電子對抗中雷達(dá)偵察系統(tǒng)的設(shè)計與能力分析

何樹權(quán) 郭雷平 王寧

(1.西安電子工程研究所 西安市 710100;2.中國兵器科學(xué)研究院 北京市 100083)

1 概述

在雷達(dá)對抗領(lǐng)域，關(guān)于雷達(dá)信號的截獲及其應(yīng)用，主要有雷達(dá)告警、信號偵察、情報偵察三個基本的劃分［1］。雷達(dá)告警需要的靈敏度和虛警率低，作為威脅告警手段，識別雷達(dá)跟蹤信號并判斷威脅對象類型，在多元信息融合的基礎(chǔ)上進行對抗決策，目前主要技術(shù)措施仍是寬帶瞬時測頻接收機，主要發(fā)展趨勢是采用數(shù)字化偵察告警技術(shù);信號偵察通常直接服務(wù)于電子干擾，所需靈敏度比較高，對信號的信噪比要求高，需要較強的威脅識別與判定能力;情報偵察可以利用盡可能多的便利條件以最大限度地截獲和識別輻射源信息，著重日常偵察，完善輻射源數(shù)據(jù)庫的情報信息。

情報偵察主要用于戰(zhàn)略目的，針對預(yù)警機、指揮控制飛機、星載SAR 成像雷達(dá)，以及各類戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)，以最強的截獲能力積累盡可能多的電磁威脅信息，以指導(dǎo)信號偵察、雷達(dá)告警設(shè)備的工作;信號偵察需要及時辨識威脅對象、未知類對象，以實現(xiàn)對干擾資源的引導(dǎo)，通常應(yīng)用于壓制掩護類或是自衛(wèi)干擾類設(shè)備;雷達(dá)告警往往直接控制反制類的對抗手段，比如誘餌、箔條彈等。

2 雷達(dá)電子偵察系統(tǒng)發(fā)展的主要方向

信息化戰(zhàn)爭的主要內(nèi)容之一是信息戰(zhàn)，而雷達(dá)對抗又是其中最為重要的部分。雷達(dá)廣泛分布于陸?？仗炱脚_，在動目標(biāo)檢測與識別、高分辨遠(yuǎn)距成像和制導(dǎo)與火控等方面應(yīng)用甚廣，由雷達(dá)信號所形成的電磁環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，一個區(qū)域內(nèi)雷達(dá)電磁環(huán)境所包含的波形、能量、頻段、分辨力、掃描特性、信號瞬時性與時變性、工作模式及狀態(tài)等相當(dāng)多樣，唯有借助大量不同類別、廣泛部署、分布組網(wǎng)的電子偵察手段，通過雷達(dá)信號、雷達(dá)情報兩個層面的信息融合，才有可能得到全面的目標(biāo)分類識別能力，再借助網(wǎng)絡(luò)手段引導(dǎo)具體設(shè)備或平臺實現(xiàn)準(zhǔn)確的威脅判斷，并采取相應(yīng)的軟硬對抗措施。

目前情報偵察、信號偵察和雷達(dá)告警類型的設(shè)備之間還缺乏強有力的戰(zhàn)術(shù)組織與系統(tǒng)應(yīng)用，各軍兵種及其主戰(zhàn)平臺上多樣化的雷達(dá)偵察能力還缺乏網(wǎng)絡(luò)化的體系對抗實踐，相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)相對滯后［2］。解決這一困局的思路主要有:

a.各種電子偵察手段組網(wǎng)與多層次的信息融合;

b.戰(zhàn)略上優(yōu)先發(fā)展情報偵察類設(shè)備，協(xié)調(diào)發(fā)展壓制掩護能力;

c.強化各種自衛(wèi)類手段及分層次的防御能力;

d.強化各種自衛(wèi)類手段及輔助進攻的能力;

e.強化各類作戰(zhàn)平臺的威脅分類、識別與判定能力。

本文重點圍繞情報偵察、信號偵察、截獲能力、體系對抗能力等幾個雷達(dá)電子偵察技術(shù)發(fā)展的主要方向展開分析和討論，結(jié)合作者多年的工作實踐和理論探索，提出了若干前沿技術(shù)及其實現(xiàn)方法。

3 雷達(dá)電子偵察能力的表征

表征雷達(dá)電子偵察能力的主要設(shè)備指標(biāo)或技術(shù)包括:天線增益、截獲概率、系統(tǒng)靈敏度，以及信號參數(shù)測量、輻射源數(shù)據(jù)庫和雷達(dá)信息融合等［3-4］。

天線增益與截獲概率之間的矛盾比較突出，情報偵察大多使用高增益的天線來提升副瓣截獲能力，天線增益越高則瞬時空域覆蓋能力越差，使得系統(tǒng)截獲概率越低;對于信號偵察類設(shè)備，相比情報偵察其截獲能力的要求將大大提升，相應(yīng)地空域管理、頻域管理、時域管理能力要求越高。為解決這一矛盾，電子偵察領(lǐng)域也在積極采用數(shù)字波束形成技術(shù)(DBF)，在高增益和瞬時空域覆蓋能力之間求得平衡。

系統(tǒng)靈敏度概念目前還不統(tǒng)一，可以認(rèn)為應(yīng)包含天線增益、模擬接收機靈敏度和數(shù)字化得益等三個部分，用于完整表征可截獲最小信號的能力。由于信號參數(shù)測量的目的不同，可達(dá)的系統(tǒng)靈敏度也有較大區(qū)別。對于情報偵察，系統(tǒng)靈敏度可以做得足夠高，有利于輻射源數(shù)據(jù)庫的積累，其信號參數(shù)測量的時效性、類型以及精細(xì)化程度可能受到影響;而信號偵察要求對雷達(dá)波形相對完整的截獲，其系統(tǒng)靈敏度會受到一定的制約。

4 系統(tǒng)靈敏度的設(shè)計

當(dāng)前電子偵察的信號檢測能力主要有兩個部分合成，一個是天線增益，一個是數(shù)字化得益。當(dāng)采用DBF 技術(shù)時，數(shù)字化處理過程會更加復(fù)雜，需要經(jīng)歷DBF、信道化、相關(guān)處理和積累處理四個主要環(huán)節(jié);其中信道化與DBF 的先后順序，主要看中頻帶寬，若帶寬過大已經(jīng)影響到波束形成增益，則需要調(diào)整兩者的次序;另外，信道帶寬的劃分和接收靈敏度是相互制約的兩個因素，使用可變帶寬數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)對不同帶寬信號能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)匹配接收。相關(guān)處理利用噪聲和信號的自相關(guān)特性不同，通常僅考慮單一信道多脈沖的互相關(guān)處理，主要依靠經(jīng)驗截取相關(guān)時間，但雷達(dá)自身的相參得益一般比較難以獲得，對于動目標(biāo)表現(xiàn)為MTD 得益，對于地面靜目標(biāo)經(jīng)常使用SAR 或是步進頻一維高分辨處理，這時也可以進行一定的非相參積累。積累處理算法的設(shè)計與檢測前輻射源信號的先驗信息直接相關(guān)。在已知輻射源脈沖重復(fù)頻率的前提下，可以通過多個脈沖間包絡(luò)積累的方式提高檢測性能，這種方式類似于雷達(dá)接收系統(tǒng)中的非相參積累方法。當(dāng)沒有輻射源信號參數(shù)的條件下，采用包含信道間恒虛警處理的二次檢測方法同樣可以改善信號的檢測性能。

通常對單一信道的相關(guān)處理，可以獲得比雷達(dá)脈內(nèi)得益略低的增益水平，主要是匹配濾波的樣本遭到來自系統(tǒng)外和系統(tǒng)內(nèi)的各種噪聲的污染，而后續(xù)的積累處理也有類似的損失。對于一個理想的情報偵察系統(tǒng)，即數(shù)字域的計算能力、存儲能力和動態(tài)范圍是不受限制的，則其極限的數(shù)字化得益相比雷達(dá)自身的匹配處理，只有少量損失，此時的偵察能力既便是放棄天線增益，也可以經(jīng)由副瓣截獲以獲得相比雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)得多的偵察距離。因此，為獲得所需要的偵察能力，可以在天線增益和數(shù)字化得益之間進行較大范圍的指標(biāo)平衡，數(shù)字化得益的處理環(huán)節(jié)越多，往往雷達(dá)信號測量參數(shù)的損失也越大，這種平衡的把握，一般應(yīng)按照截獲距離、信號參數(shù)測量的豐富性、資源代價來統(tǒng)籌考慮。

對于任何一個實際的情報偵察系統(tǒng)，主要受到兩方面的限制，一個是數(shù)字域的存儲、交換與計算能力限制(簡稱資源代價)，一個是信號偵察動態(tài)范圍的限制。對于前者，隨著數(shù)字芯片性能的不斷提升，將逐漸得到克服;但后者的限制主要需要通過任務(wù)規(guī)劃的方式來解決，使得滿足不同檢測水平的數(shù)字化得益管理方法與復(fù)雜電磁環(huán)境信號動態(tài)范圍相適應(yīng)。

從雷達(dá)告警到情報偵察，不同層次的數(shù)字靈敏度要求大致所需的數(shù)字域動態(tài)范圍在70dB 左右，考慮到天線增益的變化，通常也可達(dá)到50dB(包括主副瓣的典型范圍)的水平，總的系統(tǒng)動態(tài)范圍達(dá)到了120dB，這也說明，情報偵察的系統(tǒng)靈敏度設(shè)計十分復(fù)雜，射頻與中頻的線性動態(tài)范圍限制，使得其與電磁環(huán)境的匹配性需要依據(jù)任務(wù)特點來決定，同時這也為精確把握電磁斗爭提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 截獲概率的設(shè)計

雷達(dá)電子偵察系統(tǒng)的截獲概率主要與頻域、時域、空域三維的截獲概率有關(guān)。通常情報偵察系統(tǒng)具備副瓣截獲的能力，此時截獲概率主要取決于頻域遍歷次數(shù)、空域遍歷次數(shù)，而駐留時間以統(tǒng)計的雷達(dá)相參處理時間為基準(zhǔn)，這與非相參結(jié)合部分相參的偵察信號相參處理手段相適應(yīng)，相應(yīng)地以截獲時間為截獲概率的度量方法，通常頻域遍歷時間可以控制在1s 以內(nèi)，主要制約來自于空域遍歷次數(shù)，若采用DBF 技術(shù)，在天線增益與資源代價之間取得平衡，則總的截獲時間與空域遍歷次數(shù)成正比，一般應(yīng)控制情報偵察的截獲時間在30s 以內(nèi)比較好。

以2～18GHz 的情報偵察系統(tǒng)為例，中頻帶寬為400MHz，天線增益取在15dB 以上，則DBF 需要面對的單元數(shù)在32 個以上，全向采用機械掃描或者四面陣覆蓋，頻域遍歷次數(shù)40 次，統(tǒng)計的雷達(dá)相參處理時間為32ms，空域遍歷次數(shù)需要4 次，則總的截獲時間為5s左右。因此，對于情報偵察系統(tǒng)，降低截獲時間要求，可以減少DBF資源代價，可以將偵察資源更多分配到信號檢測與參數(shù)估計、形成波束數(shù)量等方面，從而得到更高的輻射源信號參數(shù)與測向精度。

6 體系對抗能力的主要生成模式分析

雷達(dá)告警、信號偵察與情報偵察這三種雷達(dá)電子偵察手段之間的信息融合問題是體系對抗能力的依據(jù)，雷達(dá)信息融合要按照雙站或多站定位、空域分辨匹配、頻率分辨匹配和時域?qū)?zhǔn)來進行［5］。信息融合的目的在于劃分出威脅輻射源及其威脅程度、作戰(zhàn)意圖［6］。

對于情報偵察而言，主要的電子情報應(yīng)是預(yù)警機、指揮控制機、防空系統(tǒng)的制空引導(dǎo)雷達(dá)、SAR 監(jiān)視雷達(dá)和遠(yuǎn)程情報雷達(dá)等，同時還有對主要電磁斗爭的監(jiān)視與識別，尤其是遠(yuǎn)程壓制支援類的電磁行動，隨著高功率微波武器的實用化，強電磁脈沖也是重點監(jiān)視對象［7，8］。

體系對抗能力需要以通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈的交互為基礎(chǔ)，以情報偵察的戰(zhàn)略級電磁態(tài)勢把握為支柱，通過對輻射源的實時跟蹤和數(shù)據(jù)庫共享，具體引導(dǎo)壓制支援、自衛(wèi)電子對抗、雷達(dá)告警的相關(guān)活動，將較大的預(yù)警時間優(yōu)勢通過網(wǎng)絡(luò)、任務(wù)鏈轉(zhuǎn)化為具體進攻和防御的任務(wù)能力。

7 結(jié)束語

本文在雷達(dá)電子偵察技術(shù)與能力需求多樣性分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)近些年雷達(dá)對抗在工程實踐與理論演進兩個方面的現(xiàn)狀，總結(jié)了雷達(dá)電子偵察技術(shù)發(fā)展的主要方向，重點就情報偵察的系統(tǒng)靈敏度設(shè)計、截獲概率設(shè)計以及體系對抗能力生成模式等核心問題進行了分析。結(jié)合作者多年的工程實踐和理論探索，指出高系統(tǒng)靈敏度與截獲概率之間是可以協(xié)調(diào)設(shè)計的，但必須要按照任務(wù)需求處理好大的信號動態(tài)范圍，并需要開發(fā)具體的應(yīng)用技術(shù)，以便將情報偵察能力自頂向下運用到體系對抗能力的生成中。

［1］熊群力，陳潤生，楊小牛，田宏.綜合電子戰(zhàn)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［2］張錫祥，肖開奇，顧杰.新體制雷達(dá)對抗導(dǎo)論［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

［3］David Adamy.電子戰(zhàn)原理與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［4］Richard G.Wiley.電子情報-雷達(dá)信號截獲與分析［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［5］王小謨，匡永勝，陳忠先.監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［6］王小謨，張光義，王德純，金林.雷達(dá)與探測［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［7］雷歷，石星，呂澤均，梁德文.偵察與監(jiān)視［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［8］Tomson-CSF Radar ＆ Counter Measures，Wes Treads in ESM/ELINT Airborne Sensors［J］.European Mircowave Conference，1998，28th.