錢(qián)國(guó)棟

(海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003)

岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展需求和發(fā)展方向探討

錢(qián)國(guó)棟

(海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003)

分析岸基雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)現(xiàn)代電子戰(zhàn)的特點(diǎn)及目前岸基雷達(dá)的不足，提出未來(lái)多功能相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展需求和發(fā)展方向。

多功能雷達(dá)；岸基雷達(dá)；相控陣?yán)走_(dá)

0 引 言

現(xiàn)代武器裝備飛速發(fā)展，特別是隱身飛機(jī)、掠海導(dǎo)彈、潛艇、干擾機(jī)等裝備技術(shù)的不斷提高，對(duì)岸基雷達(dá)提出了更高的要求，需要岸基雷達(dá)承擔(dān)多種功能。為了滿(mǎn)足這一需求，要在海岸上架設(shè)多部不同功能的雷達(dá)，導(dǎo)致了設(shè)備量大、操作復(fù)雜且多部雷達(dá)間協(xié)調(diào)和電磁兼容等方面的問(wèn)題。因此，多功能雷達(dá)是未來(lái)岸基雷達(dá)的發(fā)展方向。

對(duì)于岸基雷達(dá)而言，要滿(mǎn)足對(duì)海、對(duì)空“全發(fā)現(xiàn)、全跟蹤、全識(shí)別”的作戰(zhàn)需求，就需要提高其搜索、跟蹤、目標(biāo)識(shí)別和“四抗”等性能。尤其要提高探測(cè)信號(hào)的信息量，從回波中提取盡可能多的有用信息，提高信息處理的能力和自動(dòng)化程度,使其向多功能、高分辨率、自適應(yīng)方向發(fā)展。因此，岸基多功能雷達(dá)要能同時(shí)具備搜索、識(shí)別、跟蹤、引導(dǎo)、制導(dǎo)以及偵察和抗干擾等多種功能，可以實(shí)現(xiàn)多基地雷達(dá)來(lái)提高反隱身能力和增加低空目標(biāo)探測(cè)能力，還可以和海上友方艦船進(jìn)行信息共享。另外，岸基雷達(dá)架設(shè)高度高，可以提高對(duì)海視距，提升對(duì)海上敵方目標(biāo)警戒搜索，

雷達(dá)需要采用有源平面陣列相控陣天線(xiàn)、先進(jìn)的信號(hào)處理、頻率分集、脈沖壓縮、頻率捷變、邊搜索邊跟蹤、AMTI、FFT、脈沖多普勒和組網(wǎng)等多種技術(shù)來(lái)提高雷達(dá)回波信號(hào)的質(zhì)量，從而使岸基多功能雷達(dá)自身具備較好的探測(cè)、反雜波、目標(biāo)識(shí)別和精確跟蹤制導(dǎo)等能力。

1 發(fā)展現(xiàn)狀與不足

目前，岸基雷達(dá)多采用兩坐標(biāo)雷達(dá)，天線(xiàn)采用拋物面形式。由于方位維采用機(jī)械掃描的方式，波束不能靈活控制，形成波束個(gè)數(shù)有限，不能實(shí)時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，重要目標(biāo)出現(xiàn)或消失等情況不能得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)目標(biāo)的判情也只能依靠操作員的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)識(shí)別能力較弱。而且作為岸基雷達(dá)，不僅要觀察空中目標(biāo)，還關(guān)注海上目標(biāo)，而海上目標(biāo)具有種類(lèi)多、數(shù)量大、分布密集、速度慢、動(dòng)態(tài)大等特點(diǎn)，且易受海況、氣象、異常傳播等因素的影響，雷達(dá)的探測(cè)效能受到很大限制。

機(jī)械掃描雷達(dá)與多功能相控陣?yán)走_(dá)(有源電掃描陣列)主要性能比較如表1所示。

表1 機(jī)械掃描天線(xiàn)與有源電掃描陣列的性能比較

2 岸基多功能雷達(dá)發(fā)展方向探討

根據(jù)目前岸基雷達(dá)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，針對(duì)其特殊的作戰(zhàn)任務(wù)，岸基多功能雷達(dá)應(yīng)具有以下幾個(gè)主要方面的功能：強(qiáng)目標(biāo)探測(cè)能力、多種工作模式、雷達(dá)與反干擾偵察機(jī)和雷達(dá)干擾機(jī)一體化、自適應(yīng)處理能力與波束控制、寬窄帶結(jié)合的目標(biāo)識(shí)別能力、組網(wǎng)能力以及高可靠性。

2.1 強(qiáng)目標(biāo)探測(cè)能力

對(duì)于岸基多功能雷達(dá)來(lái)說(shuō)，需要探測(cè)的目標(biāo)包括對(duì)海、對(duì)空兩部分?？沼蛑须s波較少，常規(guī)目標(biāo)處理起來(lái)相對(duì)容易，但對(duì)于隱身飛機(jī)、掠海彈等目標(biāo)就需要雷達(dá)采取特殊的工作模式并提高RCS較小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。另外，海域中的目標(biāo)受海雜波的影響較大，對(duì)雷達(dá)抗海雜波干擾能力也提出了更高的要求。

由于相控陣?yán)走_(dá)可以實(shí)現(xiàn)兩維相掃，采用四面陣天線(xiàn)，不存在機(jī)械掃描誤差，角跟蹤和距離跟蹤精度也得到提高。超高速、超大規(guī)模集成電路及四面陣相控陣天線(xiàn)的使用使提高信號(hào)帶寬成為可能，不僅提高了數(shù)據(jù)率，也縮小了距離量化單元，減小了測(cè)量誤差，提高了目標(biāo)的觀測(cè)能力。信號(hào)處理方面采用對(duì)海、對(duì)空分開(kāi)的多通道處理方式，可探測(cè)飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈、潛望鏡等多種目標(biāo)。

2.2 多種工作模式

為了與不同的作戰(zhàn)任務(wù)相匹配，發(fā)揮裝備的最優(yōu)作戰(zhàn)效能，岸基多功能雷達(dá)應(yīng)設(shè)有多種工作模式，包括搜索、跟蹤制導(dǎo)、超視距、低截獲等。

相控陣天線(xiàn)陣列可同時(shí)形成多個(gè)波束，各個(gè)波束可具有不同的功率、波束寬度、駐留時(shí)間和重復(fù)頻率等，并且各個(gè)波束可以分別控制和統(tǒng)一控制。這樣，其中有些波束可用作一般搜索，有的作重點(diǎn)搜索，有的用來(lái)跟蹤目標(biāo)等，不但具有多種工作模式，還可以實(shí)現(xiàn)幾種工作模式同時(shí)工作。

2.3 雷達(dá)、反干擾偵察機(jī)和雷達(dá)干擾機(jī)一體化

隨著現(xiàn)代高新電子技術(shù)的發(fā)展,電子戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的主要樣式。現(xiàn)代雷達(dá)面臨著“四大”威脅，即快速應(yīng)變的電子偵察及強(qiáng)烈的電子干擾，掠地、掠海能力的低空、超低空目標(biāo)，使雷達(dá)散射面積成百上千倍減小的隱身飛行器，以及快速反應(yīng)自主式高速反輻射導(dǎo)彈。這些都使雷達(dá)常規(guī)單一的反偵察、抗干擾措施不再滿(mǎn)足現(xiàn)代作戰(zhàn)需求。

多功能相控陣?yán)走_(dá)具備波束形狀和掃描方式的可變性，在一定范圍內(nèi)工作頻率和調(diào)制方式及脈沖重復(fù)頻率和寬度也是可變的。這種方便地處理和靈活地控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)探測(cè)、被動(dòng)偵察、干擾功能進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。綜合運(yùn)用抗干擾技術(shù)，包括雷達(dá)頻率、波束、波形、重復(fù)頻率的捷變技術(shù)，匹配濾波、相參積累、恒虛警處理(CFAR)、大動(dòng)態(tài)線(xiàn)性檢測(cè)器、多普勒濾波技術(shù)，極化信息處理技術(shù)，超低旁瓣天線(xiàn)技術(shù)，多種發(fā)射波形設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)字波束形成技術(shù)，以及旁瓣相消和旁瓣匿影等技術(shù)，結(jié)合被動(dòng)偵察所具有的測(cè)向、測(cè)載頻、測(cè)脈內(nèi)調(diào)制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)干擾機(jī)利用雷達(dá)和被動(dòng)偵察測(cè)得的敵方干擾機(jī)特性參數(shù)，對(duì)敵方進(jìn)行反干擾。這既提高了測(cè)定目標(biāo)參數(shù)的精度又提高了抗干擾性能。所以，相控陣?yán)走_(dá)是目前最具有抗干擾潛在性能的一種雷達(dá)體制。

2.4 自適應(yīng)處理能力與波束控制

相控陣天線(xiàn)波束形狀的捷變能力是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)空間濾波及空時(shí)自適應(yīng)處理的技術(shù)基礎(chǔ)。相控陣接收天線(xiàn)的信號(hào)處理屬于多通道信號(hào)處理。合理利用每個(gè)單元通道之間接收信號(hào)的時(shí)間差與相位差信息是對(duì)陣列外多輻射源來(lái)波方向定位的基礎(chǔ)，而對(duì)陣列外干擾輻射源定向是通過(guò)調(diào)整天線(xiàn)陣面口徑分布將相控陣接收天線(xiàn)波束凹口位置移動(dòng)至干擾源方向的一個(gè)重要條件。數(shù)字波束形成技術(shù)的采用為各種復(fù)雜天線(xiàn)波束形狀的形成提供了條件。天線(xiàn)理論與信號(hào)處理相結(jié)合，加上各種先進(jìn)信號(hào)處理方法的應(yīng)用，使相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)獲得了新的應(yīng)用潛力。

電子計(jì)算機(jī)已成為相控陣?yán)走_(dá)的“大腦”，能根據(jù)變化多端的海情、空情實(shí)時(shí)確定雷達(dá)的最佳工作方案，以滿(mǎn)足各種復(fù)雜要求。例如，它能“記憶”空中原有目標(biāo)的批量及其所在軌道的參數(shù)，在發(fā)現(xiàn)新目標(biāo)后能夠同原有“記憶”數(shù)據(jù)對(duì)照后及時(shí)加以識(shí)別，并按其需要分類(lèi)處理。

干擾機(jī)通常根據(jù)測(cè)得的雷達(dá)距離、方位、重復(fù)周期、天線(xiàn)旋轉(zhuǎn)速率等參數(shù)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行干擾。常規(guī)兩坐標(biāo)雷達(dá)在方位上是采用機(jī)械掃描，仰角上具有較寬的波束寬度。這種體制的雷達(dá)的參數(shù)很容易被干擾機(jī)測(cè)得并實(shí)施干擾。多功能雷達(dá)在方位、仰角上進(jìn)行靈活的波束控制，讓干擾機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得雷達(dá)的參數(shù)，不能對(duì)雷達(dá)進(jìn)行有效的干擾。

2.5 寬窄帶結(jié)合的目標(biāo)識(shí)別能力

目前岸基雷達(dá)主要提供目標(biāo)的距離、方位、高度(仰角)、徑向速度等一類(lèi)目標(biāo)信息，不具有艦船、飛機(jī)、艦艇等目標(biāo)的自動(dòng)分類(lèi)和識(shí)別功能。常用的目標(biāo)識(shí)別方法主要基于人工的判別法，通過(guò)目標(biāo)的軌跡、速度、A顯上回波的結(jié)構(gòu)和跳動(dòng)規(guī)律、敵我識(shí)別系統(tǒng)來(lái)粗略進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。這些方法決定于操縱員的熟練程度和對(duì)目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)的了解，存在誤差大、速度慢、自適應(yīng)能力差等缺點(diǎn)，不適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。近年來(lái)，隨著海上商業(yè)活動(dòng)日漸增多，軍事活動(dòng)日益頻繁，雷達(dá)警戒范圍內(nèi)目標(biāo)數(shù)量和類(lèi)型大量增加，對(duì)多功能雷達(dá)有效完成對(duì)海、對(duì)空警戒、跟蹤、制導(dǎo)和偵察任務(wù)提出了更高的要求。面對(duì)日趨復(fù)雜的目標(biāo)環(huán)境，岸基多功能雷達(dá)系統(tǒng)需要及時(shí)地對(duì)雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類(lèi)判性，以適應(yīng)關(guān)注海域目標(biāo)的偵察、監(jiān)視等要求，滿(mǎn)足局部戰(zhàn)爭(zhēng)軍事準(zhǔn)備的需求。

寬帶/窄帶聯(lián)合識(shí)別是在多功能雷達(dá)上獲得寬帶目標(biāo)的識(shí)別特征與窄帶目標(biāo)的識(shí)別特征，經(jīng)過(guò)特征融合，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別，以此提高岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)的識(shí)別能力。

2.6 組網(wǎng)能力

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境日益復(fù)雜，雷達(dá)所面臨的電子干擾和反輻射攻擊等威脅不斷增加，僅僅依靠單雷達(dá)提供探測(cè)情報(bào)已無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)信息化作戰(zhàn)的需求，難以連續(xù)探測(cè)和跟蹤現(xiàn)代飛行目標(biāo)。但是，如果針對(duì)不同類(lèi)型雷達(dá)的特點(diǎn)，通過(guò)合理的戰(zhàn)術(shù)配置進(jìn)行組網(wǎng)，其性能是單部雷達(dá)無(wú)法比擬的。雷達(dá)通過(guò)組網(wǎng)可以擴(kuò)大系統(tǒng)時(shí)域、頻域、空域的覆蓋能力，取長(zhǎng)補(bǔ)短，同時(shí)發(fā)揮各雷達(dá)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)信息共享，有效提高發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的速度，降低虛警、漏警，全面提高雷達(dá)在惡劣電子戰(zhàn)環(huán)境下的“四抗”能力，增強(qiáng)雷達(dá)的生存能力。

近幾十年來(lái)，世界主要軍事大國(guó)都對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)開(kāi)展了深入的研究，取得了大量的研究成果，并先后進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

2.7 高可靠性

一部雷達(dá)能否發(fā)揮最大功能，除了具有多種工作體制、多種工作方式、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，還必須具有高可靠性，保證雷達(dá)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定、可靠地工作。

推行模塊化、系列化、組合化設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)遙控操作、遙控故障診斷,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守等技術(shù)，可以做到迅速替換雷達(dá)故障的模塊。天線(xiàn)陣列中的輻射元、發(fā)射源和電路很多也是并聯(lián)工作的，即使其中的部分組件損壞，對(duì)雷達(dá)總體性能影響也不大。通常，在工作中有少部分陣列元件損壞時(shí)天線(xiàn)增益、天線(xiàn)方向圖和方向系數(shù)受到影響的都很小。又如多部發(fā)射機(jī)工作時(shí)，部分發(fā)射機(jī)的失效也不會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)工作。此外，由于大量采用低功率發(fā)射組件，且天線(xiàn)陣列不需要使用故障率較高的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，可以有效地解決高頻饋電部分的高壓擊穿問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

相控陣?yán)走_(dá)自20世紀(jì)60年代誕生以來(lái)一直受到雷達(dá)行業(yè)的高度重視。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)役相控陣?yán)走_(dá)的功能有了顯著的提高。特別是21世紀(jì)以來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，相控陣?yán)走_(dá)逐漸向多功能、高性能、智能化方向發(fā)展，具有高處理能力、高可靠性、靈活的可擴(kuò)充性和易于自適應(yīng)控制的多芯片多模式雷達(dá)信號(hào)處理結(jié)構(gòu)也相繼被采用?，F(xiàn)役岸基雷達(dá)將會(huì)逐步被更優(yōu)的多功能相控陣?yán)走_(dá)所替代，研制岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)將成為目前的重要課題。

[1] 向敬成,張明友.雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.5.

[2] 張光義,趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.10.

[3] 花漢兵. 雷達(dá)組網(wǎng)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2007(23).

Development demand and direction of shore-based multifunctional phased array radars

QIAN Guo-dong

(Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003)

The development status of shore-based radars is analyzed. According to the characteristics of the modern EW and the disadvantages of the current shore-based radars, the development demand and direction of the future multifunctional phased array radars are presented.

multifunctional radar; shore-based radar; phased array radar

2014-03-20；

2014-04-15

錢(qián)國(guó)棟(1982-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達(dá)總體。

TN958.92

A

1009-0401(2014)02-0011-03