機載遠程監(jiān)視雷達的體制研究

武洪云，趙玉民

(1.河北遠東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北石家莊050200;2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

隨著電子技術的發(fā)展和應用需求的不斷變化，機載雷達在作用距離、目標分辨力和識別能力、抗干擾能力和可靠性等方面將進一步發(fā)展。為了隨時準確掌握動態(tài)情報信息，提出了使探測器升空、對廣域縱深地域遠程監(jiān)視的迫切需求。為此，美、歐和俄羅斯等發(fā)達國家均投巨資研制、生產機載預警雷達和機載偵察/監(jiān)視系統(tǒng)，作為空中預警(AEW)力量的補充系統(tǒng)。

在進行雷達體制研究時，要充分考慮雷達面臨的攻擊、截獲、低空/超低空及綜合電子干擾等4大威脅。不同的升空平臺和不同的雷達體制成本差異較大，因此在選擇方案時應綜合考慮雷達性能與成本因素。本文基于上述考慮提出的雷達體制方案，既可以為解決CW雷達收發(fā)隔離難題提供一種有效而巧妙的解決方法，同時雷達又具有優(yōu)良戰(zhàn)術性能和低截獲、抗干擾與對抗ARM攻擊的能力。

1 雷達系統(tǒng)性能要求

機載遠程監(jiān)視雷達系統(tǒng)是一個遠程的全天候廣域監(jiān)視傳感器，要求具有對地面(海面)和低空運動目標進行大范圍監(jiān)視能力。最為關鍵的有3個基本要求［1］。

1.1 數據率立體覆蓋和全天候全天時工作能力

該能力體現在以下5個方面:

①雷達的立體覆蓋域和探測距離要求:國外典型機載遠程監(jiān)視雷達系統(tǒng)［2－5］的作用距離和覆蓋域如圖1所示，監(jiān)視范圍0 km表示戰(zhàn)區(qū)前沿。

圖1 國外典型遠程監(jiān)視雷達系統(tǒng)之覆蓋域

②對雷達的探測監(jiān)視能力，即傳感器的可視性和探測率要求:典型數據為檢測概率≥0．6～0．9以上，虛警率≤10－6以下。

③檢測目標的分辨能力和測量精度要求:理論上要求距離上分辨和方位上分辨均應具有與被探測目標同等數量級尺寸，即10～30 m左右。因此要求雷達必須采用脈沖壓縮(窄脈沖)和方位窄波束來達到目標分辨率和測量精度要求。

④速度分辨和檢測慢速運動目標的能力要求:典型數據是最低可檢測慢速目標速度≤2 km/h，最小速度分辨≤1 m/s。

⑤多目標檢測、定位跟蹤和識別能力的要求:實現對多批目標的邊掃描邊跟蹤處理。

1．2 較強的抑制雜波能力

機載雷達與地基固定雷達不同，面臨著嚴重的雜波(地雜波、海雜波)干擾問題:① 是強大雜波可能會遮蔽有用目標信號;② 雜波存在著與飛機速度、方位有關的多普勒頻移，使雜波頻譜展寬，壓窄了運動目標檢測區(qū)。

1．3 電子對抗及生存能力

現代電子戰(zhàn)環(huán)境對雷達提出基本要求是“隱身”和抗干擾能力。

①低截獲概率(LPI)和低檢測概率(LPD):要求雷達發(fā)現目標距離大于Rτ或遠大于目標(如ARM導彈等)偵收到本雷達距離Rr:Rτ＞Rr。

②抗干擾能力(AT):具有適應電子戰(zhàn)對抗環(huán)境的多種抗干擾、隱蔽的寬帶調頻(捷變頻)擴頻、信號波形庫與工作能力，包括抗環(huán)境雜波與無源干擾(如箔條等)、抗同頻異步脈沖干擾、瞄準式干擾、噪聲干擾等壓制式干擾和抗欺騙性干擾。

2 最佳雷達體制方案選擇

根據上述作戰(zhàn)需求，該雷達系統(tǒng)的基本功能要求是在機載與對抗環(huán)境下檢測、定位跟蹤與識別地面(或海面)、低空的運動目標和通過不同分辨力的地圖測繪來檢測、定位不同尺寸的地面靜止目標。因此，滿足這樣要求的理想雷達體制應該是:合成孔徑成像(SAR)與動目標顯示(MTI)或動目標檢測(MTD)等多功能復合的“寂靜”雷達體制。因為只有這種體制可以對抗強雜波干擾完成對廣闊縱深地域的運動目標、靜止目標的探測監(jiān)視與定位跟蹤，同時又因為“寂靜”雷達故具有較強的抗截獲、抗偵收、抗干擾及對抗ARM攻擊的能力。

3 方案探討與設計

3．1 雷達體制選擇和方案基本考慮

首先，要求雷達具有一定的地面靜目標探測能力，同時對于運動中的車輛、裝備等運動目標識別、定位跟蹤，分辨其規(guī)模數量［6］。

其次，雷達要有一定的抗截獲、抗干擾生存能力。

根據上述兩點考慮，具體提出了一種采用直升機作空中平臺和采用連續(xù)波跳頻加直接序列擴頻的“寂靜”雷達體制方案，同時采用PD/MTI信號處理加波束壓縮的準成像處理實現多種功能復合的雷達方案。其突出優(yōu)點是:

①采用極低峰值功率的CW波擴頻波形，既具有無多普勒測速、逼近圖釘型模糊函數等CW雷達突出優(yōu)點，同時又具有較強的低截獲、抗干擾和抗反輻射導彈攻擊的能力是很有發(fā)展前景的低截獲概率(LPI)，即“寂靜”雷達體制。

②采用全相參脈沖多卜勒(PD)與脈沖壓縮(PC)的信號處理，因而兼容具有PD/MTI雷達的一切好處，抗有源干擾能力強;同時采用真實孔徑成像加波束壓縮算法，大大提高了固定目標、運動目標的探測、定位能力和作戰(zhàn)效能。

③CW雷達的發(fā)射機功率利用率/效率高，發(fā)射機體積小、重量輕和成本低等，有利直升機載工作。

④對于CW波雷達的收發(fā)隔離問題，由于以上設計的信號形式是調頻加擴頻，恰巧為這關鍵難題提供了一種有效而巧妙的可行解決方案，采用頻分加碼分方法再加適當自適應對消方法，可使發(fā)射機泄露的影響降低到與噪聲相當或更小的可忽略水平。

3．2 信號設計和系統(tǒng)參數選擇

3．2．1 信號波形設計

上述提出的FH-DSSS信號波形的設計要點如下:

根據需要抑制的發(fā)射機泄露與鄰近地雜波/海波干擾之距離范圍或要求的雷達最近作用距離Rmin，選擇跳頻(FH)間隔周期Th:

式中，C為光速。

根據距離分辨率要求ΔRc，選擇直接序列擴頻(DS)碼碼元寬度τ:

按照最大無模糊測距要求Rmax選擇FH－DS碼序列重復周期Tr:

為了簡化發(fā)射、接收和信號處理，選擇跳頻(FH)碼重復周期Tr最好是DS碼周期的整數倍，這樣以便2種碼同步。即假若FH碼長度為M，則DS碼長度N應有如下關系:

3．2．2 雜波抑制方法和天線設計

(1)雜波抑制方法

進入接收機的雜波通常分為3類:高度雜波、主波瓣雜波和旁瓣雜波［7］。

高度雜波和發(fā)射機泄露信號的抑制:采用前述的選擇跳頻間隔時間TH，使Rmin＞飛機的最高飛行高度;因高度雜波fd≈0，故還可同時采用零多卜勒濾波器濾除。

旁瓣雜波的抑制:因其分布面積大，頻譜擴展寬，無法簡單方法抑制，可從天線設計、制造上盡可能降低天線旁瓣電平［8］，從而使從旁瓣進入雜波降至可忽略，當采用 LPRF時，天線旁瓣要求應低于－35 dB以下。

主波瓣雜波抑制方法:是該雷達最關鍵問題之一，已有大量文獻研究，采用性能最優(yōu)的“時空自適應處理”(STAP)方法。但大多數STAP方法存在著2個基本問題:①需要采用多個干涉儀相干子口徑與信道并需仔細校準，帶來生產、維護成本高昂;② 在非均勻雜波環(huán)境中其性能欠缺［9，10］。所以從根據采用天線的方案和雜波抑制有效性出發(fā)，選用最簡STAP方法，即雙端口或三端口干涉儀天線方案，用以解決該雷達關鍵問題:檢測強雜波背景中的、其他方法檢測不到而雜波淹沒的地(海)面慢速目標;精確定位并跟蹤地(海)面的運動目標。

(2)天線參數選擇與設計

選擇天線為:3．6 m×0．6 m的寬頻帶平級波導縫隙天線陣。其主要參數如下:

總的波瓣寬度:A—0．65°，E—3．6°;

天線增益:38 dB;

低旁瓣:最大副瓣≤－30 dB，平均副瓣≤－40 dB;

機械掃描:360°或扇掃±60°。

3．3 信號處理方案選擇

如前所述，該雷達是一個多功能的復合體制雷達，因此信號處理方案選擇必須解決多種體制、多種技術之間的兼容、共存問題;同時這種共容不能簡單地設備堆積，還必須將之綜合集成，公用軟硬件應兼容使用，標準化、系列化和模塊化設計。分析前述系統(tǒng)體制與技術之間關系，對信號處理方案選擇應考慮以下3種情況:

①前述方案提出采用提高雷達距離分辨力和角分辨力來檢測地面有價值的軍事目標(如導彈發(fā)射架等)的問題，提出了采用脈沖雷達的脈沖壓縮(PC)處理和廣域運動目標檢測MTI或PD處理技術兼容性。這兩者雖采用了不同技術，但應用器件、系統(tǒng)條件和處理能力均有共性，技術間無矛盾，是可以同時使用的技術。

②提高角分辨力的波束壓縮與采用STAP干涉儀抑制雜波處理的信號處理技術。因二者是一致的，可統(tǒng)一兼容考慮集成，使之具有良好二維運動補償和檢測地面慢速運動目標的能力，同時提高角分辨和對運動目標精確定位能力。

③脈沖多普勒(PD)或MTI處理技術和捷變頻或跳頻的兼容性問題。原則上肯定是不相兼容的，因MTI技術要求被處理的回波序列是全相參的，而在脈沖雷達中脈間跳頻時不同載頻的回波是不相參的。不同載波的地雜波回波fdc、相位也在變化，難以從頻域區(qū)分動目標，進而fd濾波器無法濾除雜波。因而過去脈沖雷達只有脈組跳頻同MTI的兼容。但近年海灣戰(zhàn)爭伊方的慘痛教訓，迫使雷達設計師必須考慮抗干擾技術，而跳頻是抗干擾最有效的方法，所以已有不少作者研制成功解決此兼容性的信號處理機［11］，可作為參考方案。另外在連續(xù)波(CW)雷達中可以實現脈間跳頻時的全相參，這正是CW的優(yōu)勢，不同載頻間地物雜波fdc變化可采用文獻［12］的fdci/fi比處理方法，保證了全一致性，也可實現跳頻與MTI兼容。

4 結束語

本文從機載遠程監(jiān)視雷達系統(tǒng)的基本要求出發(fā)，論述了該雷達的系統(tǒng)體制、主要技術參數選擇等。表明本文提出的FH－DS擴頻雷達體制具有優(yōu)良性能:可獲得高距離的多普勒測量分辨率;可獲得高的信號處理增益和降低脈壓的時間旁瓣，對雜波有良好的抑制能力;具有優(yōu)良的LPI、AJ和抗ARM攻擊的能力;同時還為解決CW雷達收發(fā)隔離問題和采用單天線收發(fā)提供了一種巧妙而有效的解決方案。因此是具有良好發(fā)展前景的可行方案。

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