新體制雷達(dá)的發(fā)展及應(yīng)用

張亞婷

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

隨著各種高新技術(shù)的快速發(fā)展，雷達(dá)在探測、制導(dǎo)、預(yù)警、導(dǎo)航、氣象、遙感等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。雷達(dá)的發(fā)展主要取決于戰(zhàn)爭的需求及雷達(dá)技術(shù)自身的發(fā)展，其它相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，也會(huì)對(duì)雷達(dá)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但隨著雷達(dá)面臨的五大威脅如電子干擾、低空/超低空突防、高速反輻射導(dǎo)彈、隱身飛機(jī)和高功率微波武器的增強(qiáng)，電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜，對(duì)雷達(dá)的要求則是多功能與多用途，因?yàn)橐徊繂我蝗蝿?wù)雷達(dá)由于不能適應(yīng)現(xiàn)代多種環(huán)境因素的變化，將不再被稱為現(xiàn)代雷達(dá)［4］。而在現(xiàn)代雷達(dá)應(yīng)用中，由于作戰(zhàn)空間和時(shí)間的限制，加之快速反應(yīng)能力的要求和系統(tǒng)綜合性的要求，雷達(dá)必須具備多功能和綜合利用的能力。例如，要求一部雷達(dá)能同時(shí)對(duì)多目標(biāo)實(shí)施搜索、截獲、跟蹤、識(shí)別及武器制導(dǎo)或火控等功能，要求雷達(dá)集成有通信、指揮控制、電子戰(zhàn)等功能。系統(tǒng)級(jí)的研發(fā)則朝著“系統(tǒng)之系統(tǒng)”的方向發(fā)展，這極大地刺激了雷達(dá)的發(fā)展。新概念、新體制雷達(dá)不斷涌現(xiàn)，如多任務(wù)多功能雷達(dá)、低截獲概率雷達(dá)、滾動(dòng)雷達(dá)、泛探雷達(dá)、納米雷達(dá)、激光雷達(dá)、沖擊雷達(dá)、無源雷達(dá)、雙多基地雷達(dá)、MIMO數(shù)字陣列雷達(dá)(含稀布陣?yán)走_(dá))、噪聲雷達(dá)、諧波雷達(dá)、微波成像雷達(dá)、武器一體化雷達(dá)等。這些雷達(dá)有的是體制上的創(chuàng)新，如MIMO數(shù)字陣?yán)走_(dá)，有的是結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，如滾動(dòng)雷達(dá)，有的是概念上的創(chuàng)新，如壓縮感知雷達(dá)，納米雷達(dá)［5］。下面對(duì)上述部分新體制雷達(dá)做較為詳細(xì)的探討。

2 雷達(dá)的新概念

市場、需求、任務(wù)和技術(shù)的變化推動(dòng)著未來雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展［4］。從功能需求的發(fā)展可以看出，雷達(dá)新概念應(yīng)運(yùn)而生，包括a.多基地組網(wǎng)雷達(dá)及其相關(guān)的信息處理，這種雷達(dá)具有較強(qiáng)的抗摧毀、抗干擾、抗低空突防以及抗隱身能力。b.分布式多傳感器系統(tǒng)，同單傳感器系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)性能、可靠性、抗損性以及生存能力都有很大提高。c.新的波形(如寬帶、LPI)，具有較長的照射目標(biāo)時(shí)間和較高的數(shù)據(jù)率，較高的精度而且反應(yīng)時(shí)間較短;d.多波束雷達(dá)，利用并行波束叢，具有較強(qiáng)的重疊掃描、后視能力，功能更強(qiáng)大，且能更好地利用先進(jìn)信息處理技術(shù)來進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。

3 雷達(dá)的新技術(shù)

現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展以技術(shù)的發(fā)展為主要特征，如有源電掃描陣列天線和合成孔徑雷達(dá)(SAR)。具體技術(shù)如無源或者認(rèn)知雷達(dá)將使電磁波具有新的觀察環(huán)境的能力。廣義來說，雷達(dá)快速增長的應(yīng)用領(lǐng)域就是安全方面的應(yīng)用。新的需求沖擊著雷達(dá)傳感器的設(shè)計(jì)和研發(fā)，關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)即為系統(tǒng)的低造價(jià)及其應(yīng)用［6］。對(duì)環(huán)境條件的自適應(yīng)也必須實(shí)現(xiàn)。

雷達(dá)在軍用和民用方面重要性不斷增強(qiáng)，這促使著雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)其發(fā)展有促進(jìn)作用的技術(shù)趨勢包括:

·相控陣以及為某些應(yīng)用而使用的發(fā)射前端天線，天線從機(jī)械掃描向有源電掃相控陣方向發(fā)展。有源電掃天線(AESA)在空時(shí)性能管理方面靈活自如，多功能使用時(shí)可以較好地集成;薄形/寬帶有源天線是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)多功能必須的設(shè)備，它能為優(yōu)化監(jiān)視、截獲和識(shí)別模式提供所需要的完全自適應(yīng)的各種波形;

·產(chǎn)生射頻功率的器件從真空管向固態(tài)器件發(fā)展，改進(jìn)射頻功率源(包括效率、平均功率、穩(wěn)定性、可靠性、占空比和低成本);

·模擬RF處理向數(shù)字RF處理發(fā)展，數(shù)字處理的進(jìn)步主宰著雷達(dá)的發(fā)展;

·從平面天線向共形天線發(fā)展;

·共形寬帶天線和數(shù)字波束成形技術(shù)，不懈拓展新的通信服務(wù)，不但要求頻譜在時(shí)間和空間上共享，還要開發(fā)出更穩(wěn)健的探測模式;

·從單傳感器向多傳感器發(fā)展;

·信息管理和處理算法(如雜波中提取目標(biāo)、空時(shí)自適應(yīng)處理、檢測前跟蹤、波形和掃描智能管理等)將成為雷達(dá)性能發(fā)展的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)處理是雷達(dá)系統(tǒng)的心臟，而對(duì)處理能力的要求永無止境;

·信息處理機(jī)還需要不斷提高處理能力，以對(duì)抗不斷增長的環(huán)境限制，同時(shí)也需要提供高效費(fèi)比的開發(fā)工具和方法，并保證雷達(dá)先進(jìn)功能的開發(fā);

·開發(fā)利用非線性決策理論的雷達(dá)分類算法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等)，高技術(shù)作戰(zhàn)條件下，需要高性能雷達(dá)測量和合成數(shù)據(jù)以確立和構(gòu)建豐足的特征數(shù)據(jù)庫;

·波形產(chǎn)生和編碼，要在雜波背景下探測隱身目標(biāo)需要高純度的本地振蕩器，對(duì)雷達(dá)這個(gè)主要器件來說，超導(dǎo)體和光學(xué)器件是最好的選擇;

·發(fā)射/接收方面，對(duì)大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)來說，要有寬帶、多通道發(fā)射/接收從雜波回波中提取目標(biāo)(如空時(shí)自適應(yīng)處理、交錯(cuò)或同時(shí)多波束掃描);

·固態(tài)功率放大器(SSPA)是未來多功能雷達(dá)研發(fā)的關(guān)鍵，射頻光電子是多通道系統(tǒng)信號(hào)分布唯一可用的技術(shù)。

4 新體制雷達(dá)簡介

4.1 多功能、多任務(wù)雷達(dá)

隨著計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代數(shù)字化處理技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，加之作戰(zhàn)空間和時(shí)間的限制，以及快速反應(yīng)能力和系統(tǒng)綜合性的要求，雷達(dá)必須具備多功能和綜合應(yīng)用的能力。多功能是指集搜索、跟蹤、數(shù)據(jù)傳遞、武器控制等于一體［7］。

在國際上多功能、多任務(wù)雷達(dá)不斷取得新進(jìn)展，從美國洛克希德·馬丁公司研制的多功能、多任務(wù)雷達(dá)采用全固態(tài)相控陣天線，實(shí)現(xiàn)既可用于防空、火控和炮位偵察等場合，到諾斯羅普·格魯曼的G/ATOR雷達(dá)，該雷達(dá)可以替代并增強(qiáng)5種不同的地基雷達(dá)，包括火力對(duì)抗、目標(biāo)捕獲、防空武器引導(dǎo)、空中交通管制等，再到意大利Alenia公司研制的多功能先進(jìn)雷達(dá)(EMPAR)，采用相空陣天線，具有多種任務(wù)能力。通過完善雷達(dá)總體設(shè)計(jì)，以及增強(qiáng)其機(jī)動(dòng)性和智能化等措施，能夠大幅提高雷達(dá)對(duì)任務(wù)的適應(yīng)能力，這種總體設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展的新方向。

4.2 雷達(dá)-通信一體化

目前，雷達(dá)搜索到的情報(bào)數(shù)據(jù)大部分是通過人工的方法錄取后經(jīng)有線或無線網(wǎng)絡(luò)通知后方，這樣就存在著情報(bào)傳遞速度慢，保密性差和誤報(bào)等缺陷。如果能對(duì)雷達(dá)各系統(tǒng)進(jìn)行改裝使之具有實(shí)時(shí)通信功能，集“雷達(dá)-通信”于一體實(shí)現(xiàn)多功能化，就可能克服上述缺陷，大大地提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雷達(dá)-通信-控制一體化［12］［20］。

雷達(dá)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)在原理上都是發(fā)射和接收電磁波，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為兩者子系統(tǒng)有相當(dāng)大的重疊。例如:天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理器等。所不同的只是在信號(hào)的頻率和信號(hào)的形式上，只要增加某些頻率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和信號(hào)變換電路等就可使雷達(dá)資源為通信所共用，使雷達(dá)和通信合為一體。

雷達(dá)增加通信功能后，其主要優(yōu)點(diǎn)如下:a.實(shí)現(xiàn)雷達(dá)多功能化，提高設(shè)備利用率，同時(shí)使雷達(dá)的某些優(yōu)良性能為通信所共用;b.通信質(zhì)量大大提高，雷達(dá)天線的強(qiáng)方向性、發(fā)射機(jī)的大發(fā)射功率及接收機(jī)的高靈敏度，使通信信息的保密性和抗干擾能力大大提高;c.實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和通信系統(tǒng)的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化，整個(gè)“雷達(dá)——通信”系統(tǒng)借助于計(jì)算機(jī)形成了“雷達(dá)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”，避免了人工參與所帶來的誤差，使得雷達(dá)搜索到的目標(biāo)信息能通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄取、處理和傳遞的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化。

4.3 雷達(dá)武器一體化雷達(dá)(NOT-ONLY-A-RADAR)

超越傳統(tǒng)雷達(dá)的特征，未來的需求將驅(qū)使所研發(fā)的雷達(dá)系統(tǒng)必須具有多功能，“共享孔徑”(shared aperture)和“不只是雷達(dá)”(not-only-a-radar)是共識(shí)［6］［17］［21］。該設(shè)備不僅僅是雷達(dá)，而且是實(shí)施干擾任務(wù)提供持久高功率干擾的最佳選擇。

雷達(dá)武器一體化雷達(dá)也稱為雷達(dá)武器(或高功率微波武器，超寬譜射頻武器)，它既有雷達(dá)探測和跟蹤目標(biāo)的功能，又有殺傷或破壞的武器功能。AESA雷達(dá)技術(shù)的成熟使雷達(dá)的武器功能潛力更加引人注目，AESA雷達(dá)可以把T/R組件的能量集中起來，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很高的平均功率，進(jìn)而干擾敵方的電子設(shè)備，甚至形成高能脈沖直接燒毀敵方飛機(jī)或?qū)椀碾娮酉到y(tǒng)，使之喪失工作能力，這就是所謂的雷達(dá)的“武器效應(yīng)”。但是武器效應(yīng)或干擾效應(yīng)將根據(jù)目標(biāo)的靈敏度各有不同，在攻擊一個(gè)目標(biāo)后雷達(dá)可以迅速轉(zhuǎn)向其它目標(biāo)，并決定在每個(gè)目標(biāo)上所需的時(shí)間。這反映了雷達(dá)是與通信和電子戰(zhàn)任務(wù)共享的多功能傳感器，它是利用成千上萬個(gè)AESA微型傳輸接收器，可同時(shí)完成多種任務(wù)。這些功能包括偵察較小的甚至隱形的目標(biāo)以及跟蹤目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)通信。除了具有高平均功率以外，還具有帶寬方面的優(yōu)勢，并且AESA具有靈活的波形。它們還可用于“電子干擾”。技術(shù)上還可能攻擊敵方雷達(dá)的AESA包括破壞目標(biāo)雷達(dá)的天線副瓣或目標(biāo)裝置的其它功能。它的發(fā)射裝置還可以針對(duì)其它目標(biāo)，向敵軍導(dǎo)彈、飛機(jī)或計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)的薄弱區(qū)域發(fā)射能量。遭受這樣的襲擊后，計(jì)算機(jī)就會(huì)陷入混亂，導(dǎo)彈也將失去對(duì)目標(biāo)的“興趣”。

隨著各種新型高功率微波源的出現(xiàn)，雷達(dá)必將向著高功率微波雷達(dá)的方向發(fā)展。隨著高功率微波雷達(dá)的出現(xiàn)，雷達(dá)將集探測防御與主動(dòng)進(jìn)攻于一身，成為名副其實(shí)的攻防兼?zhèn)涞奈淦飨到y(tǒng)。在未來的反空襲作戰(zhàn)中，雷達(dá)不僅會(huì)擺脫目前面臨的各種威脅，而且會(huì)成為反空襲行動(dòng)中的攻擊性武器，在反空襲行動(dòng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

4.4 機(jī)會(huì)數(shù)字陣列雷達(dá)系統(tǒng)

機(jī)會(huì)數(shù)字陣列雷達(dá)是以平臺(tái)隱身性設(shè)計(jì)為核心，以數(shù)字陣列雷達(dá)為基礎(chǔ)，兼具多功能、多模式的“一體化”新概念雷達(dá)系統(tǒng)，是一種收發(fā)全數(shù)字波束形成的全數(shù)字化相控陣?yán)走_(dá)，而機(jī)會(huì)陣列是一個(gè)高度集成的數(shù)字相控陣［17］。單元或收發(fā)組件任意分布，單元的工作狀態(tài)、雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)功能、雷達(dá)的工作模式是“機(jī)會(huì)性”以及雷達(dá)的空-時(shí)-能管理均為“機(jī)會(huì)性”的，雷達(dá)自身必須具有對(duì)戰(zhàn)場環(huán)境的感知、評(píng)估能力，結(jié)合雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)要求，自適應(yīng)地選擇最佳的工作方式，并形成有效作戰(zhàn)模式。

4.5 多輸入多輸出(MIMO)數(shù)字陣列雷達(dá)

多輸入多輸出數(shù)字陣列雷達(dá)是近年來雷達(dá)在技術(shù)上的創(chuàng)新［16］。與常規(guī)雷達(dá)相反，它并不利用信號(hào)之間的相關(guān)性，而是利用陣列單元信號(hào)間的不相關(guān)性，利用目標(biāo)間的閃爍起伏改善雷達(dá)性能。以MIMO方式工作的數(shù)字陣列技術(shù)能使雷達(dá)系統(tǒng)通過獨(dú)特的時(shí)間-能量管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立寬波束同時(shí)照射目標(biāo)，可以在降低系統(tǒng)硬件指標(biāo)要求的同時(shí)獲得更好的處理性能，使雷達(dá)系統(tǒng)具有同時(shí)執(zhí)行多任務(wù)的能力。該技術(shù)由美國麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室率先將無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的MIMO技術(shù)引入到雷達(dá)領(lǐng)域，在傳統(tǒng)DBF技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出的多天線發(fā)射分集與多天線接收DBF相結(jié)合的新興雷達(dá)陣列處理技術(shù)。多信號(hào)之間可以是時(shí)域、空域或極化域分離的，具有處理維數(shù)更高、收發(fā)孔徑利用更充分、角分辨率更高的優(yōu)點(diǎn)。通過利用多輸入輸出體制的系統(tǒng)，用戶可以降低峰值功率，同時(shí)延長了積累時(shí)間

數(shù)字陣列雷達(dá)在發(fā)射和接收時(shí)都采用數(shù)字波束形成。發(fā)射時(shí)，波形在每個(gè)陣以保持系統(tǒng)性能。這種時(shí)間能量管理技術(shù)不僅降低了雷達(dá)對(duì)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求，而且還能改善系統(tǒng)性能。

4.6 無源雷達(dá)

無源雷達(dá)探測目標(biāo)時(shí)可用發(fā)射源如調(diào)頻廣播、數(shù)字廣播或者數(shù)字電視發(fā)射臺(tái)作為目標(biāo)照射器［12］。此技術(shù)關(guān)鍵的好處在于低成本、分散且隱蔽，具有對(duì)低空飛行的目標(biāo)探測能力和通過多角度觀察目標(biāo)提高對(duì)隱形目標(biāo)的探測能力。

英國科學(xué)家正在開發(fā)一種叫做“手機(jī)雷達(dá)”的雷達(dá)系統(tǒng)，利用移動(dòng)電話無線電發(fā)射的信號(hào)可像雷達(dá)一樣跟蹤飛機(jī)、監(jiān)視交通流量和發(fā)現(xiàn)超速車輛。“手機(jī)雷達(dá)”采用了“無源雷達(dá)”技術(shù)，該雷達(dá)并不發(fā)送信號(hào)，而是監(jiān)控周圍環(huán)境中的無線電信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)反射波的改變情況來計(jì)算物體的運(yùn)動(dòng)方式?！笆謾C(jī)雷達(dá)”系統(tǒng)就是通過對(duì)被物體反射回的信號(hào)與直接從信號(hào)發(fā)射器接收到的信號(hào)進(jìn)行比較，計(jì)算出物體的位置。根據(jù)信號(hào)的“多普勒頻移”原理，計(jì)算出物體的速度。

“手機(jī)雷達(dá)”系統(tǒng)具有更高的精確度，因?yàn)槭謾C(jī)信號(hào)發(fā)射天線的分布范圍比收音機(jī)和電視機(jī)要廣得多;比起傳統(tǒng)雷達(dá)有很多優(yōu)點(diǎn)。在多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)中，最昂貴的部分是發(fā)射器，因?yàn)樗枰泻芨叩哪芰浚捎谑謾C(jī)雷達(dá)裝置自身沒有發(fā)射器，所以它們的造價(jià)更低、體積更小巧、使用也更輕便。

4.7 擴(kuò)頻(譜)雷達(dá)和噪聲雷達(dá)

擴(kuò)展頻譜雷達(dá)由于擴(kuò)譜信號(hào)的瞬時(shí)頻帶極寬，再加上擴(kuò)譜信號(hào)采用復(fù)雜的調(diào)制形式，如偽隨機(jī)編碼、非線性調(diào)頻、瞬時(shí)跳頻等，使反輻射導(dǎo)彈難以偵察、探測、截獲、跟蹤和摧毀雷達(dá)。

噪聲雷達(dá)是一種采用噪聲波形作為發(fā)射信號(hào)并使用雷達(dá)回波的相干處理的隨機(jī)信號(hào)雷達(dá)。因其信號(hào)的隨機(jī)性，雷達(dá)預(yù)警接收機(jī)難以探測到此類雷達(dá)。噪聲雷達(dá)的帶寬較寬，具有成像能力，因此比較容易把超低空飛行的巡航導(dǎo)彈與雜波區(qū)別開。由于發(fā)射信號(hào)是真正意義上的隨機(jī)信號(hào)，與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，噪聲雷達(dá)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如模糊函數(shù)理想、距離和多普勒評(píng)測性準(zhǔn)確、抗擾性強(qiáng)、截獲概率低、電磁兼容性好、電子反干擾能力好、反電子支援措施能力好等。此外，隨機(jī)噪聲波形具有理想的能分別控制天線掃描縱向和橫向分辨率的模糊函數(shù)，高的電磁兼容性(EMC)和增強(qiáng)的頻譜效率。

4.8 瞬態(tài)極化雷達(dá)

瞬態(tài)極化雷達(dá)是一種具有兩路正交極化通道獨(dú)立收發(fā)能力的新體制雷達(dá)，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)極化散射矩陣的瞬時(shí)測量［18］。

瞬態(tài)極化新體制雷達(dá)，能利用雷達(dá)目標(biāo)單個(gè)脈沖回波獲得瞬時(shí)極化散射矩陣來提取目標(biāo)特征信息，能克服分時(shí)極化測量雷達(dá)的固有缺陷，準(zhǔn)確測量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的散射矩陣，進(jìn)而提高雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境中的探測、抗干擾和反隱身等能力。

瞬態(tài)極化雷達(dá)由發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射兩路正交極化電磁波脈沖，再由接收機(jī)的兩路通道同時(shí)接收目標(biāo)極化回波信號(hào)，如此經(jīng)過一個(gè)脈沖的收發(fā)處理就能得到完整的目標(biāo)極化散射矩陣，完成目標(biāo)特征識(shí)別。國外比較典型的極化雷達(dá)系統(tǒng)有:美國的Millstone Hill雷達(dá)、SIR2C/X多波段/多極化合成孔徑雷達(dá)、彈道導(dǎo)彈靶場測量雷達(dá)AN/MPS236、Ka波段機(jī)載極化SAR系統(tǒng)等;日本的星載合成孔徑相控陣?yán)走_(dá)PALSAR、加拿大的RADARSAT22合成孔徑雷達(dá)等。

4.9 片上雷達(dá)(Radar-on-a-chip，ROACH)

這是一種低功率、低成本的在單片CMOS上高度集成的毫米波收發(fā)組件，形成一個(gè)簡單的片上 雷 達(dá) 系 統(tǒng) (Radar-on-a-chip)［1］，所 提 出 的ROACH系統(tǒng)工作載頻約為77GHz，發(fā)射功率、振蕩器相噪、低噪聲放大器的動(dòng)態(tài)范圍和噪聲系數(shù)都適度。這樣對(duì)雷達(dá)硬件和信號(hào)處理都提出了挑戰(zhàn)。但是有了創(chuàng)新的波形設(shè)計(jì)和使用復(fù)雜信號(hào)處理，就可以得到高性能的單片雷達(dá)系統(tǒng)，用它可以探測幾百米處慢速運(yùn)動(dòng)的截面積為0.5平方米的目標(biāo)，可以以合理的精度估計(jì)目標(biāo)的距離，多普勒檢波器的SNR為10dB。ROACH的其它應(yīng)用還包括汽車?yán)走_(dá)，生命感知雷達(dá)、醫(yī)療儀器、本地入侵探測、邊界防御、遠(yuǎn)程爆炸物和武器探測等。

數(shù)字下變頻(DDC)和數(shù)字脈沖壓縮(DPC)是此種雷達(dá)信號(hào)處理的核心算法，其運(yùn)算特點(diǎn)非常適合用FPGA實(shí)現(xiàn)。把這兩種算法設(shè)計(jì)為具有標(biāo)準(zhǔn)總線接口的IP，對(duì)實(shí)現(xiàn)ROACH具有重要意義。

4.1 0 泛探雷達(dá)(UBIQUITOUS RADAR)

泛探雷達(dá)有時(shí)也稱為全向全時(shí)雷達(dá)、同時(shí)多波束DBF雷達(dá)、泛照燈雷達(dá)(floodlight radar)或者機(jī)會(huì)雷達(dá)，1998年 IEEE雷達(dá)會(huì)議上由 Merrill Skolnik提出，1999年IEEE雷達(dá)會(huì)議報(bào)道的一種能隨時(shí)探測任何地方的雷達(dá)［9］［10］［11］。即在任意時(shí)刻探測空間任意方位的目標(biāo)，這種模式的強(qiáng)大之處在于搜索的同時(shí)可以不間斷地跟蹤，具有同時(shí)獲取空間多方位目標(biāo)探測的能力，另外一個(gè)優(yōu)越性體現(xiàn)在其低截獲性能方面，該雷達(dá)發(fā)射時(shí)采用全向波束，接收采用DBF技術(shù)，在空間形成多個(gè)波束，覆蓋整個(gè)空域。只要這種雷達(dá)開機(jī)，就可看清其覆蓋范圍內(nèi)的任何目標(biāo)，而且是時(shí)時(shí)處處看到。每個(gè)波束都有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器用于瞬間同時(shí)完成多個(gè)雷達(dá)功能。與傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)相比，該雷達(dá)具有傳統(tǒng)雷達(dá)所不具備的很多重要優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)的時(shí)分意味著目標(biāo)集中時(shí)，一些功能不得不延時(shí)，結(jié)果就是整個(gè)系統(tǒng)效能的損耗。而Ubiquitous雷達(dá)沒有此種限制，它的成功取決于所要求的數(shù)字處理能力。

4.1 1 滾動(dòng)雷達(dá)(ROLLING RADAR)

滾動(dòng)雷達(dá)是為了代替大型旋轉(zhuǎn)三坐標(biāo)雷達(dá)或大型多面陣固定三坐標(biāo)雷達(dá)而提出的一項(xiàng)新概念。于2005年9月在美國國際雷達(dá)會(huì)議上由IEEE 高級(jí)會(huì)員 B.M.Tietjen 提出［8］［12］。這種新的設(shè)計(jì)概念將雷達(dá)陣列置于一個(gè)大的輪子中(與軸相連)，一個(gè)小輪與軸的另一段相連，當(dāng)兩個(gè)輪沿帶電同心導(dǎo)軌同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)360°方位掃描。

陣列輪通過一個(gè)簡單的由磁架構(gòu)成的重力驅(qū)動(dòng)器推進(jìn)，該電磁裝置跨在電磁軌道上，沿著大的陣列輪的內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。陣列輪自身重量的轉(zhuǎn)移使得輪子(以及整個(gè)輪軸)無需外部可視驅(qū)動(dòng)就可繞著軌道滾動(dòng)。

圖1 滾動(dòng)雷達(dá)合成孔徑圖

滾動(dòng)式雷達(dá)可以提高機(jī)械可靠性，因?yàn)殛嚵休喪亲灾问剑馊チ舜笮偷闹谓Y(jié)構(gòu)和軸承，同時(shí)不再需要傳統(tǒng)的電動(dòng)滑環(huán)、旋轉(zhuǎn)液體連接軸、電動(dòng)機(jī)和變速箱。該雷達(dá)繞著軸承滾動(dòng)，邊旋轉(zhuǎn)邊掃描的面積比陣列口徑大得多，其結(jié)果類似于聚束合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。

圖2 單平臺(tái)上，雙雷達(dá)配置

與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)相比，此種滾動(dòng)式雷達(dá)只需少量傳動(dòng)部件，其優(yōu)點(diǎn)有以下5點(diǎn):1)提高了機(jī)械可靠性;2)具有較高分辨率的目標(biāo)成像;3)具有多頻段能力(即單個(gè)平臺(tái)、雙雷達(dá)結(jié)構(gòu))，同一平臺(tái)上用一部超高頻段搜索雷達(dá)和一部X波段雷達(dá)同時(shí)進(jìn)行掃描;4)它的電子回轉(zhuǎn)能力可以實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率;5)易于部署，可應(yīng)用于較小移動(dòng)的場合。

4.1 2 自適應(yīng)和認(rèn)知(COGNITIVE)雷達(dá)

自適應(yīng)雷達(dá)能根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和鑒定，并能根據(jù)需要調(diào)整其工作狀態(tài)或自動(dòng)改變參數(shù)，適應(yīng)環(huán)境。它具有多種功能，以提高其適應(yīng)能力和抗干擾能力［7］。

自適應(yīng)雷達(dá)能夠監(jiān)視環(huán)境并將雷達(dá)自適應(yīng)設(shè)置到準(zhǔn)智能以優(yōu)化本地條件。這些特征基于雷達(dá)與環(huán)境的交互知識(shí)處理技術(shù)，以及為雷達(dá)分系統(tǒng)反饋收集的信息并按常規(guī)更新這些信息。

認(rèn)知雷達(dá)是基于知識(shí)的自適應(yīng)雷達(dá)，具有識(shí)別能力，即在感知周圍環(huán)境及外部世界的基礎(chǔ)上，利用先驗(yàn)知識(shí)并通過與環(huán)境的交互作用進(jìn)行學(xué)習(xí)，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)均能實(shí)時(shí)地與環(huán)境同級(jí)變量自適應(yīng)，從而可以有效可靠地達(dá)到特定的偵察探測目的。

4.1 3 激光成像雷達(dá)(LADAR)

激光成像雷達(dá)是以激光器為輻射源，以光電探測器為接收器件，以光學(xué)望遠(yuǎn)鏡為天線，來探測目標(biāo)的存在，測量目標(biāo)參數(shù)。激光技術(shù)的發(fā)展為雷達(dá)提供了一種較為理想的輻射源，激光雷達(dá)將極高的工作頻率(較微波雷達(dá)的工作頻率約高4個(gè)數(shù)量級(jí))和成熟的雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，將光、機(jī)、電融合于一體，形成具有獨(dú)特性能的嶄新雷達(dá)體制。正是激光的良好相干性和其工作頻率的量變，使得雷達(dá)的分辨率(空間分辨率、時(shí)間分辨率和頻率分辨率)和“五抗”能力(抗電子戰(zhàn)能力、抗反輻射導(dǎo)彈攻擊能力、抗低空/超低空突防能力、抗隱身目標(biāo)和高功率微波武器能力)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，在低可觀測性目標(biāo)探測、高分辨率目標(biāo)識(shí)別、高精度跟蹤/測量等方面表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢。2006年2月，美國國防預(yù)研項(xiàng)目局(DARPA)已經(jīng)成功得到了第一組機(jī)載合成孔徑激光成像雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)。

目標(biāo)識(shí)別是軍用激光雷達(dá)的重要戰(zhàn)術(shù)功能，高空間分辨率、高幀頻、多維成像和適裝性是激光成像雷達(dá)的發(fā)展方向。

4.1 4 納米光電探測(NODAR)

NODAR(Nanotechnology Optical Detection and Ranging納米技術(shù)光電探測和測距):這是國外研究學(xué)者在雷達(dá)“概念”誕生百年之際，站在雷達(dá)、系統(tǒng)以及“系統(tǒng)之系統(tǒng)”發(fā)展變革的前沿提出的概念［5］。旨在將光電技術(shù)和納米技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)多功能、多任務(wù)、多領(lǐng)域以及自適應(yīng)、靈活的基于知識(shí)的雷達(dá)傳感器。它的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為:(1)納米真空管放大器，該器件能夠高效放大頻率在太赫茲的信號(hào);(2)大帶寬收發(fā)波束形成網(wǎng)絡(luò):利用光調(diào)制器、合成器以及模擬光接收機(jī)、可編程實(shí)時(shí)延遲實(shí)現(xiàn)，用于直接時(shí)間波束形成和控制;(3)寬帶光電A/D轉(zhuǎn)換器;(4)納米器件:基于知識(shí)管理的信號(hào)處理，用于網(wǎng)絡(luò)傳感器的信號(hào)融合。在未來最優(yōu)發(fā)展前景的納米量子處理問世之前不失為一種可行的解決方案;(5)用于熱管理和互連的碳納米管(CNT);(6)完美的光-納米技術(shù)化學(xué)傳感器。

4.1 5壓縮感知(CS)雷達(dá)

隨著電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的能力不斷地增強(qiáng)，需要處理的數(shù)據(jù)量也不斷增多，而傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣定理要求信號(hào)的采樣率不得低于信號(hào)帶寬的2倍，才能不失真地恢復(fù)原始信號(hào)，這無疑給信號(hào)處理的能力提出了更高的要求，也給相應(yīng)的硬件設(shè)備帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)此種挑戰(zhàn)，2004年，Donoho等人提出了壓縮感知(compressed sensing，CS)理論［14］。該理論是一個(gè)利用信號(hào)的稀疏性或者可壓縮性的全新信號(hào)采集、編解碼理論，已經(jīng)用于信號(hào)/圖像處理、雷達(dá)成像、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像、無線通訊等各個(gè)領(lǐng)域。CS在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用也得以迅速展開，形成一個(gè)相當(dāng)新的雷達(dá)體制——壓縮感知雷達(dá)。文獻(xiàn)［15］首次提出了隨機(jī)濾波的信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)了基于CS的SAR成像;文獻(xiàn)［13］采用Alltop sequence作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，構(gòu)造了一個(gè)冗余庫，并在模糊域?qū)崿F(xiàn)了高分辨率雷達(dá)成像，突破了最大不模糊距離的限制。在單基地簡化型的單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中，采用壓縮感知，僅通過幾次測量就可使用不連貫的線性投影法來獲得可壓縮信號(hào)的有效表示。壓縮感知雷達(dá)有三點(diǎn)必須明確:(1)發(fā)射信號(hào)必須足夠“不連貫”，我們的結(jié)果取決于確定性信號(hào)(置頂序列)的使用，然而，發(fā)射白噪聲也可以產(chǎn)生同樣的結(jié)果，(2)該方法不使用匹配濾波器，(3)使用稀疏度限定恢復(fù)目標(biāo)視景。

5 結(jié)束語

在未來信息化戰(zhàn)爭中，作為感知戰(zhàn)場態(tài)勢主要信息源的雷達(dá)如何應(yīng)對(duì)才能在包括高功率微波武器在內(nèi)的“五大威脅”中生存下來并保持戰(zhàn)斗力，是當(dāng)今需要加緊研究的重要課題。從對(duì)付電磁威脅研究雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，只要找到對(duì)方的弱點(diǎn)，尋找各種威脅之間相互矛盾和薄弱環(huán)節(jié)，研究代價(jià)小、效果好的對(duì)抗技術(shù);全面徹底地檢查雷達(dá)自身的電子弱點(diǎn)，堵塞漏洞提高雷達(dá)反威脅的能力;再就是深入分析目標(biāo)回波所包含的信息內(nèi)容，充分加以利用，增強(qiáng)雷達(dá)抗威脅的性能，采取積極對(duì)策，就能夠掌握雷達(dá)對(duì)抗各種威脅的主動(dòng)權(quán)，因?yàn)槭澜缟蠜]有攻不破的盾，也沒有無堅(jiān)不克的矛。最后注重新體制雷達(dá)的三化((模塊化、通用化、系列化)研究，未來雷達(dá)的前景必將光明。

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