黃利彬 曲愛華

(海軍指揮學院 南京 211800)

1 引言

在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭條件下,戰(zhàn)爭形式已從平臺中心戰(zhàn)(FCW)向網絡中心戰(zhàn)(NCW)轉變,電子戰(zhàn)的迅速發(fā)展使雷達所處的電磁環(huán)境越來越復雜,加上空襲兵器種類繁多,性能先進,對雷達的生存與運作提出了嚴峻的挑戰(zhàn),使雷達面臨四大威脅:1)隱身目標的威脅;2)反輻射導彈的威脅;3)低空/超低空突防的威脅;4)綜合電子干擾的威脅[1]。其中電子干擾是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中雷達所遇到的最廣泛、最嚴重的威脅,先進的綜合電子干擾系統(tǒng)、多功能多波束相控陣干擾系統(tǒng)、人工智能技術在干擾設備中的應用,將對現(xiàn)代雷達的生存與發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。如何降低被敵方偵察的概率,以至在受到敵方干擾的情況下,如何最大程度的保持系統(tǒng)的戰(zhàn)斗力是需要重點考慮的一個問題。目前,國內外雷達專家一致認為,對付四大威脅比較現(xiàn)實而且有效的措施是采用多雷達組網技術。文章首先對雷達組網技術進行了概述,然后從靈敏度的角度對雷達組網系統(tǒng)的性能進行了分析。

2 雷達組網概述

2.1 雷達組網的定義

文獻[2]給出了完整的雷達組網定義,雷達組網是指通過將多部不同體制、不同頻段、不同工作方式、不同極化方式的雷達或者無源偵察裝備適當布站,借助于通信手段鏈接成網,由中心站統(tǒng)一調配而形成的一個有機整體。網內各雷達和雷達對抗偵察裝備的信息(原始信號、點跡、航跡等)由中心站收集,綜合處理后形成雷達網覆蓋范圍內的情報信息,并按照戰(zhàn)爭態(tài)勢的變化自適應地調整網內各雷達的工作狀態(tài),發(fā)揮各個雷達和雷達對抗偵察裝備的優(yōu)勢,從而完成整個覆蓋范圍內的探測、定位和跟蹤等任務。

從上面的定義可以看出,雷達組網系統(tǒng)不僅包括雷達這種傳感器,通常還可以包括諸如無源偵察裝備之類的電子支援措施(ESM)傳感器。雷達和ESM 傳感器各具優(yōu)點,兩者通過“分布探測,集中處理;主動為主,被動為輔”的技術機制形成一個有機整體。雷達探測提供目標的方位、俯仰和距離信息,而雷達對抗偵察裝備提供目標的方位和識別信息。兩者結合可以為現(xiàn)代防空系統(tǒng)提供探測所需要的完整數(shù)據(jù),因此,雷達和ESM兩種探測技術的綜合,可以更有效地探測空中、地面各種狀態(tài)下的目標。

雷達組網的技術基礎是多傳感器信息融合技術。所謂信息融合就是利用計算機技術,將來自多個傳感器或多源的信息進行綜合處理,從而獲得目標的精確的狀態(tài)和屬性估計,以及對戰(zhàn)場態(tài)勢、威脅和重要程度的適時的綜合評估。

圖1 雷達組網系統(tǒng)示意圖

2.2 雷達組網的基本形式

依據(jù)組網雷達類型的不同,可分為:

1)單基地雷達組網

單基地雷達組網中各部雷達都是單基工作體制,即雷達的發(fā)射和接收都是由一部雷達完成。這種形式由于將各自相互獨立的雷達通過組網而使其整個系統(tǒng)構成一有機整體,從而使網內雷達工作方式靈活多變,且雷達間因為在空間位置上分離,在對付“四大威脅”方面具有一定的優(yōu)勢,各雷達在與網中心失去聯(lián)系時,也可獨立完成部分工作。

2)雙(多)基地雷達組網

雙(多)基地雷達組網中各部雷達是雙(多)雷達體制,是對同一個發(fā)射機部署了多個分開的接收機的雷達組網。這種組網可充分利用雙/多基地的特性,對抗電子干擾、抗反輻射導彈及反隱身等具有較強的工作能力,輔以空中平臺,還可明顯增強抗低空突防能力。本文重點對該種形式的雷達組網進行了性能分析。

3)單基地、雙/多基地雷達混合組網

單基地、雙/多基地雷達混合組網是收發(fā)異地和單基混合組網,這種組網形式具有上述兩種方式的共同優(yōu)點,其工作方式靈活多變。

此外,還可按照構成雷達網功能的不同,可分為:制導雷達網、情報雷達網、航空管制雷達網和氣象雷達網等[1,3]。

2.3 雷達組網的優(yōu)勢

雷達組網使用在空間位置分離的收發(fā)裝置。這種布局與單一雷達和雙基地雷達相比,擁有無法比擬的優(yōu)勢。優(yōu)勢之一就是能夠最優(yōu)化雷達組網系統(tǒng)的作用范圍。該系統(tǒng)使用多個接收站和發(fā)射站,能夠根據(jù)具體的任務需要,對各站進行合理布置,再與相配的數(shù)據(jù)融合算法相結合,在指定方向上擴展了覆蓋范圍。另一個優(yōu)勢就是增加了系統(tǒng)靈敏度。由于使用了多個雷達發(fā)射裝置,目標回波能量得到增強,也就增強了總的SNR和雷達組網系統(tǒng)的靈敏度。在雷達組網中,多基地雷達接收站布置分散,可以從不同位置接收目標散射信號,充分利用該信號,能夠改進對目標的分類和識別能力。

同時,雷達組網后,系統(tǒng)的生存能力和可靠性得到增強。生存能力特指雷達抗反輻射導彈摧毀的能力。雷達接收站不輻射電磁波,而是被動的接收目標回波信號,這就增強該站的隱蔽性,被摧毀的概率為零。發(fā)站被摧毀的概率與單基地雷達相同。但發(fā)站雷達可部署在后方安全地帶,在配置若干部誘餌發(fā)射機和火力掩護,可以獲得比單基地雷達更高的生存能力[4]?？煽啃灾付喾矫?損失一個或幾個雷達站,也不會對發(fā)現(xiàn)目標形成致命一擊,因為還有其它的雷達站仍在工作,增強了發(fā)現(xiàn)目標的可靠性;雷達組網可以實現(xiàn)系統(tǒng)內的情報資源共享,完成對每個雷達站的實時指揮控制,增加了實戰(zhàn)的可靠性。

相關技術的發(fā)展,如時間同步技術、定位和標校技術、數(shù)據(jù)傳輸技術、數(shù)據(jù)融合等技術,提升了雷達網對小目標、隱身目標、高速高機動目標、低空目標等的探測和跟蹤能力,提高雷達網的整體抗干擾、抗摧毀能力已成為可能。

3 雷達組網系統(tǒng)的靈敏度分析

雷達靈敏度是評估雷達系統(tǒng)性能的最重要參數(shù)之一,它表示雷達能夠探測到目標出現(xiàn)的能力,它以接收到信噪比(SNR)表示,通過雷達距離方程來計算。當給出發(fā)現(xiàn)概率與虛警概率時,能夠計算出最小檢測信噪比。雷達靈敏度受多個參數(shù)影響,包括雷達本身因素,例如發(fā)射脈沖功率,天線增益,雷達工作波長等等,雷達設計者能夠決定這些因素,但還有其它不可預測的因素,例如目標截面積,目標與接收機之間距離等等。

單基雷達的靈敏度能夠根據(jù)傳統(tǒng)單基雷達方程進行計算。單基雷達靈敏度在2維和3維空間上的仿真曲線如圖2所示。在這個仿真中,假設目標回波面不發(fā)生變化,發(fā)射脈沖功率是6kW和探測門限設為13db?？梢钥闯鰡位走_的靈敏度在2維空間是圓形的范圍,在3維空間是個半球形范圍,這是由雷達的能量等方向傳輸引起的。

圖2 單基雷達在2維和3維空間上的靈敏度仿真

雷達組網的方程是基于雙基地雷達方程的。設整個雷達網絡由M個發(fā)射裝置和N個接收裝置組成。假設雷達網絡是同步的,每個接收裝置能夠接收和處理分散的目標回波信號。通過計算每對雙基地雷達的靈敏度,再求和,就是總的雷達組網系統(tǒng)靈敏度。即:

式中,Pti為第i個發(fā)射裝置的發(fā)射脈沖功率;Gti為第i個發(fā)射天線的功率增益;Grj為第j個接收天線的功率增益;σij為對于第i個發(fā)射裝置第j個接收裝置,目標的等效反射截面積;λi為第i個發(fā)射裝置的雷達工作波長;Ts為接收系統(tǒng)噪聲溫度;Bi為對第i個發(fā)射裝置波形的匹配濾波器帶寬;Lij為對第i個發(fā)射裝置和第j個接收裝置的系統(tǒng)損耗;Rti從第i個發(fā)射裝置到目標的距離;Rrj目標到第j個接收裝置的距離。

雷達組網系統(tǒng)在2維和3維空間上的靈敏度仿真分別如圖3～5所示,它隨收、發(fā)裝置位置的不同而變化。假設組網雷達由三個發(fā)射裝置和三個接收裝置組成,每個發(fā)射裝置的發(fā)射脈沖功率是2kW,這樣雷達組網的總的發(fā)射脈沖功率是6kW,與前面的單基雷達一樣。換句話說,在靈敏度比較中,系統(tǒng)總的發(fā)射脈沖功率,保持不變。

在圖3中,三個發(fā)射裝置和三個接收裝置放置在一起。這樣雷達組網系統(tǒng)的作用范圍,與單基雷達相似,但作用范圍半徑與單基雷達相比增大了。這是因為每個接收裝置都能夠接收每個發(fā)射裝置發(fā)射的信號,接收到的總的回波能量有所增強,所以擴大了作用范圍。也就是說雷達組網與單基雷達相比,充分利用了信號能量。

圖3 收、發(fā)裝置在一起的雷達組網系統(tǒng)在2維和3維空間上的靈敏度仿真

在圖4中,將六個收、發(fā)裝置分成三組,每組收、發(fā)裝置各一個,三組收、發(fā)裝置布局是分開的?？梢钥闯鲈?維空間上,作用范圍是擴大的,但在3維空間的高度上是減小的。這是因為總的發(fā)射能量與圖3是一樣的。在圖5中,收、發(fā)裝置是完全分開的。在這種情況下,作用范圍在2維空間繼續(xù)擴大,在3維空間的高度上進一步減小。

4 結語

本文主要研究了雷達組網系統(tǒng)性能的一個重要方面—靈敏度。在2維和3維空間上顯示了它的數(shù)學模型和仿真結果。我們可以看出,雷達組網系統(tǒng)的靈敏度不僅依靠于雷達參數(shù),也依靠收、發(fā)裝置的空間位置分布。與單基雷達相比,雷達組網提供了更加靈活的收、發(fā)裝置位置分布,根據(jù)任務需要,能夠配置相應的雷達節(jié)點,來形成讓人滿意的作用范圍,從而提高“四抗”能力。

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