吳少鵬

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

隱身目標(biāo)具有雷達(dá)探測(cè)等效反射面積極小的特點(diǎn)，在其來襲方向極難以被探測(cè)發(fā)現(xiàn)，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的一種主要威脅。由于隱身目標(biāo)也具有反射電磁波能量的各角度異向性，且與電磁波的頻率、極化等具有相關(guān)性，因此利用和充分發(fā)揮多平臺(tái)探測(cè)裝備在空域、頻域、時(shí)域、極化域和能力域等的探測(cè)視角和體制、功能、模式、頻率、極化等資源優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)構(gòu)建多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)體系，是實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)有效探測(cè)的一種重要技術(shù)途徑和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用方法。

多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)的指標(biāo)體系是構(gòu)建和研究其技術(shù)體系和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法的需求，通過規(guī)范其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能評(píng)估要求，達(dá)到確保其使用效能的目的;并依此促進(jìn)多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)技術(shù)體系建設(shè)，為構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)可行、應(yīng)用有效、規(guī)范統(tǒng)一及可擴(kuò)充、可兼容的多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

1 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成研究

多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)需根據(jù)探測(cè)要求、裝備能力和資源配置，按照規(guī)定的指標(biāo)體系要求構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、目標(biāo)特性和探測(cè)模式等動(dòng)態(tài)尋優(yōu)最佳探測(cè)效能的多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方法。

1.1 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)

圖1 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成框圖

隱身目標(biāo)等效反射面積極小，難以被探測(cè)，但隱身技術(shù)還不能覆蓋雷達(dá)的整個(gè)工作頻段，即使在隱身頻段也不足以全方位有效隱身，在全空域、全頻域、全時(shí)域、全極化域等方面的反射特性和所需輻射特性等有明顯差異和特點(diǎn)。因此，基于多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)的不同地理位置和機(jī)動(dòng)特點(diǎn)，針對(duì)高威脅隱身目標(biāo)在空間各向的反射波、側(cè)向波和前向波的特性不同和固有的可能輻射特性，建立基于不同空間資源、頻率資源、時(shí)間資源和極化資源和不同探測(cè)方位角、高低角、發(fā)射波束的頻率、極化特性等的多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)。圖1為多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成框圖。

1.2 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成基本要素及應(yīng)用方法研究

多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成重點(diǎn)是充分利用其探測(cè)雷達(dá)等具有的不同資源和工作模式特點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一目標(biāo)的環(huán)境動(dòng)態(tài)匹配與目標(biāo)協(xié)同探測(cè);通過相互引導(dǎo)探測(cè)、冗余探測(cè)和互補(bǔ)探測(cè)等探測(cè)模式，建立雷達(dá)信號(hào)級(jí)目標(biāo)識(shí)別特征關(guān)聯(lián)模型;通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身的有效探測(cè)和信息獲取。其系統(tǒng)要素基本集成方法主要有:(1）多頻段雷達(dá)協(xié)同反隱身集成探測(cè);(2）雷達(dá)多站位協(xié)同反隱身集成探測(cè);(3）其他要素的多站位雷達(dá)協(xié)同反隱身集成探測(cè)。

1.2.1 多頻段雷達(dá)協(xié)同反隱身集成探測(cè)

隱身目標(biāo)的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)雷達(dá)主要使用的厘米波段進(jìn)行隱身，一般在1～20 GHz的頻段范圍內(nèi)。對(duì)雷達(dá)波長(zhǎng)大于厘米波段或小于厘米波段雷達(dá)的隱身能力將隨著雷達(dá)波長(zhǎng)趨于更長(zhǎng)或更短，其隱身能力呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。當(dāng)雷達(dá)波長(zhǎng)與被照射物體的某部分尺寸接近時(shí)，由于物體某部分直接反射的回波和整個(gè)物體表面的傳播之間會(huì)產(chǎn)生諧振，形成強(qiáng)回波尖峰，可提高雷達(dá)對(duì)隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力;而對(duì)于毫米波頻率等雷達(dá)其頻率在現(xiàn)目標(biāo)隱身波段之外，且具有高分辨率和利于目標(biāo)細(xì)微特征監(jiān)測(cè)識(shí)別等能力，也具有較好的反隱身探測(cè)能力。

國(guó)外雷達(dá)反隱身技術(shù)的頻段選擇方面，主要在OTH 高頻雷達(dá)(頻率為5～28 MHz）、VHF雷達(dá)(頻率160～180 MHz）和毫米波雷達(dá)(頻率約為94 GHz）等，并突出多平臺(tái)協(xié)同預(yù)警反導(dǎo)探測(cè)體系的建設(shè)。美國(guó)持續(xù)建設(shè)完善網(wǎng)絡(luò)中心站、防空反導(dǎo)系統(tǒng)的同時(shí)，其國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)研究中將沖擊雷達(dá)(頻帶覆蓋大于中心頻率50 %）作為重要研究方向，其頻段覆蓋很寬，易于對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)。英國(guó)研制基于雷達(dá)-光電跟蹤系統(tǒng)用于對(duì)隱形飛機(jī)的探測(cè)。此外，常規(guī)雷達(dá)(厘米波段）的一些工作模式也具有一定的反隱身探測(cè)能力。

多平臺(tái)多頻段協(xié)同反隱身探測(cè)模式，主要是利用多平臺(tái)雷達(dá)的頻率資源優(yōu)勢(shì)和反隱身探測(cè)的能力，優(yōu)先配置低頻雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、寬帶/超寬頻帶雷達(dá)等，以及隨著技術(shù)發(fā)展，選擇沖擊雷達(dá)、諧波雷達(dá)等新體制雷達(dá)等。在各獨(dú)立雷達(dá)反隱身探測(cè)能力不足的條件下，實(shí)現(xiàn)相互引導(dǎo)和綜合探測(cè)可以有效提高系統(tǒng)探測(cè)效能。主要實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)各獨(dú)立雷達(dá)獲取的弱小目標(biāo)信號(hào)達(dá)不到檢測(cè)門限時(shí)，通過對(duì)各雷達(dá)接收信號(hào)的關(guān)聯(lián)處理與綜合檢測(cè)，以提高多平臺(tái)協(xié)同系統(tǒng)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率。需解決的問題是基于具有較高反隱身效能雷達(dá)的目標(biāo)引導(dǎo)或基于多雷達(dá)時(shí)空配準(zhǔn)、時(shí)頻相關(guān)(參）下的目標(biāo)空間位置預(yù)測(cè)等技術(shù)。

1.2.2 雷達(dá)多站位協(xié)同反隱身集成探測(cè)

通常，隱身飛機(jī)在鼻錐方向正、負(fù)30°范圍內(nèi)有著較小的RCS 值，其他方向的RCS 值各不相同，在頂視方向趨于與同尺寸目標(biāo)相近。因此，在協(xié)同雷達(dá)內(nèi)對(duì)隱身目標(biāo)可同時(shí)觀測(cè)的重疊范圍內(nèi)，多平臺(tái)雷達(dá)資源優(yōu)化布站或機(jī)動(dòng)位置配置使其任一點(diǎn)與可同時(shí)觀測(cè)雷達(dá)連線的夾角應(yīng)大于60°時(shí)，具有較好的反隱身效果。

美國(guó)等國(guó)大力發(fā)展的空中和衛(wèi)星探測(cè)系統(tǒng)，可從頂視角度(俯視）達(dá)到提高探測(cè)隱身空中目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率和探測(cè)能力。美軍E23A 預(yù)警機(jī)、“鉆石眼”預(yù)警機(jī)等均可有效地探測(cè)隱身目標(biāo)。美國(guó)還正在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機(jī)、預(yù)警衛(wèi)星等。此外，俄羅斯、英國(guó)、印度等國(guó)都很重視發(fā)展預(yù)警機(jī)的工作。美軍研制的AN/FPS-118 超視距預(yù)警雷達(dá)和機(jī)動(dòng)型戰(zhàn)術(shù)超視距雷達(dá)等也可利用雷達(dá)發(fā)射電磁波在大氣中折射以實(shí)現(xiàn)超視距探測(cè)的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)不同視角的探測(cè)。

雷達(dá)多站位協(xié)同反隱身集成探測(cè)模式，主要是利用多平臺(tái)雷達(dá)相對(duì)隱身目標(biāo)的不同探測(cè)視角或超視距電磁波在大氣中的折射角，獲取隱身目標(biāo)在不同角度的散射信號(hào)，通過協(xié)同與綜合處理實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)的有效發(fā)現(xiàn)。應(yīng)選擇雷達(dá)布站兩點(diǎn)間距大于相對(duì)觀測(cè)點(diǎn)夾角為60°，并優(yōu)先配置星載雷達(dá)、浮空平臺(tái)或機(jī)載雷達(dá)、超視距雷達(dá)等體制雷達(dá)。主要實(shí)現(xiàn)方法綜合預(yù)警防區(qū)、各雷達(dá)特性、多平臺(tái)對(duì)目標(biāo)觀測(cè)重疊系數(shù)、多平臺(tái)雷達(dá)間距等因素，以信息獲取為準(zhǔn)則進(jìn)行基于探測(cè)效能的資源布站配置。需解決的問題是基于不同視角所獲得的隱身目標(biāo)前向波、側(cè)向波和反射波，與對(duì)應(yīng)雷達(dá)收發(fā)波束的精確同步和對(duì)應(yīng)接收，以及多站點(diǎn)信號(hào)的綜合處理與目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)。

1.2.3 其他要素的多站位雷達(dá)協(xié)同反隱身集成探測(cè)

(1）多站雷達(dá)探測(cè)模式協(xié)同集成探測(cè)

針對(duì)隱身目標(biāo)的特性，可采取不同站位多平臺(tái)和不同頻段、不同體制、不同功能雷達(dá)的工作模式協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)的綜合探測(cè)。由于隱身目標(biāo)信號(hào)極其微弱，通常對(duì)其探測(cè)需要長(zhǎng)時(shí)間積累，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)高速、高機(jī)動(dòng)隱身目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間積累檢測(cè)難度大，因此在多雷達(dá)協(xié)同探測(cè)中，可采用雷達(dá)間相互引導(dǎo)、綜合檢測(cè)和互為印證的方法，如主動(dòng)引導(dǎo)被動(dòng)雷達(dá)、雷達(dá)引導(dǎo)光電探測(cè)、遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)引導(dǎo)中遠(yuǎn)程搜索雷達(dá)、搜索雷達(dá)引導(dǎo)成像探測(cè)雷達(dá)等多種應(yīng)用模式。

(2）多站雷達(dá)協(xié)同反隱身集成無源探測(cè)

無源雷達(dá)自身不輻射電磁波，而是借助外部輻射源來進(jìn)行探測(cè)，而隱身目標(biāo)電子載荷會(huì)因其通信、導(dǎo)航等需要輻射電磁信號(hào)。采用多站協(xié)同的無源雷達(dá)或雷達(dá)無源探測(cè)模式，不僅可多方位獲取隱身目標(biāo)輻射的電磁信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)與印證，而且可以多站無源雷達(dá)協(xié)同對(duì)目標(biāo)定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)的跟蹤;同時(shí)，無源雷達(dá)獲取的可能隱身目標(biāo)信息也可與主動(dòng)探測(cè)雷達(dá)相互引導(dǎo)和相互印證，從而提高多平臺(tái)雷達(dá)協(xié)同對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)效能。

(3）多站雷達(dá)協(xié)同反隱身有源探測(cè)信號(hào)集成處理

由于隱身目標(biāo)反射功率極低導(dǎo)致雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率降低，可能使其信號(hào)無法滿足雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理、識(shí)別等要求，因此在實(shí)行多雷達(dá)協(xié)同的點(diǎn)跡處理的同時(shí)，應(yīng)采用基于雷達(dá)視頻、甚至中頻的關(guān)聯(lián)與信號(hào)綜合處理。以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)回波特征(模式集）研究的基礎(chǔ)上，通過多源數(shù)據(jù)挖掘、證據(jù)理論等多維模式識(shí)別，以及綜合專家系統(tǒng)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱身目標(biāo)的有效探測(cè)和信息特征獲取。

2 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)評(píng)估方法研究

針對(duì)現(xiàn)代隱身目標(biāo)的威脅特性，對(duì)如何提高和保證反隱身探測(cè)裝備體系的戰(zhàn)技性能，特別是作戰(zhàn)使用中的實(shí)際效能提出了更高的要求。因此，對(duì)反隱身探測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估應(yīng)以實(shí)際試驗(yàn)環(huán)境下信息獲取質(zhì)量、信息利用和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力為準(zhǔn)則，以實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用效能等進(jìn)行全面客觀評(píng)價(jià)。

2.1 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)技術(shù)性能評(píng)估

該評(píng)估主要用于規(guī)定和要求反隱身探測(cè)體系在設(shè)計(jì)和研制過程中理想環(huán)境下的技術(shù)要求，主要包括雷達(dá)設(shè)備層、探測(cè)通道層、系統(tǒng)設(shè)備層、可協(xié)同接口能力層等技術(shù)性能。其規(guī)范要求主要有:

(1）雷達(dá)固有資源(體制、時(shí)空頻能和極化域）有效性及其功能、模式的可控性;

(2）多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)的統(tǒng)一多域基準(zhǔn)和信息交互能力;

(3）多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)的低信噪比弱小信號(hào)獲取和關(guān)聯(lián)處理能力;

(4）多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)的目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤與識(shí)別的準(zhǔn)確性能;

(5）多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)設(shè)備間及其與指揮控制、武器系統(tǒng)接口能力;

(6）系統(tǒng)裝備的適裝性能、可靠性能、保障性能等。

2.2 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)功能評(píng)估

該評(píng)估主要用于典型和模擬環(huán)境下多平臺(tái)雷達(dá)協(xié)同隱身目標(biāo)探測(cè)的戰(zhàn)術(shù)功能要求，主要包括探測(cè)系統(tǒng)信息獲取層、信息認(rèn)知層、系統(tǒng)對(duì)抗層、信息匹配層及其與指揮和武器間的信息鉸鏈層等的戰(zhàn)術(shù)功能。其規(guī)范要求主要有:

(1）多平臺(tái)反隱身探測(cè)體系動(dòng)態(tài)重構(gòu)(組）能力及其探測(cè)模式的實(shí)時(shí)性和匹配性;

(2）多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)對(duì)典型隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力;

(3）典型復(fù)雜電子干擾和多種雜波背景下多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)的體系對(duì)抗能力;

(4）多平臺(tái)協(xié)同對(duì)典型隱身目標(biāo)模式下信息交互與綜合檢測(cè)、跟蹤與識(shí)別能力;

(5）多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)信息與指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的快速鉸鏈、分發(fā)能力;

2.3 多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)使用效能評(píng)估

該評(píng)估主要用于基于實(shí)際使用和戰(zhàn)術(shù)動(dòng)態(tài)體系對(duì)抗的條件下，對(duì)實(shí)際戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的隱身目標(biāo)的探測(cè)效能要求，主要包括探測(cè)體系重構(gòu)層、資源與目標(biāo)適配層、探測(cè)系統(tǒng)環(huán)境背景適配層、探測(cè)系統(tǒng)綜合干擾對(duì)抗層、探測(cè)系統(tǒng)資源綜合應(yīng)用層、綜合信息利用層等的使用效能。其規(guī)范要求主要有:

(1）實(shí)戰(zhàn)條件下隱身目標(biāo)特性與多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)資源的協(xié)同有效性;

(2）實(shí)戰(zhàn)條件下反隱身探測(cè)應(yīng)用模式與環(huán)境、目標(biāo)和協(xié)同流程匹配構(gòu)建的實(shí)時(shí)優(yōu)化效能;

(3）實(shí)戰(zhàn)條件下信息交互與綜合探測(cè)、信息認(rèn)知的有效性;

(4）實(shí)戰(zhàn)條件下目標(biāo)信息檢測(cè)與目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性;

(5）復(fù)雜動(dòng)態(tài)對(duì)抗條件下的信息獲取與信息利用的有效性;

(6）系統(tǒng)設(shè)備的可用度。

3 結(jié)束語(yǔ)

多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)涉及多領(lǐng)域的系統(tǒng)技術(shù)，本文僅探討了一種多平臺(tái)協(xié)同反隱身探測(cè)系統(tǒng)集成與評(píng)估方法要求，其進(jìn)一步的研究尚需充分和更為詳細(xì)的研究目標(biāo)的散射特性、細(xì)微特征和機(jī)動(dòng)特點(diǎn)，雷達(dá)多域探測(cè)效能，多平臺(tái)反隱身探測(cè)的協(xié)同要素、協(xié)同實(shí)現(xiàn)和協(xié)同效能，以及與實(shí)際應(yīng)用中復(fù)雜環(huán)境的匹配、多探測(cè)任務(wù)的兼容等各類技術(shù)。