閆 萌

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引言

常規(guī)雷達(dá)探測的主要作用機(jī)理在于：發(fā)射定向波束照射目標(biāo)，利用所接收的目標(biāo)回波進(jìn)行相關(guān)脈壓處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤、定位。但其大功率發(fā)射系統(tǒng)作為輻射源，若被敵方的偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、定位就有被摧毀的風(fēng)險(xiǎn)。

無源雷達(dá)本質(zhì)上是雙(多)基地雷達(dá)。無源雷達(dá)的特征在于無需輻射電磁波，其工作機(jī)理在于利用外輻射源（包括照射雷達(dá)的發(fā)射信號、存在于空間的各種無線信號等）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測、跟蹤，故與常規(guī)雷達(dá)相比，具有優(yōu)良的四抗能力和隱蔽性。此外，無源雷達(dá)無需配置發(fā)射機(jī)，可完成低成本的便攜裝備；無需考慮能量覆蓋的設(shè)計(jì)，故不存在理論上的探測盲區(qū)。這些特性都使得無源雷達(dá)在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中占據(jù)重要地位，也是近年來雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)頻[1]。

1 無源雷達(dá)的特點(diǎn)

根據(jù)輻射源的不同，無源雷達(dá)可分為可見光無源探測(電視探測)雷達(dá)、無線電無源探測雷達(dá)和紅外線無源探測雷達(dá)三種類型。這些無源雷達(dá)探測系統(tǒng)主要通過目標(biāo)輻射的電磁能量、熱能或反射的可見光能進(jìn)行探測和定位。這些系統(tǒng)本身不輻射能量，因而不可能被敵方偵察和定位，從而無從實(shí)施干擾和攻擊，這類雷達(dá)的弱點(diǎn)在于：容易受到無線電靜默、云層、天氣等氣象條件影響[2]。

無源雷達(dá)主要通過將目標(biāo)散射回波信號與外輻射源的直達(dá)波信號進(jìn)行相關(guān)處理后得到目標(biāo)信息，從而完成對目標(biāo)的檢測、定位和跟蹤。所利用的外輻射源包括各種存在于空間的無線信號（如民用電視、廣播、移動(dòng)通信、GPSWIFI 等），隱蔽性和抗摧毀性能好。這些系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低成本網(wǎng)絡(luò)布防、廣闊覆蓋、布設(shè)靈活等特點(diǎn)，并且低頻段段外輻射源雷達(dá)還可實(shí)現(xiàn)反隱身、低空探測、抗“無線電靜默”。其缺點(diǎn)在于：非合作發(fā)射信號帶來的信號同步、雜波干擾等問題[3]。

2 無源雷達(dá)探測技術(shù)分析

無源雷達(dá)在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)場中具有巨大的潛力和優(yōu)勢，無源雷達(dá)在目標(biāo)探測與電子對抗中的優(yōu)勢主要包括[4]：

2.1 抗電子偵察

沒有發(fā)射機(jī)的無源雷達(dá)具有便攜性、隱蔽性，難以被偵察；可利用多個(gè)外輻射源的信號作為發(fā)射信號，故敵方很難偵察無源雷達(dá)系統(tǒng)的功能參數(shù)。

2.2 抗干擾能力

一般來說，強(qiáng)方向性的后向干擾主要是瞄準(zhǔn)發(fā)射機(jī)的，故該方式的干擾很難起到作用；若敵方采用寬頻帶的全方干擾，其信號功率密度和干擾效果便大打折扣。因此無源雷達(dá)具有抗有源壓制干擾的能力。另外，對于無源雷達(dá)來說，有源欺騙干擾也不適用。

2.3 抗摧毀能力

無源雷達(dá)的接收機(jī)是無線電靜默的，可以避免遭受導(dǎo)彈攻擊；發(fā)射源是民用調(diào)頻廣播信號，電視廣播信號，手機(jī)信號及衛(wèi)星信號等等，覆蓋比較廣，遭受敵方攻擊概率也比較小。因此無源雷達(dá)有較強(qiáng)的生存能力。

2.4 抗超低空突防

由于大部分民用電視、廣播發(fā)射塔都比較高，或者建造在高山上，且低空輻射功率強(qiáng)，發(fā)射的信號有利于對低空目標(biāo)進(jìn)行探測和跟蹤。

2.5 反隱身

一般來說，調(diào)頻廣播、電視等信號一般工作于P 波段，故利用此類信號作為輻射源信號的無源雷達(dá)可以用于反隱身探測。這主要是由于隱身裝備的吸波涂層和吸波材料頻帶較窄，主要應(yīng)用于厘米波信號的吸收，而對米波信號的吸收能力較弱；此外，無源雷達(dá)屬于多基雷達(dá)體制，另隱身裝備無法在收發(fā)同一方向上完成對微波信號的吸收，故無源雷達(dá)在反隱身方面具備一定的優(yōu)勢[5]。

3 無源雷達(dá)探測關(guān)鍵技術(shù)

無源雷達(dá)探測系統(tǒng)的工作原理如圖1 所示。接收機(jī)主要包含兩部接收天線，其中一部指向輻射源，主要用于接收發(fā)射機(jī)的直達(dá)波，從而為完成目標(biāo)回波分相關(guān)處理提供參考信號；另一部用來接收目標(biāo)散射回波信號。無源雷達(dá)探測的關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下幾點(diǎn)：

圖1 無源雷達(dá)探測系統(tǒng)示意圖

3.1 輻射源信號的分析與選擇

由于直達(dá)波信號的模糊函數(shù)特性決定了多普勒分辨力、距離分辨力、旁瓣水平以及模糊間隔，故無源雷達(dá)的設(shè)計(jì)首先要選擇、確定其輻射源的直達(dá)波信號。典型的輻射源信號的模糊函數(shù)應(yīng)近似于理想的“圖釘型”，即在多普勒和距離的二維域上沒有較高的旁瓣電平，常用的輻射源信號如表1 所示。這些信號的調(diào)制模式固定，無法同時(shí)滿足無源雷達(dá)對輻射源信號的要求。另一方面，為提高系統(tǒng)對目標(biāo)的跟蹤精度，需增加輻射源的個(gè)數(shù)，在選擇數(shù)個(gè)輻射源時(shí)，需要綜合考慮輻射功率、空間布局和瞬時(shí)帶寬等。

表1 幾種典型照射源信號的屬性

3.2 信號同步技術(shù)

為了使無源雷達(dá)探測系統(tǒng)發(fā)揮其優(yōu)越的探測性能，必須使系統(tǒng)與輻射源信號特征實(shí)現(xiàn)同步和匹配。而對實(shí)際的探測系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)者往往只能獲知輻射源信號波形的某些參數(shù)，其余參數(shù)需通過估計(jì)得到。在無源雷達(dá)探測系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)，首先需經(jīng)過頻率搜索和空域?yàn)V波獲得直達(dá)波的信息，再利用以上獲得的頻率信息和發(fā)射脈沖實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間同步，最后通過天線波束形成完成空域同步。

3.3 直達(dá)波信號的提取技術(shù)

無源雷達(dá)探測系統(tǒng)中通常設(shè)置參考信道，其接收天線直接指向輻射源發(fā)射站。參考信道所接收的直達(dá)波信號的作用主要有三個(gè)方面：偵察信道所接收到的目標(biāo)回波信號中含有大量的直達(dá)波信號，一般情況下，其功率大于雜波功率，應(yīng)采用對消算法去除直達(dá)波信號，因此需要純凈的直達(dá)波信號作為自適應(yīng)對消算法的參考信號；目標(biāo)回波信號中含有功率較強(qiáng)的雜波信號；采用對消算法去除雜波的過程中同樣需要直達(dá)波信號作為參考信號直達(dá)波信號為空時(shí)二維相關(guān)檢測提供參考信號。

然而，在傳輸過程中多徑雜波必然會混入直達(dá)波中，因此需要有效抑制多徑干擾。目前提取直達(dá)波的方法有空間投影法和盲均衡法?？臻g投影法是通過將參考信道的接收信號投影到與多徑雜波正交的子空間上，達(dá)到提取直達(dá)波信號的目的。這種提取直達(dá)波信號的方法缺點(diǎn)在于計(jì)算量大。盲均衡法主要依據(jù)輻射源波形所具有的恒模特性實(shí)現(xiàn)對直達(dá)波信號的提取。這種方法簡單且利于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是性能有待進(jìn)一步提高。

3.4 微弱信號的檢測技術(shù)

無源雷達(dá)探測系統(tǒng)中的目標(biāo)信號檢測是通過相關(guān)處理（即匹配濾波）來實(shí)現(xiàn)的，其過程為：在最大限度的抑制雜波后，為了進(jìn)一步提高檢測性能，需要采用長時(shí)間相干積累技術(shù)以達(dá)到有效檢測所需的信噪比和信雜比。此外，研究者們針對目標(biāo)回波信號的特征，提出了基于循環(huán)相關(guān)譜的檢測技術(shù)。然而，所有嘗試對弱信號檢測技術(shù)的發(fā)展所做的貢獻(xiàn)十分有限，使得微弱信號檢測技術(shù)的發(fā)展緩慢。

3.5 參數(shù)估計(jì)技術(shù)

在檢測到觀測區(qū)域中的目標(biāo)后，需要估計(jì)目標(biāo)的距離、空間位置和速度等參數(shù)。參數(shù)估計(jì)的原理如下：主要通過回波信號的時(shí)延估計(jì)距離，由目標(biāo)回波的到達(dá)角估計(jì)空間位置，由信號的多普勒頻移估計(jì)速度。目標(biāo)到達(dá)角的估計(jì)技術(shù)由基于幅度和相位估計(jì)的方法發(fā)展到基于空間譜估計(jì)的方法?，F(xiàn)階段主流的時(shí)延估計(jì)方法主要包括：基于高階統(tǒng)計(jì)量的方法、時(shí)頻分析法、廣義互相關(guān)法和基于循環(huán)譜分析的方法。近幾年，融合多維域和多種特征的處理方式逐漸成為熱點(diǎn)，通過多維信息綜合處理的方式可以大大提高參數(shù)估計(jì)的精確度。

4 無源雷達(dá)探測系統(tǒng)新技術(shù)

現(xiàn)階段無源雷達(dá)探測系統(tǒng)的研究工作已取得了一定成果，但這一技術(shù)領(lǐng)域中的許多新技術(shù)尚有待大家進(jìn)一步開發(fā)。

4.1 多頻段輻射源的融合

輻射源信號和接收信道的時(shí)變特性使得目標(biāo)檢測過程同樣具備時(shí)變特性。為增加檢測魯棒性、克服目標(biāo)檢測的不確定性，未來可采用多頻段輻射源協(xié)同探測的方式，利用多頻段的探測結(jié)果，進(jìn)行參數(shù)融合等信號處理，從而得到完整而準(zhǔn)確的目標(biāo)特性信息，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精確探測。

4.2 雜波建模與雜波抑制

偵察信道所接收的微弱目標(biāo)回波信號通常被強(qiáng)地、海雜波所淹沒?，F(xiàn)有的去雜波算法主要針對不具有多普勒頻移特性的地、海雜波，而實(shí)際的地、海雜波情況更為復(fù)雜。未來可采用空時(shí)二維自適應(yīng)濾波等更為先進(jìn)的算法來解決此類問題。

4.3 參數(shù)估計(jì)

參數(shù)估計(jì)的精度直接決定了目標(biāo)定位的精度。而采用多信號進(jìn)行目標(biāo)定位或多目標(biāo)的定位問題更為復(fù)雜，在實(shí)際目標(biāo)探測中還需實(shí)現(xiàn)時(shí)延、方位和多普勒頻移等參數(shù)間的匹配。現(xiàn)階段主要存在兩種解決方法匹配算法和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)法。前者首先通過單參數(shù)估計(jì)算法得到目標(biāo)回波的參數(shù)，而后再選擇適當(dāng)?shù)钠ヅ渌惴▽?shí)現(xiàn)目標(biāo)回波多參數(shù)之間的匹配。然而匹配算法需要在較高的信噪比下實(shí)現(xiàn)，故該算法的實(shí)用性不強(qiáng)。而后者可同時(shí)得到目標(biāo)多個(gè)特性參數(shù)的估計(jì)值，故可有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確定位，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.4 無源定位技術(shù)

目前主要有如下幾種基本定位算法包含橢圓定位法、雙曲線定位法等。然而在不同的信道條件下，各定位參數(shù)的測量值表現(xiàn)出不同的誤差特性，因此采用的定位算法具有不同的性能。在實(shí)際應(yīng)用過程中每種算法都各有利弊，僅依賴單一定位算法幾乎不可能取得最優(yōu)定位性能。此時(shí)，混合定位方法應(yīng)運(yùn)而生。利用多種定位方法進(jìn)行組合定位可吸收不同定位方法的優(yōu)點(diǎn)，利用多種定位信息，提高了信息的飽和度，這是定位研究的新趨勢。

5 總結(jié)

無源雷達(dá)探測系統(tǒng)利用外輻射源（包括照射雷達(dá)的發(fā)射信號、存在于空間的各種無線信號等）的信號，將目標(biāo)散射回波信號與外輻射源的直達(dá)波信號進(jìn)行相關(guān)處理后得到目標(biāo)信息，從而完成對目標(biāo)的檢測、定位和跟蹤。此類雷達(dá)具有優(yōu)良的四抗能力和隱蔽性；無需配置發(fā)射機(jī)，可完成低成本的便攜裝備；無需考慮能量覆蓋的設(shè)計(jì)，故不存在理論上的探測盲區(qū)。發(fā)展新體制多基地?zé)o源探測雷達(dá)，適應(yīng)未來戰(zhàn)場的信息探測需求，已成為我國軍工發(fā)展的必然趨勢。

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