島礁雷達使用特點與發(fā)展思路研究

任雪峰 ，逄 勃

(1．海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍事代表室，南京210003；2．駐南京地區(qū)電子設備軍事代表室，南京210039)

島礁雷達使用特點與發(fā)展思路研究

任雪峰1，逄 勃2

(1．海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍事代表室，南京210003；2．駐南京地區(qū)電子設備軍事代表室，南京210039)

作為海上區(qū)域信息獲取源，島礁雷達是構(gòu)建海上預警探測系統(tǒng)的重要組成，也是各國競相發(fā)展的海用裝備。本文分析了島礁雷達使用特點，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，提出并論述了島礁雷達需在小型化、模塊化、集成化、自動化、智能化、網(wǎng)絡化、高可靠和高環(huán)境適應性等方面進行針對性技術(shù)設計的必要性、可行性和系統(tǒng)設計思路。

預警探測系統(tǒng)；雷達；島礁

0 引 言

海上預警探測系統(tǒng)主要用于及時有效獲取、掌控和應用海上信息，它已成為各國掌握海上主動權(quán)、避免被動挨打的重要手段和必備前提和各國防御體系的重要組成部分。作為海上信息獲取主要源頭，島礁雷達決定著海上預警探測系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。本文針對島礁地理環(huán)境、使用需求、補給保障、守備人員、運輸架設條件等使用背景特點，從小型化、模塊化、集成化、自動化、智能化、網(wǎng)絡化，以及可靠的環(huán)境適應性和可靠的連續(xù)工作(以下簡稱“六化、兩可靠”)等方面，論述了“六化、兩可靠”對于島礁雷達的必要性和可行性，提出了島礁雷達的設計思路，以及一些具體的設計途徑。

2 設計思路

2.1 小型化

島礁空間狹小且運輸不便，這就要求雷達必須實現(xiàn)小型化。尤其是礁上的安裝空間極其有限，有些只是鋼筋混凝土砌成的高腳屋，因此要求整個雷達占用的空間盡量小。島礁運輸不便，有些島礁周圍水深不到1 m。這意味著大型的運輸船只難以靠近，不能使用重型的吊裝設備，雷達設備上島只能靠沖鋒舟運輸，靠人力搬運。因此，要求雷達的最大可拆裝單元必須滿足小艇運輸、人力搬運的要求，但又不能將能拆的單元、零件、器件都拆散，這會給上島組裝帶來巨大的工作量。所以，必須在滿足運輸條件下減少單元的個數(shù)，降低組裝的工作量。

為了減小整個雷達所占用的空間，必須從系統(tǒng)整體出發(fā),抓住小型化設計的技術(shù)關(guān)鍵進行統(tǒng)籌思考 ,綜合考慮單元劃分、空間布局、重量重心、熱設計、電磁兼容、振動沖擊、剛強度、精巧機構(gòu)設計、集成化設計、人機工程、可靠性、維修性、工藝材料等。文獻[1]中，通過采用單片集成電路、微型封裝的表面貼裝器件，解決了接收機中的結(jié)構(gòu)設計、系統(tǒng)設計和干擾等技術(shù)問題，不但使接收機小型化，也提高了穩(wěn)定性和可靠性。文獻[2]中介紹了一種基于C8051F040微處理器的雷達伺服系統(tǒng)的設計方案及設計實現(xiàn)方法，采用該微處理器設計的雷達伺服系統(tǒng)具有體積小、硬件電路設計簡單等優(yōu)點。這些研究為雷達整體小型化設計提供了支撐。

為了解決小艇運輸、人力搬運的問題，必須減小最大可拆裝單元的體積和重量，也要盡量減少上島組裝的工作量。 一是天線組裝化，天線系統(tǒng)是雷達中體積最大的組成部分，必須實現(xiàn)組裝化。組裝化必須滿足三點，一要拆的散，二要便于安裝，三要保持性能。對于機械掃描雷達來說，轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)是重量最大的，由于其裝配精度要求高，不容易分解。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的拆裝，可以運用精確標記、測量手段，必要時也可以設計專用工裝來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺組裝化。二是機柜單元化，現(xiàn)在雷達機柜是框架式結(jié)構(gòu)，機柜內(nèi)部是可單獨拆卸的屏蔽盒或印制板。為適應島礁搬運要求，同樣也要安裝方便，可以將幾個屏蔽盒組合為一個單元，這樣確保一個機柜可拆卸為固定的幾個單元，可以減少組裝時的工作量。

2.2 模塊化

島礁尤其是遠海島礁可距陸地或島嶼上千公里，且可能一個月才能補給一次。因此，如果上面的雷達出現(xiàn)了問題而現(xiàn)場不能及時有效處理，則專業(yè)技術(shù)人員至少需要一個月的時間才能到達現(xiàn)場進行維修，這就意味著雷達一個月不能工作。而模塊化設計是以模塊的分解組合為基礎的，強調(diào)整個模塊的通用性和互換性的一種設計方法，是將基準部件和功能部件模塊通過各種形式的拼合或通過增加或減少來實現(xiàn)多樣化。模塊化可以使島礁上雷達的維修保障簡單快捷，出現(xiàn)故障可以定位到模塊，對模塊的更換就可以實現(xiàn)故障的排除，也可以通過本機模塊的排列組合來保障主要使命任務的完成。 因此，模塊化是解決島礁上的雷達保障困難的有效途徑。

島礁雷達可以將實現(xiàn)相同或類似功能的單元或模塊設計成同種規(guī)格，安裝在不同的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能。下面提兩點設計思路：一是電源模塊化。目前，雷達中使用的直流電源多種多樣，有15V、12V的，還有5V的，應統(tǒng)一設計。每個機柜都配一個通用的電源，也可將電源集中起來做冗余備份，少部分的損壞不會影響設備正常工作。二是數(shù)字部分模塊化。模擬部分不容易做成通用模塊，但是隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字部分易于實現(xiàn)模塊化設計。數(shù)字部分模塊可以預留出足夠的接口，做成通用的數(shù)字處理單元。只要模擬信號數(shù)字化后就可以送入通用數(shù)字信號處理單元。通用數(shù)字信號處理單元按照其安裝的位置不一樣對數(shù)字信號進行不同的處理，可以實現(xiàn)不同的功能。任何一個通用數(shù)字處理單元出現(xiàn)故障都可以相互備份，能夠保證主要功能的實現(xiàn)。相信在不久的將來，雷達的頻率綜合器、T/R組件、固態(tài)發(fā)射機、接收機等分系統(tǒng)的設計不再是一部雷達一個要求，而是將已有的模塊拿來集成。屆時，產(chǎn)品的設計效率、互換性、一致性、可靠性都將得到極大的提高，也會有效解決島礁上的雷達保障困難的問題。

2.3 集成化

島礁上設有多種不同功能設備時，必須將整個島礁上的探測設備有效地組合，才能使每部設備發(fā)揮最大效能。各種射頻設備放到一起，電磁兼容問題是必須解決的。要保證各個設備互不干擾，必須進行集成管理。島礁上的用電、供水問題也都是需要集中考慮的，不可能一部雷達配一套單獨的發(fā)電設備、供水系統(tǒng)，這樣既增加了成本，又不利于保障。

島礁雷達的集成化可以分為兩個部分，一是對一個島礁上的多部雷達進行集成，二是對不同島礁上的雷達進行集成。一個島礁上多部雷達的集成可以參照水面艦艇的設計思路來解決。一個島礁就像是一個固定的艦艇，必須對電磁兼容、供電、供水進行集成化設計。電磁兼容問題可以采用統(tǒng)一的電磁兼容管理設備給每部雷達發(fā)送匿影信號來解決。不同島礁上的雷達的集成應該體現(xiàn)在信息的集成上面，將不同的探測信息綜合到一起，可以實現(xiàn)綜合信息聯(lián)合判情，也可以實現(xiàn)協(xié)同定位等單部雷達不能實現(xiàn)的功能。

2.4 自動化

在少人或無人值守的島礁上必須實現(xiàn)雷達的遠程操控，雷達的工作狀態(tài)、故障信息也必須上報遠程控制臺，實現(xiàn)一個閉環(huán)。文獻[3]中介紹了利用遠程控制的方法，設計出一套雷達站的無人值守方案。文獻[4]中以2部具備異地遠程控制雷達為基礎,介紹了一種新穎的異地遠程控制雷達站構(gòu)建方式,較為詳細地對構(gòu)建該系統(tǒng)的幾項關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述。這些研究為島礁雷達實現(xiàn)遠程操控提出了建設思路。

對于對海雷達而言，要實現(xiàn)海面目標的自動檢測和參數(shù)測量，必須實現(xiàn)海面目標和雜波的區(qū)分。近年來，在對海雷達自動錄取方面有了一些新的研究。文獻[5]中提出了針對未知譜密度高斯雜波環(huán)境下的目標檢測問題,假定噪聲協(xié)方差矩陣是隨機變量,并且服從逆Wishart分布的情況。通過求解噪聲協(xié)方差矩陣的最大后驗估計,推導出基于貝葉斯方法的Rao和Wald準則檢測器,提高了非均勻雜波環(huán)境下的雷達目標自適應檢測性能。文獻[6]中針對超視距雷達(OTHR)海雜波環(huán)境下的目標檢測問題,提出了一種基于貝葉斯濾波和VTA的檢測前跟蹤算法。將雷達回波信號進行距離、方位微處理后,即可在多普勒級進行信號處理。對每一個距離、方位單元,利用臨近單元信號構(gòu)建白化濾波器對信號進行預白化處理,采用貝葉斯濾波方法構(gòu)造各個檢測單元目標存在的廣義似然比,即路徑積分矩陣的各元素。采用Viterbi算法進行檢測跟蹤,在輸出檢測結(jié)果的同時給出目標航跡。這些新的自動檢測技術(shù)使得對海雷達的自動錄取成為了可能。

2.5 智能化

島礁雷達智能化必須實現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場情況進行綜合分析而自動作出某種判斷，比如自動選擇工作方式、自動選擇信號處理方法等。總之，之前通過人的分析進行選擇判斷的過程雷達本身都應當實現(xiàn)，這樣才能發(fā)揮出雷達的最大效能。

近些年雷達智能化方面有了一些新的突破，一些智能化的理論和方法被應用到了雷達設計中。文獻[7]研究了雷達對抗中敵我雙方的參數(shù)、特征知識及知識表示，提出智能化雷達干擾系統(tǒng)中的2個過程自學習模型：雷達輻射源識別規(guī)則自學習模型和對敵雷達干擾策略自學習模型,為深入研究智能化雷達干擾系統(tǒng)提供模型基礎。文獻[8]中，提出了一種數(shù)據(jù)融合中雷達型號的識別模型。將人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊匹配和證據(jù)理論有效地結(jié)合起來，用神經(jīng)網(wǎng)絡進行粗分類，識別出雷達的體制，用模糊匹配識別出該體制下的雷達型號，并用證據(jù)理論對不同空域和時域的數(shù)據(jù)進行融合。

2.6 網(wǎng)絡化

島礁雷達僅僅可以覆蓋這個島礁周圍。因此，要想使整個海面島礁上的雷達組成一個有機探測整體，必須實現(xiàn)網(wǎng)絡化。島礁與島礁之間要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，島礁與指揮中心之間也要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。而且，雷達網(wǎng)絡化在抗干擾、抗隱身、抗反輻射摧毀和抗低空突防方面具有明顯優(yōu)勢。因此，雷達網(wǎng)絡化在預警探測體系建設中起著關(guān)鍵作用。

島礁雷達的網(wǎng)絡化可以通過將多部不同體制、不同頻段、不同極化方式的雷達或無源偵查裝備適當布站，借助于通信手段鏈接成網(wǎng)，由中心站統(tǒng)一調(diào)配而形成的一個有機整體。網(wǎng)內(nèi)各雷達和雷達對抗偵察裝備的信息由中心站收集，綜合處理后形成雷達網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的情報信息，并按照戰(zhàn)爭態(tài)勢的變化自適應地調(diào)整網(wǎng)內(nèi)各雷達的工作狀態(tài)，發(fā)揮各個雷達和雷達對抗偵察裝備的優(yōu)勢，從而完成整個覆蓋范圍內(nèi)的探測、定位、跟蹤等任務。文獻[9]就對組網(wǎng)雷達的作戰(zhàn)效能進行了定量的評估，用數(shù)據(jù)證明了雷達網(wǎng)絡化的優(yōu)勢。美國對雷達網(wǎng)絡化進行了大量的研究和應用。愛國者導彈系統(tǒng)整個作戰(zhàn)單元的所有雷達形成了一個群組網(wǎng)系統(tǒng)，組網(wǎng)方式為均衡布站，以面防御為主，在對抗反輻射攻擊方面有著特殊效能，可綜合采用多點源誘騙、閃爍輻射、突然開機等戰(zhàn)術(shù)對抗反輻射武器。

2.7 可靠的環(huán)境適應性

“高溫、高濕、高鹽、高日照”的海洋性氣候是島礁的一大標志，而浪擊浪、浪拍礁而騰起的浪花飛沫所形成的高濃度鹽霧空氣中的含鹽量在0.3～1.5 mg/m3。室外的鋼鐵物件只要放置3天以上，一般都會生銹[10]。因此，雷達必須具備良好的環(huán)境適應能力，才能在島礁上可靠地工作。

島礁雷達在環(huán)境適應性方面可以進行以下兩方面的考慮：一是創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。島礁的外部環(huán)境是惡劣的，在這種情況下要為雷達設備營造一個好的內(nèi)部工作環(huán)境。一方面加裝天線罩，并在天線罩內(nèi)部增加環(huán)境控制設備，使天線工作在溫度、濕度、鹽度都適中的環(huán)境中。另一方面采用密閉機柜設計，對機柜內(nèi)部的環(huán)境進行控制，使屏蔽盒和印制板都工作在較好的環(huán)境之下。二是采用良好的防護工藝。耐腐蝕性強的金屬鍍覆及工藝有：鋁基材的化學氧化后的涂漆、鋁基材的鉻酸陽極化、鋁基材的鉻酸封閉、鋁基材的陽極化；鋼基材的鍍鋅鎳合金鈍化、鋼基材的鍍鎘鈍化；銅鍍鋅鎳合金鈍化。采用這些防護措施可以有效防止材料腐蝕、老化。

2.8 可靠的連續(xù)工作

作為掌握實時態(tài)勢的信息源頭，雷達必須實現(xiàn)全時連續(xù)工作。

雷達系統(tǒng)可靠性的提高，特別是要實現(xiàn)可靠的連續(xù)工作，必須在以下三方面[11]考慮：一是在電子線路上采取有效措施，包括運用標準電路、電路和系統(tǒng)簡化，采用集成電路，正確選用器件，對器件降額使用，采用故障指示和排除裝置；二是備份系統(tǒng)，包括并聯(lián)系統(tǒng)、待機系統(tǒng)、表決系統(tǒng)、軟件冗余；三是采取有效的防護措施。文獻[12]中介紹了采用同種插件互用、CMOS升級、操作系統(tǒng)裁減、通信防雷、系統(tǒng)還原和CF卡升級等措施,解決了雷達終端系統(tǒng)各功能模塊之間相對獨立且互相不能通用、CMOS用戶設置信息丟失、操作系統(tǒng)健壯性差、串口通信故障以及CF卡讀寫較慢等問題。該方法在雷達整機上得到驗證,極大地提高了插件的可靠性和可維護性,可以進一步推廣使用。文獻[13]提出了提高雷達結(jié)構(gòu)機械可靠性的設計方法，重點探討了基于ANSYS的結(jié)構(gòu)可靠性計算基本思路和方法，應用ANSYS的概念分析模塊對雷達升降桿進行可靠性計算分析，得出了一些有利于提高其可靠性的結(jié)論。該方法也適合于雷達上的其他結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

本文基于海上預警探測系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展和建設要求，論述了島礁雷達要實現(xiàn)“六化、兩可靠”的必要性和可行性，以及雷達“六化、兩可靠”方面的設計途徑，也提出了一些新的設計理念，為島礁雷達的設計和實現(xiàn)提供了參考。本文雖然對“六化、兩可靠”的要求進行了逐一的分析和論證，但在島礁雷達設計當中應當綜合考慮“六化、兩可靠”的要求?！靶⌒突?、模塊化、集成化”可以從島礁雷達物理形態(tài)上進行綜合，“自動化、智能化、網(wǎng)絡化”可以從島礁雷達使用性能方面進行結(jié)合，而“環(huán)境適應性，可靠性”又要在島礁雷達的物理形態(tài)和使用性能兩方面進行折中。總之，島礁雷達必須以滿足應用需求為牽引，以實際情況為導向，綜合考慮各個方面的因素，才能發(fā)揮雷達的最大效能。

[1] 陳興國,李佩,劉同懷,等.新型的輕小型雷達接收機的研制[J].電子技術(shù)應用,2005(5).

[2] 吳燕.微處理器在小型化雷達伺服系統(tǒng)中的應用[J].電子工程師,2006,32(7).

[3] 劉家冠,湯強.雷達站遠程控制和無人值守方案的初步研究[J].氣象水文海洋儀器,2011(9).

[4] 王寶.一種異地遠程控制雷達系統(tǒng)的構(gòu)建[J].艦船電子對抗,2011(3).

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Application characteristics and development idea of reef radars

REN Xue-feng1, PANG Bo2

(1. Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2．Military Representatives Office of Electronic equipment of the Chinese PLA in Nanjing, Nanjing 210039)

The reef radar as the regional information acquisition source at sea is not only an important part of the early-warning detection system, but also the marine equipment developed in different countries. The application characteristics of the reef radar are analyzed. Based on the existing techniques, the necessity and feasibility of the specific technology design of the reef radar as well as the design idea are proposed and discussed in terms of miniaturization, modularization, integration, automation, intelligence, network, and high reliability and environmental adaptability.

early-warning detection system; radar; reef

2014-04-12；

2014-05-06

任雪峰(1986-)，男，碩士，助理工程師，研究方向：數(shù)字信號處理；逄勃(1971-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達工程管理。

TN959.72

A

1009-0401(2014)02-0007-04