高精度機動目標(biāo)快速無源定位裝備技術(shù)發(fā)展綜述＊

吳小強

（海軍駐連云港716所軍事代表室 連云港 222006）

1 引言

隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益復(fù)雜和反輻射導(dǎo)彈及隱身技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的探測系統(tǒng)已無法完全滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的要求，為對付未來戰(zhàn)場越來越多的戰(zhàn)術(shù)機動目標(biāo)，西方各軍事強國近年來加速開發(fā)高精度機動目標(biāo)快速無源定位技術(shù)，采用的新技術(shù)有：長、短基線干涉儀定位技術(shù)、到達時差定位技術(shù)、多普勒頻差定位技術(shù)和利用商用無線電信號的無源定位技術(shù)。正在大力開發(fā)研制新型無源探測系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用多傳感器組網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字式高靈敏度接收機技術(shù)、先進的信號處理技術(shù)、輻射源個體識別技術(shù)等［1，4，7～8］。使這一系統(tǒng)具有較好的探測、識別和跟蹤性能以及很強的生存能力和良好的反隱身能力，給我軍國土防空和打贏信息化條件下局部戰(zhàn)爭帶來新的挑戰(zhàn)。

無源探測定位系統(tǒng)在現(xiàn)代強電磁環(huán)境中占有與有源雷達探測定位同等重要的地位，是未來對付敵方空中預(yù)警機、電子干擾飛機、隱身飛機等高價目標(biāo)以及其它大功率輻射源的重要電子戰(zhàn)手段。

2 外軍無源探測定位裝備技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 非合作照射信號定位技術(shù)［6］

德國羅克·馬諾爾研究公司演示的“手機探測系統(tǒng)”（CELLDAR）能夠利用商用移動電話網(wǎng)絡(luò)所形成的電磁傳輸場，對陸上、海上和空中的移動目標(biāo)進行隱蔽探測、跟蹤和識別。

該系統(tǒng)類似于美國洛克希德·馬丁公司研制的“寂靜哨兵”多基地?zé)o源探測系統(tǒng)，它能夠?qū)臻g運動物體進行遠距離、高性能和低成本的實時探測，同時具有探測在樹叢中運動的車輛或直升機以及諸如潛望鏡等小型海上目標(biāo)的能力。

目前的試驗型設(shè)備包括兩部GSM移動電話，兩個天線和一臺個人計算機。它能夠探測野外環(huán)境中10～15km外的地面目標(biāo)以及100km外的大型飛機。在用于地面防空時，其相控陣接收機可采用展開的結(jié)構(gòu)形式或集成在偽裝網(wǎng)中。當(dāng)用于無源機載預(yù)警時，還可以集成在預(yù)警飛機上。在海岸監(jiān)視、戰(zhàn)場偵察、特種部隊和情報收集、防線安全以及近海作戰(zhàn)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 烏克蘭“鎧甲”遠距離探測、識別和定位綜合系統(tǒng)

“鎧甲”系統(tǒng)由主站和各副站組成，站間可在30min內(nèi)完成全部互換。其標(biāo)探測距離為600km；控制區(qū)域內(nèi)任一點的目標(biāo)定位精度小于1%斜距，從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到定位的最大時間為2s，測向基線長度達到150km，監(jiān)視區(qū)域為0°～360°；采用3點定位、雙曲線測試差定位法，以兩點為基礎(chǔ)的異步、連續(xù)雙曲線測時差定位法，三角定位＋雙曲線測時差定位法和4點異步、連續(xù)雙曲線測時差定位法；時差定位時測量時間誤差為30ns；同時跟蹤目標(biāo)數(shù)量為30個；遵循空中跟蹤和按頻率－時間參數(shù)跟蹤的自動跟蹤原則；具備坐標(biāo)信息和參數(shù)信息統(tǒng)計處理與顯示功能及短時或長時斷電時保存信息的能力。

2.3 捷克“塔瑪拉”、“維拉”無源探測系統(tǒng)

“塔瑪拉”無源探測系統(tǒng)是捷克自第一代“科帕奇”，第一代“拉莫那”后的第三代無源探測系統(tǒng)，由奧尼普爾公司制造。它是一種能對多批空中輻射源目標(biāo)進行連續(xù)定位、識別和偵察的無源探測系統(tǒng)，已裝備部隊多年，有近10個型號。該公司在“塔瑪拉”的基礎(chǔ)上又推出了新一代“維拉”系列無源探測系統(tǒng)，其中PPS“維拉-E”是一種性能比“塔瑪拉”有明顯提高的新型無源探測系統(tǒng)。可對多種空中、地面和海上目標(biāo)（艦船）進行三維定位、識別和跟蹤；能對一次雷達信號、空管二次雷達信號、軍用敵我識別應(yīng)答信號、TACAN近程導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)答信號、DME導(dǎo)航系統(tǒng)詢問信號、電子干擾機信號以及各種頻道的通信數(shù)據(jù)鏈信號等均能探測和處理；探測頻帶加寬至0.1～40GHz；在保持最大探測距離為450km條件下，3站總探測方位角扇區(qū)加寬至140°；目標(biāo)容量為同時跟蹤200批；機動型，共有3輛中型卡車：配有獨立的窄帶電子情報分析通道，可進行精確的“指紋”分析與核對；瞬時帶寬提高到250MHz，接收機靈敏度為－100dBm；實現(xiàn)了全自動化操作，無人值守，現(xiàn)代化人機接口。

2.4 “先進戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準技術(shù)”（AT3）計劃［2］

AT3計劃的一個目標(biāo)是采用GPS制導(dǎo)的精確制導(dǎo)打擊武器，空中幾架裝備了AT3設(shè)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（E-8“聯(lián)合星”飛機）擔(dān)當(dāng)。計算中還需要利用GPS導(dǎo)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(shù)據(jù)。

另一項正在開發(fā)的精確快速定位技術(shù)是采用單架飛機平臺利用多普勒頻率差技術(shù)的快速定位技術(shù)［5］。再一項類似的技術(shù)稱“精確定位識別（PLAID）技術(shù)，由美國 Mercer（默塞爾）工程研究中心和利頓的ATD分部進行研制。其數(shù)字接收機可利用平臺上任何現(xiàn)有的RWR天線設(shè)備，可以為任何飛機提供類似于“野鼬鼠”的戰(zhàn)術(shù)ESM能力。采用的方法是利用成對天線來進行短基線（例如翼尖到翼尖）的到達時差測量計算，以提供改善的態(tài)勢感知能力、威脅規(guī)避和“哈姆”導(dǎo)彈對威脅雷達的目標(biāo)瞄準能力。

2.5 “網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)作目標(biāo)瞄準”（NCCT）計劃項目［2］

美軍認為，現(xiàn)代作戰(zhàn)第一必須把目標(biāo)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(biāo)。這就需要在情報、監(jiān)視、偵察（ISR）信息的互通和共享。這是一種“用網(wǎng)絡(luò)對付網(wǎng)絡(luò)”的辦法，也就是美軍“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”作戰(zhàn)思想的具體體現(xiàn)。

現(xiàn)由L-3ComCept公司承擔(dān)的NCCT計劃中，開發(fā)的系統(tǒng)框架和軟件算法，橫向地把空軍的情報、監(jiān)視和偵察（ISR）飛機聯(lián)合起來。所有的情報收集平臺不僅能夠交換數(shù)據(jù)，而且能夠協(xié)作生成新的信息。每一個平臺搭載的NCCT設(shè)備有3個主要部分：1）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備—是一種快速、寬帶無線電臺；2）網(wǎng)絡(luò)控制器—是大腦和中央神經(jīng)系統(tǒng)，包括中央計算機、通用協(xié)議、語言和算法；3）平臺接口模塊，它保證每架飛機傳感器的信息被轉(zhuǎn)換成可在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的格式。

在實戰(zhàn)應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)中的一個傳感器探測到相關(guān)的活動后，就能引導(dǎo)其它的傳感器對準目標(biāo)。該過程中應(yīng)用的傳感器可以是相同類型的，也可以是不同的，系統(tǒng)可以相互引導(dǎo)，組合傳感器的數(shù)據(jù)，以便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。

此網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計成每小時處理1000個目標(biāo)，這個數(shù)字與數(shù)據(jù)鏈的帶寬直接相關(guān)。這個數(shù)字比以前的綜合系統(tǒng)能處理的目標(biāo)數(shù)大了一個量級。

系統(tǒng)應(yīng)用了一種特獨的軟件算法，它能把單獨發(fā)生的模棱兩可的、時間上飛逝即過的聯(lián)系信息相關(guān)起來，對它們進行交互參照，提供可靠的目標(biāo)位置。這種新算法把虛警減少到幾乎等于0。

NCCT系統(tǒng)具有的另外兩個特點是“地理鎖”和“特殊輻射源識別［8］”?！暗乩礞i”可以保證每一架執(zhí)行情報收集任務(wù)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(dǎo)彈的位置，其精度小于100英尺。

特殊輻射源識別是給特殊輻射源標(biāo)上“指紋”烙印，于是可以進行精確的目標(biāo)識別和長時間的跟蹤。有效地使傳感器聯(lián)網(wǎng)并把探測能力綜合起來能夠增加發(fā)動攻擊的機會，而且能夠把精確定位所需的時間減少90%以上。

2.6 英國防御研究局（DEAR）的無源跟蹤探測定位系統(tǒng)［5］

英國DRA正在開展研究的是一種雙基定位系統(tǒng)，它利用英國BBC的TV發(fā)射機發(fā)射的TV信號對空中目標(biāo)探測和定位。

該系統(tǒng)采用FFT加卡爾曼濾波器和擴展卡爾曼濾波器技術(shù)。TV信號由接收系統(tǒng)的兩個接收信道接收，經(jīng)低噪聲VHF／UHF下變頻單元和HF數(shù)字接收機下變頻至基帶，利用FFT對基帶信號進行處理，得出多普勒頻移和方位信息，然后用單元平均恒虛警率（CA-CFAR）檢測電路，識別目標(biāo)回波，抑制噪聲和不要的載波分量，再由卡爾曼濾波器進行處理，獲得同一目標(biāo)的多普勒頻移和到達方向（DOA），并對這些信息進行采樣，用傳統(tǒng)的算法和勒費恩布爾格－馬爾夸德算法建立迪卡爾坐標(biāo)和獲得速度信息，最后，在利用擴展卡爾曼濾波器保持對目標(biāo)的跟蹤。

該系統(tǒng)主要由一對8單元Yag-Ud天線、下變頻單元和VXI數(shù)字HF接收機等硬件組成。系統(tǒng)距TV發(fā)射臺100余千米，能探測到260km遠的目標(biāo)，定位精度能夠達到1%斜距。

3 無源定位裝備技術(shù)發(fā)展特點分析

外軍無源定位裝備技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：

1）采用先進的數(shù)字式接收機技術(shù)。對輻射源進行快速全概率識別，跟蹤和實現(xiàn)十米量級的高精度定位，其核心技術(shù)是數(shù)字式接收機技術(shù)以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)。全概率識別數(shù)字式接收機對雷達脈沖信號連續(xù)采樣，積累后關(guān)聯(lián)成一個連續(xù)信號，可以測量小到百分之一納秒的PRI，并采用“時鐘提取算法”對特殊雷達信號脈內(nèi)有意無意調(diào)制特性進行測量，實現(xiàn)98（的全概率識別。由于數(shù)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(shù)用于定位成為可能。

2）多平臺組網(wǎng)協(xié)同技術(shù)。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多平臺上的傳感器組網(wǎng)后，每個平臺成為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，實現(xiàn)信息共享，提高態(tài)勢感知性能。除了能單站定位外，還能進行多平臺協(xié)同定位，大幅提高了定位精度和反應(yīng)速度。

3）與硬殺傷武器系統(tǒng)的綜合一體化。為實現(xiàn)快速打擊能力，將多傳感器系統(tǒng)合硬殺傷武器系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)綜合一體化，朝著高精度偵察、識別、定位、指揮決策、控制與打擊一體化方向發(fā)展。

4 發(fā)展我軍無源定位裝備技術(shù)幾點建議

針對世界軍事形勢的發(fā)展、高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭的特點，我國海、空軍力量日趨受到周邊國家和地區(qū)軍事威脅，需發(fā)展能夠壓制和削減敵海上和空中軍事力量，協(xié)助我海、空軍作戰(zhàn)并贏得戰(zhàn)場控制權(quán)的遠程攻擊能力、高突防能力和精確打擊能力的武器裝備，以捍衛(wèi)國家主權(quán)，維護我國海洋權(quán)益。

攻擊海上或空中機動目標(biāo)的關(guān)鍵問題之一是對其近實時的高精度定位，解決大型機動目標(biāo)的近實時精確定位技術(shù)問題。

1）跟蹤外軍高精度技術(shù)發(fā)展動態(tài)，發(fā)展適合我軍的技術(shù)和裝備

應(yīng)跟蹤當(dāng)前外軍高精度無源定位裝備技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，認真分析其性能特點，根據(jù)我軍信息對抗裝備技術(shù)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(shù)和裝備，注重體系建設(shè)、能力建設(shè)，做好統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設(shè)計工作，逐步實現(xiàn)攻防兼?zhèn)淠芰蛻?zhàn)略威懾能力。

2）突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸

影響我軍高精度無源定位裝備技術(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸主要有：復(fù)雜電磁環(huán)境下信號處理和目標(biāo)精確識別技術(shù)、高精度無源定位技術(shù)、多傳感器組網(wǎng)技術(shù)、高精度測頻測向技術(shù)、非合作輻射源定位技術(shù)、高速寬帶無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等。解決好這些瓶頸技術(shù)，將為發(fā)展高精度無源定位技術(shù)裝備的發(fā)展和體系建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

3）加強能力建設(shè)

形成對敵重要目標(biāo)或高價值目標(biāo)超遠程精確探測、識別和定位能力，不能僅局限于一種技術(shù)手段，需采用多手段、多方法（如：三維測時差定位技術(shù)、測頻率、測方位變化率定位技術(shù)、非合作信號定位技術(shù)、測向定位技術(shù)、測距定位技術(shù)、差分多普勒定位技術(shù)等等）無源探測定位手段，使技術(shù)互補，實現(xiàn)最佳的定位技術(shù)組合能力，具備空中、陸地和海上遠、中、近以網(wǎng)絡(luò)為中心的集偵察、識別、定位、打擊于一體的系統(tǒng)綜合集成能力。

4）多管齊下，合理配置，構(gòu)建體系

發(fā)展我國高精度無源探測定位技術(shù)裝備最終目標(biāo)是構(gòu)建設(shè)國土防空體系，可從以下幾個方面著手。

（1）研究周邊環(huán)境存在或未來即將面臨的主要威脅，分析研究作戰(zhàn)對象的性能特點，提出切實可行的應(yīng)對措施，做好需求分析論證工作，加強新一代高精度無源定位技術(shù)和裝備研發(fā)工作。

（2）對現(xiàn)有裝備技術(shù)改造升級。目前裝備部隊電子偵察系統(tǒng)（設(shè)備）大多具備無源定位和目標(biāo)識別能力，這些能力參差不齊，從總體上來說還不能形成未來需要的作戰(zhàn)體系。可以根據(jù)體系建設(shè)的需求，對這些裝備在軟件、硬件和接口等方面進行必要的改造升級，使其能力達到要求。

（3）體系建設(shè)。針對作戰(zhàn)對象，實現(xiàn)國土防空需求，需建設(shè)集無源偵測、識別、定位和打擊于一體的系統(tǒng)?？紤]到技術(shù)復(fù)雜性，可分步驟實施，第一步完成戰(zhàn)區(qū)級的體系建設(shè)；第二步從整個國家防空層面上來建設(shè)。

在整個體系建設(shè)中需分層考慮，合理配置，逐步實施。遠、中、近相結(jié)合，?；?、陸基、空中和天基等各型平臺的探測手段及配置方式、架構(gòu)和綜合運用等，都是需求認真研究的課題。

5 結(jié)語

無源定位技術(shù)將朝著高精度、高速度和多平臺網(wǎng)絡(luò)一體化方向發(fā)展，而這一技術(shù)的順利發(fā)展主要依賴于參數(shù)測量、處理能力、信息交互能力和協(xié)同能力的提高。聯(lián)合采用多項新技術(shù)和多平臺組網(wǎng)協(xié)同工作，是信息戰(zhàn)時代無源定位裝備技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

［1］單月暉.不斷發(fā)展的無源定位技術(shù)［C］／／無源定位技術(shù)文集，2002，12

［2］2006年國際電子戰(zhàn)發(fā)展跟蹤研究報告［R］.2007，5

［3］胡來招.無源定位［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004，1

［4］楊波.美軍電子戰(zhàn)飛機發(fā)展與分析［C］／／中國電子學(xué)會第十六屆學(xué)術(shù)會議論文集，2009，11

［5］無源定位系統(tǒng)技術(shù)手冊［S］.中國電子科技集團第51研究所，2007，12

［6］胡來招.非配合輻射源照射條件下的無源定位技術(shù)［J］.國際電子戰(zhàn)，2005（2）

［7］陳嘟，劉剛，等.一種基于兩維信息聯(lián)合處理的機動目標(biāo)定位識別技術(shù)［J］.電子信息對抗技術(shù)，2009（1）

［8］宋松，王燕，等.美國海軍特殊輻射源識別技術(shù)［J］.國際電子戰(zhàn)，2010（1）