雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用分析

杜子亮

(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安 710068)

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雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用分析

杜子亮

(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安 710068)

介紹了雙(多)基地雷達(dá)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀,并對(duì)該型雷達(dá)在現(xiàn)代防御體系中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析與探討。主要分析了雙(多)基地雷達(dá)的主要技術(shù)特點(diǎn)及典型的雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn),簡(jiǎn)要描述了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

基地雷達(dá)系統(tǒng);多基地雷達(dá)系統(tǒng);雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng);雷達(dá)對(duì)抗;同步掃描

0 引 言

雙(多)基地雷達(dá)主要是相對(duì)于比較常見(jiàn)的單基地雷達(dá)而言的,它是從雷達(dá)收發(fā)站配置的角度來(lái)命名的。單基地雷達(dá)一般是收發(fā)共址,即接收站和發(fā)射站位于同一個(gè)地方,而雙(多)基地雷達(dá)則是收發(fā)異址,其中多基地雷達(dá)還具有多個(gè)發(fā)射站和多個(gè)接收站,以空間位置分離的形式配置。

雙(多)基地雷達(dá)實(shí)際上早在單基地雷達(dá)發(fā)展前好幾年就已經(jīng)出現(xiàn)了,其原理也早已為人們所應(yīng)用,但是發(fā)展的過(guò)程卻十分緩慢。這主要是由于天線收發(fā)開(kāi)關(guān)和脈沖發(fā)射技術(shù)的出現(xiàn),使得單基地雷達(dá)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)了雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)地位。但是近年來(lái),隨著“四大威脅”即目標(biāo)隱身技術(shù)、綜合性電子干擾技術(shù)、低空超低空突防技術(shù)和反輻射導(dǎo)彈技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍用雷達(dá)的要求變得越來(lái)越苛刻,單基地雷達(dá)因此也面臨著日益嚴(yán)重的生存危機(jī)。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中,伊拉克的雷達(dá)系統(tǒng)為了躲避美軍反輻射導(dǎo)彈的攻擊,不得不采取了關(guān)機(jī)的消極措施以求安全。因此,為了對(duì)付日趨發(fā)展并成熟起來(lái)的“四大威脅”的挑戰(zhàn),雙(多)基地體制雷達(dá)又重新得到了各國(guó)的重視。近幾年的研究實(shí)驗(yàn)不僅證明雙(多)基地雷達(dá)具有較好的抗電子干擾能力,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)其具有一些新特點(diǎn):將合成孔徑和動(dòng)目標(biāo)顯示綜合為一體的“雜波調(diào)諧”能力,兩維雙(多)基地雷達(dá)的三維測(cè)量能力,可用多種參數(shù)、多種工作方式實(shí)現(xiàn)定位、跟蹤優(yōu)化的能力,等等。

由于雙(多)基地雷達(dá)使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的分離基地(其中包括發(fā)射和接收基地),因此按照不同的軍事要求,它在防御體系中就有多種可能的組合形式。從部置的位置方面來(lái)看,可分為地發(fā)/地收,空發(fā)/地收,地發(fā)/空收等幾種形式,而多基地雷達(dá)還具有一發(fā)多收、多發(fā)多收等形式。

1 雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)的典型應(yīng)用

目前,世界上美、英、俄等軍事大國(guó)都非常重視對(duì)雙(多)基雷達(dá)的研究、發(fā)展和使用,并已經(jīng)取得了顯著的成果。特別是美國(guó),已將多個(gè)雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)土防御網(wǎng)中,擔(dān)負(fù)著遠(yuǎn)、中、近程的戰(zhàn)略警戒任務(wù)。從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始,美國(guó)DARPA和國(guó)防部還開(kāi)展了多方面的試驗(yàn)研究工作,以評(píng)估它在執(zhí)行多種戰(zhàn)術(shù)防御任務(wù)時(shí)的工效,結(jié)果令人滿意。

1.1 美國(guó)的雙基雷達(dá)系統(tǒng)

“圣殿”雷達(dá)是由美國(guó)技術(shù)服務(wù)公司(TSC)研制的一種戰(zhàn)術(shù)雙基體制系統(tǒng)。它使用地面相干雷達(dá)接收站與機(jī)載發(fā)射機(jī)協(xié)同工作,擔(dān)負(fù)對(duì)空監(jiān)視和目標(biāo)跟蹤任務(wù)。1980年8月,該系統(tǒng)在太平洋導(dǎo)彈測(cè)試中心完成了試飛,探測(cè)到了100 km外的目標(biāo)。它主要包括防空雙基地和空地雙基系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作在L波段,作用距離為102 km,測(cè)距精度達(dá)10 m,測(cè)速精度1.3 m/s。

空地雙基系統(tǒng)是使發(fā)射機(jī)載機(jī)遠(yuǎn)離戰(zhàn)區(qū),但將載有接收機(jī)的攻擊機(jī)布置在戰(zhàn)區(qū)內(nèi),進(jìn)行目標(biāo)搜索、跟蹤和進(jìn)攻。它工作在I波段,發(fā)射機(jī)載機(jī)為C-141飛機(jī),接收機(jī)載機(jī)為C-130。經(jīng)過(guò)多次復(fù)雜的測(cè)試和分析,該系統(tǒng)已經(jīng)解決了發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間信號(hào)的相位和時(shí)間同步問(wèn)題,以及收發(fā)載機(jī)間相互位置和速度的協(xié)調(diào)問(wèn)題。

1.2 美國(guó)的多基雷達(dá)系統(tǒng)

目前,美國(guó)已經(jīng)建成了SPASUR和MMS兩個(gè)多基雷達(dá)系統(tǒng),其中SPASUR是為海軍研制的對(duì)空監(jiān)視和警戒系統(tǒng)。它有3個(gè)發(fā)射站和6個(gè)接收站,作用距離為1000～1600 km,測(cè)角精度0.02°。MMS則服務(wù)于陸軍,用于對(duì)大氣層內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行高精度跟蹤和測(cè)量,其精度比單基地雷達(dá)高出好幾倍,同時(shí)還能測(cè)出目標(biāo)的速度和加速度。對(duì)于小尺寸目標(biāo),MMS的作用距離為500～700 km,在75 km高度上測(cè)量目標(biāo)位置的精度為3 m,測(cè)速精度為0.05 m/s,對(duì)加速度的測(cè)量精度大約為0.1 m/s2。近年來(lái),美國(guó)還提出了使用多基地雷達(dá)建立未來(lái)反導(dǎo)防御體系的方案,并用于精確定位和打擊系統(tǒng)(PLSS)。在PLSS中,首先使用3架高空偵察機(jī)組成一個(gè)3點(diǎn)測(cè)量網(wǎng),然后再把接收到的目標(biāo)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給地面指揮中心,最后由地面系統(tǒng)來(lái)確定目標(biāo)的精確坐標(biāo),進(jìn)而實(shí)施攻擊。

1.3 其他國(guó)家的情況

現(xiàn)在,英國(guó)的普萊西公司也開(kāi)始研制一種用于近程防御警戒的雙基雷達(dá)。據(jù)稱,該雷達(dá)的發(fā)射頻率為600 MHz,發(fā)射功率800 W,作用距離達(dá)到了500 km。俄羅斯也使用了雙基地系統(tǒng),在信息冗余條件下給出了測(cè)量目標(biāo)極坐標(biāo)的方框圖和結(jié)果曲線。如果雙基地雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)出的3個(gè)數(shù)據(jù)中有1個(gè)是冗余的,可使距離測(cè)量的精度提高到4倍左右。

2 雙(多)基地雷達(dá)的主要技術(shù)特點(diǎn)

與單基地雷達(dá)相比,雙(多)基地雷達(dá)構(gòu)成較為復(fù)雜。為了完成對(duì)目標(biāo)的定位,它們除了具有一般單基地雷達(dá)的收、發(fā)和信號(hào)處理功能外,還必須解決收、發(fā)之間的空間、時(shí)間和相位的“三大同步”問(wèn)題。

首先是收、發(fā)波束的空間同步掃描問(wèn)題。因?yàn)槭?、發(fā)天線分離很遠(yuǎn)的距離,如何在對(duì)空域掃描過(guò)程中保證收、發(fā)波束同時(shí)照射到同一目標(biāo)而又有好的數(shù)據(jù)率,將是一大技術(shù)問(wèn)題。近期國(guó)內(nèi)發(fā)展的數(shù)字波束形成技術(shù)和脈沖追趕式掃描方法能圓滿解決這一問(wèn)題。

其次是時(shí)間同步問(wèn)題。因?yàn)槭?、發(fā)分離,如何為它們提供統(tǒng)一的高精度的時(shí)間基準(zhǔn)也比單基地雷達(dá)復(fù)雜。它是雙(多)基地雷達(dá)完成測(cè)距和波束掃描同步所必須的。

再次是相位同步問(wèn)題。對(duì)于具有脈沖壓縮、MTI和PD等信號(hào)相干處理的雙(多)基地雷達(dá),還必須保證接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的相位同步。一般雙(多)基地雷達(dá)都是用數(shù)據(jù)鏈和(或)原子鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)收、發(fā)之間的時(shí)間和相位同步。

3 雙(多)基地雷達(dá)的系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)分析

一個(gè)完整的防御體系是各種先進(jìn)武器系統(tǒng)的綜合運(yùn)用,更是各種典型雷達(dá)的應(yīng)用。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,雷達(dá)構(gòu)成了C3I系統(tǒng)和武器控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此,雷達(dá)也成了現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中敵方襲擊的首要目標(biāo),而雷達(dá)系統(tǒng)是否能承受敵方打擊并生存下來(lái)已經(jīng)成為防御體系是否有效并可能決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝敗的關(guān)鍵因素。然而,在21世紀(jì),戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)系統(tǒng)將不可避免地面臨著“四大威脅”的挑戰(zhàn)。這就要求雷達(dá)系統(tǒng)必須在基本原理和體制上找到出路,有所突破,才能生存下去,進(jìn)一步增強(qiáng)防御系統(tǒng)的能力。雙(多)基雷達(dá)在這方面的功能是比較突出的。下面將具體分析雙(多)基地雷達(dá)對(duì)抗“四大威脅”時(shí)的優(yōu)勢(shì)和在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用。

3.1 抗摧毀能力強(qiáng)

反輻射導(dǎo)彈是通過(guò)跟蹤雷達(dá)發(fā)射的電磁波束進(jìn)行制導(dǎo)而摧毀雷達(dá)系統(tǒng)的。這種導(dǎo)彈采用被動(dòng)尋的,雷達(dá)反射面積小,隱蔽性好,命中率高,威力極大,直接對(duì)雷達(dá)及操作人員的安全產(chǎn)生威脅。但是,無(wú)源雷達(dá)是不發(fā)射電磁波的,因此反輻射導(dǎo)彈無(wú)法對(duì)無(wú)源雷達(dá)形成有效攻擊。雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)使用兩個(gè)以上的分離基地,發(fā)射站與接收站分開(kāi)設(shè)置,其中接收站就是無(wú)源的,又便于機(jī)動(dòng),處在極為隱蔽的地方。它受到敵方電子偵察的概率幾乎為零,因此反輻射導(dǎo)彈只能追蹤和攻擊發(fā)射站。一部雙(多)基地雷達(dá)接收機(jī)可以利用幾部不同發(fā)射機(jī)的照射信號(hào),一旦某個(gè)發(fā)射機(jī)受損,系統(tǒng)仍能堅(jiān)持工作。所以,如果能夠合理配置發(fā)射站,如遠(yuǎn)離戰(zhàn)區(qū)或?qū)l(fā)射站置于飛機(jī)或衛(wèi)星上,從而構(gòu)成空地間的雙基地雷達(dá),就可以避免反輻射導(dǎo)彈的攻擊,增強(qiáng)防御系統(tǒng)的抗摧毀能力。

3.2 抗干擾能力強(qiáng)

電子干擾是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中起重要作用的電子戰(zhàn)的內(nèi)容之一。對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施電子干擾就是使雷達(dá)降低或失去功能的一種破壞方法,目的是全部或部分地癱瘓對(duì)方防御網(wǎng)。它實(shí)質(zhì)上是利用對(duì)方雷達(dá)工作發(fā)射的電磁波確定其所在位置及工作方式,從而進(jìn)行干擾。雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)不僅接收站相對(duì)比較隱蔽,對(duì)方無(wú)法偵察其具體位置,而且還可以通過(guò)兩個(gè)以上接收站間的交叉測(cè)向確定干擾源的位置,適時(shí)地避開(kāi)干擾源。由于對(duì)方干擾的主干擾方向只是雷達(dá)天線所在的方向。因此,對(duì)接收站而言,主要面臨的是從副瓣進(jìn)入的干擾,這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作不會(huì)產(chǎn)生多大影響。對(duì)于無(wú)源干擾,因?yàn)榧炔豢赡苓x定準(zhǔn)確的投放位置,也很難把握投放時(shí)機(jī),無(wú)論是箔條還是其他假目標(biāo)都很難發(fā)揮干擾效果。所以,不管是有源干擾還是無(wú)源干擾,雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)被干擾的概率和受干擾的影響都大大減少。

3.3 可對(duì)抗隱身飛行器

隱身飛行器投入應(yīng)用后對(duì)現(xiàn)代防御系統(tǒng)的構(gòu)成和工作方式產(chǎn)生了極大的影響，但隱身能力的大小相對(duì)于不同的觀測(cè)空間是不相同的。單基地雷達(dá)一般都是利用發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)后向反射后得到的回波來(lái)進(jìn)行目標(biāo)特征的探測(cè),因此隱身技術(shù)也是致力于減少這個(gè)后向反射回波來(lái)達(dá)到隱身目的。但是,雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)一般都是利用目標(biāo)的側(cè)向或前向反射回波來(lái)探測(cè)目標(biāo)特征,可以得到更大的雷達(dá)反射截面積(RCS),從而降低了隱身飛行器的隱身效果。測(cè)試結(jié)果表明:利用前向散射方法探測(cè)到的雷達(dá)RCS值要比利用后向散射測(cè)得的RCS值高出大約15 dB。雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射站和接收站相對(duì)目標(biāo)距離之間的夾角越大,就越有可能獲得更多的信號(hào)能量。另外,如果能將不同頻段的雙(多)基地雷達(dá)組成雷達(dá)網(wǎng),不僅可以擴(kuò)大雷達(dá)的覆蓋范圍,而且可以提高對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤能力,這也是一種有效的反隱身技術(shù)途徑。雙(多)基地雷達(dá)組網(wǎng)是根據(jù)隱身目標(biāo)的空域特性多視角地探測(cè)隱身目標(biāo),抑制其RCS縮減,取得顯著的反隱身效果。目前,已有很多國(guó)家對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)的檢測(cè)特性以及實(shí)現(xiàn)反隱身的可行性進(jìn)行研究,其成果將為解決雷達(dá)反隱身這一難題提供有益的借鑒。

3.4 抗低空突防能力強(qiáng)

低空和超低空突防是現(xiàn)代飛行和巡航導(dǎo)彈主要的戰(zhàn)術(shù)手段之一,其原因就是一般單基地雷達(dá)的低空探測(cè)性能不好,總會(huì)出現(xiàn)一定的盲區(qū)。為了消除這種目標(biāo)探測(cè)上的盲區(qū),可以通過(guò)配置雙(多)基地雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)可以探測(cè)到發(fā)射機(jī)視線(地平線)以下的目標(biāo),還可以利用空中、空間的照射源隱蔽地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)區(qū)低空目標(biāo)。這對(duì)內(nèi)地的防空中心來(lái)講也是一種對(duì)付超低空入侵的手段。由于雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射與接收射線并不相互重疊,可以使用合理布站的方式完成。對(duì)近程防御而言,可采用一些小型多基雷達(dá)網(wǎng)來(lái)擴(kuò)大覆蓋范圍和提高探測(cè)精度;對(duì)遠(yuǎn)程低空防御而言,則需要采用空間雙基體制,例如將發(fā)射機(jī)布置在衛(wèi)星上,而把接收機(jī)布置在戰(zhàn)區(qū)前沿的預(yù)警機(jī)上,以便提供充分的告警時(shí)間。此外,利用雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo),可以充分發(fā)揮雷達(dá)系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì),收發(fā)站分置又減少了對(duì)天線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和接收機(jī)保護(hù)設(shè)備的需求,高頻損耗亦可降低大約4 dB。

由于具備以上幾個(gè)較為突出的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)能在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有效地對(duì)“四大威脅”的挑戰(zhàn),進(jìn)而在軍事防御系統(tǒng)中形成廣泛的應(yīng)用前景。不過(guò),在參與不同戰(zhàn)術(shù)任務(wù)時(shí),其采用的布站形式、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和工作模式也是不同的,在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)靈活運(yùn)作。

4 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代防御警戒系統(tǒng)中,雙(多)基地雷達(dá)被中外專家評(píng)定為軍用雷達(dá)的重要的探測(cè)手段之一,在未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中將發(fā)揮不可替代的作用,與固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)和多頻譜有源/無(wú)源綜合雷達(dá)(多傳感器一體化雷達(dá))共同構(gòu)成21世紀(jì)新一代軍用雷達(dá)的基本體制。今后,雙(多)基地雷達(dá)既有向空基地發(fā)展的趨勢(shì),又有向小型局部區(qū)域布防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。它在民用方面也會(huì)有日漸廣闊的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,相信會(huì)有更多的雙(多)基地雷達(dá)出現(xiàn),并且會(huì)更加實(shí)用、更加完善。

[1] 楊振起,張永順,駱永軍.雙(多)基地雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1998:20-22

[2] 胡成.雙基地雷達(dá)同步技術(shù)研究與同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003(2).

[3] 張永順.MIMO雙基地雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)測(cè)量方法研究[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011(5).

[4] 李修和,陳永光,張艷艷,沈陽(yáng).不同干擾決策準(zhǔn)則下的雙基地雷達(dá)探測(cè)能力研究[J].電子學(xué)報(bào),2004(12).

Application analysis of bistatic/multi-static radar systems

DU Zi-liang

(Military Representatives Office of the PLA Navy in No.20 Research Institute of CETC, Xi'an 710068)

The current situations of the development and application of the bistatic/multi-static radars are introduced, and the advantages of such radars in modern defense systems are analyzed and discussed. The main technical and application characteristics of the typical bistatic/multi-static radar systems are analyzed, with the development trends briefly described.

bistatic radar system; multi-static radar system; bistatic/multi-static radar systems; radar countermeasures; synchronous scanning

2016-10-10;

2016-10-22

杜子亮(1990-),男,助理工程師,研究方向:雷達(dá)裝備驗(yàn)收。

TN958

A

1009-0401(2016)04-0005-03