于1992 ～1993年投資的早期研究工作的產物。這項早期研究工作是利用GPS 導航星得到準確的時間和飛機位置數據，來提供更有效的對敵防空壓制（SEAD）方法，該研究證實了幾架相對于敵雷達處在不同位置的空中平臺幾乎可同時對雷達進行測向的可能性。這種基本技術類似于反“羅蘭－C”的工作原理，即由空中幾架裝備了AT3 設備的飛機平臺在同一時刻測量出由同一地面雷達輻射來的同一個脈沖的到達時間，通過計算到達時間差來確定敵雷達的精確位置，計算工作可由一架協(xié)同平臺（例如美國的E－8 “聯合星”飛機）擔當。計算中還需要利用GPS 導航接收機獲得的精確時間和各參與定位測量的平臺本身的精確位置數據。

（2）網絡中心協(xié)作目標瞄準（NCCT）計劃

NCCT 是根據美國國防部通過近代幾次局部戰(zhàn)爭之后總結出來的經驗提出來的一項事關軍事轉型戰(zhàn)略的重要計劃。美軍認為，現代作戰(zhàn)第一必須把目標圖像信息和指揮員的作戰(zhàn)命令迅速傳遞到各作戰(zhàn)單位；第二必須能快速準確地攻擊機動目標。這就需要使戰(zhàn)場上盡可能多的傳感器、作戰(zhàn)平臺和武器聯網工作，實現系統(tǒng)的互連、互通、互操作性能，達到戰(zhàn)場資源和信息的互通和共享，重點是在情報、監(jiān)視、偵察信息的互通和共享。

美軍發(fā)展網絡中心戰(zhàn)的早期目標是快速融合足夠的信息以擊敗或至少避免敵人先進的綜合防空系統(tǒng)（IADS）的致命性攻擊。但現在的任務已經逐漸地擴展到要以足夠的可信度迅速識別“時間敏感”的目標（指高速機動目標或信號活動稍縱即逝的目標，即需要快速捕獲的目標），并給出它們的位置信息，以便用精確制導武器進行打擊。

美軍認為：用網絡對付網絡，把許多個情報收集傳感器的數據組合起來，精確地補償掉所有的各種物理和時間因素，并且利用數據融合技術提煉出戰(zhàn)場態(tài)勢單一的綜合圖像。

NCCT 計劃中開發(fā)了一些系統(tǒng)框架和軟件算法，橫向地把空軍的情報、監(jiān)視和偵察飛機聯合起來。橫向聯合意味著所有的情報收集平臺不僅能夠交換數據，而且能夠協(xié)作生成新的信息。每個平臺搭載的NCCT 設備有3 個主要部分：第一，網絡通信設備——是一種快速、寬帶無線電臺；第二，網絡控制器——是大腦和中央神經系統(tǒng)，包括中央計算機、通用協(xié)議、語言和算法；第三——平臺接口模塊，它保證每架飛機傳感器的信息被轉換成可在網絡中應用的格式。

在實戰(zhàn)應用中，網絡中的一個傳感器探測到相關的活動后，就能引導其它的傳感器對準目標。該過程中應用的傳感器可以是相同類型的，也可以是不同類型的，這樣可以充分利用傳感器各自的長處。系統(tǒng)可以相互引導，組合傳感器的數據，所以軍方用戶可以加快形成信號情報的速度，并且具有對地監(jiān)視雷達和光電成像的高精度。

網絡協(xié)作在目標定位的時間方面可得到很大的改善，例如，一個平臺單獨工作能夠在5min 之內定位一部敵方發(fā)射機，精度小于500m。而運用2 架飛機時，誤差可在幾十秒鐘的時間內下降到120m；若采用3 架飛機，誤差可在幾秒鐘的時間內降低到小于100m。預計最終的精度將足以滿足精確制導武器的要求，誤差距離小于6m。通過快速相互引導，信號情報與對地監(jiān)視雷達飛機（如E－8 “聯合星”飛機）的結合可以進一步把定位精度優(yōu)化到數十米。

系統(tǒng)應用了一種獨特的軟件算法，它能把單獨發(fā)生的2、3 次模棱兩可的、時間上飛逝即過的聯系信息相關起來，對它們進行交互參照，提供可靠的目標位置。這種新算法把虛警減少到幾乎等于0。

NCCT 系統(tǒng)具有的另外2 個特點是地理鎖和特殊輻射源識別。地理鎖可以保證每架執(zhí)行情報收集任務的飛機知道它與其它空中平臺的相對位置，包括相對于威脅導彈的位置。預計其精度小于30m。這項技術給出了精確的相對位置、精確的正北位置，大大降低了校準各個平臺傳感器所需的時間和工作量。各情報收集設備的同步工作是其關鍵之一。當系統(tǒng)與地圖數據庫結合起來時，就能準確地指示地面目標的位置。特殊輻射源識別是給特殊輻射源標上“指紋”烙印，于是可以進行精確的目標識別和長時間的跟蹤。

目前，美軍已經實現了把 RC－135 “鉚釘”飛機（信號情報）、E－3AWACS 飛機（電子支援措施）、E－8JSTAR（對地監(jiān)視雷達）和陸軍“護欄”飛機（通信情報）的數據綜合后生成相關數據，形成新的信息。NCCT 組合各種傳感器的信息后能夠及早實現跟蹤，并且擴大現有傳感器的作用距離。將來U－2 、“全球鷹”、EP－3E、MC2A、陸軍的通用空中傳感器飛機等平臺將被增加進來，以便對敵人的網絡進行實時的電子監(jiān)視。

2 機載無源定位裝備技術發(fā)展特點

從上述系統(tǒng)裝備的特點可以看出，機載無源定位系統(tǒng)裝備技術的發(fā)展正呈現以下特點：

（1）新一代系統(tǒng)普遍采用先進的數字技術，對輻射源進行快速全概率識別、跟蹤和實現十米量級的高精度定位。其核心技術是數字式接收機技術（具有納秒量級測時精度和赫茲量級測頻精度）以及數據融合技術。全概率識別數字式接收機對雷達脈沖信號連續(xù)采樣，積累后關聯成一個連續(xù)信號，可以測量小到1%ns 的PRI ，并采用時鐘提取算法對特殊雷達信號脈內有意無意調制特性進行測量，實現98%的全概率識別。由于數字式接收機的高精度和強大處理能力，使多種無源測距技術用于目標定位成為現實。

（2）多平臺組網協(xié)同探測定位技術得到了高度重視。在網絡中心戰(zhàn)的空戰(zhàn)環(huán)境中，很難界定單站定位和多平臺定位的區(qū)別。利用網絡技術和數據融合技術，將多平臺上的傳感器組網后，每個平臺就是網絡中的一個節(jié)點，每架飛機都具有“野鼬鼠”系統(tǒng)的功能。在網絡的支持下，除了能單站定位外，還能在遠離目標的地方尋找目標，并對GPS 制導的彈藥進行瞄準性引導。為了使定位精度達到真正的目標瞄準要求，這些系統(tǒng)一般都采用艦－機、陸－機、機－機等多平臺協(xié)同工作。

（3）探測定位速度快、精度高。計算機和通信技術的發(fā)展，為機載無源探測定位系統(tǒng)信號和數據處理技術帶來了跨越式進步，實現了對目標快速高精度探測定位，很多系統(tǒng)已從對固定目標的定位發(fā)展到了具有對運動目標的快速高精度定位能力。

（4）多功能小型化設計。為適應惡劣氣候環(huán)境下作戰(zhàn)及反恐作戰(zhàn)需求，減少人員傷亡，機載無源探測定位技術趨于多功能小型化，這類裝備的顯著特點是功能強、集成化程度高、體積小、重量輕、功耗低，能大量裝備于無人機作戰(zhàn)平臺。

3 結束語

機載無源探測定位技術將朝著高精度、高速度的方向發(fā)展，而這一技術的順利發(fā)展主要依賴于參數測量、處理能力的提高，具體包括相位干涉儀或相控陣天線的測角速度及精度、多普勒頻率變化率的精確測量；微弱信號檢測能力、信號的分選、傳感器組網、高速無線數據通信等關鍵技術的解決。而實現快速定位還需要設計先進的數字接收機。聯合采用多項新技術和多平臺組網工作是信息戰(zhàn)時代機載無源定位裝備技術發(fā)展的必然趨勢。

針對現代空戰(zhàn)的特點，我軍需要跟蹤當前外軍機載高精度無源定位裝備技術的發(fā)展動態(tài)，認真分析其性能特點，根據我軍信息對抗裝備技術的實際情況，有針對性地發(fā)展適合我軍高精度無源定位技術和裝備；注重體系建設、能力建設，做好統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設計工作，逐步實現攻防兼?zhèn)浜蛻?zhàn)略威懾能力；突破高精度無源定位技術瓶頸，采用多種無源探測定位手段，使技術互補，實現最佳的定位技術組合，構建空中、陸地和海上遠、中、近以網絡為中心的信息對抗武器裝備配置體系。

［1］王玲.無源定位技術研究［D］.長春：長春理工大學，2009.

［2］沈文亮，魏華銳，張芳珍.無源測距快速定位技術［J ］.艦船電子對抗，20081 ，31（1）：21－25.