機載雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

趙為偉，宋曉偉

(1.空軍駐甘肅地區(qū)軍事代表室，甘肅 蘭州 730070；2.西安艾索信息技術(shù)有限公司，陜西 西安 710065)

機載雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

趙為偉1，宋曉偉2

(1.空軍駐甘肅地區(qū)軍事代表室，甘肅 蘭州 730070；2.西安艾索信息技術(shù)有限公司，陜西 西安 710065)

經(jīng)歷了長期的發(fā)展，機載雷達技術(shù)面臨著隱身目標、非均勻雜波、復(fù)雜電磁環(huán)境、多種作戰(zhàn)任務(wù)的嚴峻挑戰(zhàn)。文中針對這些挑戰(zhàn)分析了幾種技術(shù)的發(fā)展趨勢，主要介紹了機載預(yù)警雷達技術(shù)、機載SAR技術(shù)、機載雷達組網(wǎng)探測技術(shù)以及隱身雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為下一代機載雷達的研制提供參考。

機載雷達技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雷達從功能到應(yīng)用上都有了一個質(zhì)的飛躍。從單純的檢測目標到對目標的二維成像，從軍事應(yīng)用擴展到民事應(yīng)用，雷達己經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域[1-2]。20世紀60年代以來，機載雷達技術(shù)不斷發(fā)展[3-6]，機載雷達的性能得到大幅提高，新技術(shù)是提高雷達性能的重要因素。

1 機載預(yù)警雷達技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

預(yù)警機是空基預(yù)警探測體系的信息樞紐和指揮中心，它集預(yù)警探測、情報融合、情報分發(fā)和指揮控制等多種功能于一體，負責(zé)對空中、海上及地面目標進行大范圍搜索、跟蹤與識別，并指揮和引導(dǎo)己方飛機、艦船以及岸基火控系統(tǒng)進行作戰(zhàn)[7-10]。機載預(yù)警雷達因架設(shè)在高空飛行的飛機上而克服地球曲率對觀測視距的限制，擴大低空和超低空探測距離，發(fā)現(xiàn)更遠的敵機和導(dǎo)彈，為防空系統(tǒng)提供更多的預(yù)警時間。機載預(yù)警雷達在空中目標探測與跟蹤、海面目標探測與識別、戰(zhàn)場偵察與監(jiān)視、武器精確制導(dǎo)與控制等方面正發(fā)揮著不可替代的作用。

機載預(yù)警機面臨的挑戰(zhàn)有[11]：隱身目標已成現(xiàn)實威脅；電磁干擾環(huán)境日益嚴峻；復(fù)雜地形適應(yīng)性；目標識別需求愈發(fā)迫切。針對現(xiàn)代戰(zhàn)爭日益呈現(xiàn)立體化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化的特點，預(yù)警機需要將廣泛分布于立體空間內(nèi)的各種作戰(zhàn)力量、各作戰(zhàn)單元、各類作戰(zhàn)要素聯(lián)結(jié)成一個有機整體，實現(xiàn)偵察情報、指揮控制、火力打擊、信息對抗和綜合保障協(xié)調(diào)一致。另一方面，隱身飛機已成現(xiàn)實威脅、電磁對抗環(huán)境愈益復(fù)雜、巡航導(dǎo)彈的廣泛使用，預(yù)警機雷達正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，必須不斷擴展預(yù)警雷達的功能，大幅提升其反隱身、反干擾、反雜波、和目標識別能力，提升預(yù)警機與體系協(xié)同作戰(zhàn)的能力。

1.2 發(fā)展趨勢

(1) 多源化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化。多基聯(lián)合預(yù)警，提高體系對抗能力。受平臺資源和雷達體制制約，在與強敵對抗時僅靠單架預(yù)警機很難完全擔負起反隱身和反干擾作戰(zhàn)任務(wù)，空中多平臺協(xié)同作戰(zhàn)是提升綜合作戰(zhàn)能力的有效手段。通過單平臺多傳感器信息融合、多平臺多傳感器信息融合、多平臺有源/無源探測相結(jié)合等手段擴展探測空域與探測對象，提高體系反隱身能力、抗干擾能力和戰(zhàn)場生存能力，并最終實現(xiàn)平臺中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變，提升體系、對抗能力；

(2) 寬帶化、綜合化、—體化。高低頻段優(yōu)勢互補，探測識別綜合化、對空對地一體化，提高全息感知能力。未來預(yù)警機除了必須具備較強的隱身目標探測能力外，還應(yīng)具有較強的空海目標識別能力、地面運動目標檢測能力(GMTI)和偵查成像能力(SAR)，以適應(yīng)發(fā)現(xiàn)、定位、打擊以及打擊效果評估這一完整的打擊鏈，真正做到“一機多能”。高分辨目標識別和成像要求雷達瞬時帶寬寬，因此，頻段還要往高端擴展。另外，寬帶的有源相控陣技術(shù)也為綜合電子戰(zhàn)、高數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)通信等功能提供了硬件基礎(chǔ)；

(3) 小型化、共形化、無人化。近年來，隨著雷達輕型化、小型化和共形化技術(shù)的發(fā)展，對平臺的要求也得以降低，以Saab340B、EMB-145、灣流G550、運八為代表的中型平臺也有了用武之地，先后研制出滿足不同用戶、不同任務(wù)使命的預(yù)警機。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，無人機以其獨有的快速、靈活和持久性滲透到各種作戰(zhàn)任務(wù)中，在獲取信息的優(yōu)越性、高作戰(zhàn)效費比等方面，愈加展現(xiàn)出不可或缺性。可以預(yù)測，無人機必將成為未來預(yù)警、監(jiān)視、偵察、通信的最佳平臺，在未來的信息化戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用。無人機作為預(yù)警探測系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢有綜合成本低、升限高、續(xù)航時間長、易艦載、戰(zhàn)損不含人員傷亡等，加上采用與機身共形的大口徑雷達天線，同樣可獲得較遠的探測距離。

(4) 相控陣、軟件化、智能化。有源相控陣與先進信號處理結(jié)合，提高反雜波和干擾能力，提高環(huán)境適應(yīng)性。相控陣體制與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合將提供更多的系統(tǒng)自由度，為采用更先進、更復(fù)雜的算法提供了可能，軟件化技術(shù)可以提高信號處理的靈活性和精細化程度，智能化處理技術(shù)則將進一步增強雷達在強雜波和電磁干擾環(huán)境下的探測性能。

雖然STAP相對于PD有了很大進步，但其處理仍然是基于理想雜波模型的最佳濾波，發(fā)射波形、處理方法和處理方式基本固定不變，而雷達實際的工作環(huán)境是時變、非平穩(wěn)和非均勻的，比如地形起伏和陸海交界產(chǎn)生的非均勻雜波，密集地面車輛形成的移動“雜波”，鐵塔、大型建筑物、山峰等離散目標，雜波譜隨距離非平穩(wěn)變化等均影響STAP理想性能的發(fā)揮。未來預(yù)警雷達應(yīng)在STAP基礎(chǔ)上采用認知雷達理論和智能化處理與控制技術(shù)，增強環(huán)境自感知能力、智能化處理能力和發(fā)射自適應(yīng)能力。

2 機載SAR發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

合成孔徑雷達(SAR)除搭載于星載平臺外，還可搭載于飛機(包含無人機)平臺[4]。機載平臺 SAR 系統(tǒng)的研制工作起始于20世紀70年代，發(fā)展至90年代逐步進入應(yīng)用階段。

美國、英國、意大利和以色列等國際上主要國家均相繼研制了本國的機載 SAR 遙感系統(tǒng)。相較于星載平臺探測覆蓋區(qū)域廣、衛(wèi)星軌道相對固定、不能隨意改變觀測區(qū)域的局限，機載 SAR 因其搭載平臺機動靈活的特點，可實現(xiàn)短時內(nèi)對指定觀測區(qū)域進行反復(fù)觀測的任務(wù)需求，可應(yīng)用于軍事偵察、資源勘探、災(zāi)害預(yù)警及地圖測繪等領(lǐng)域。其中比較有代表性的機載極化 SAR 系統(tǒng)是美國國家航天局制造的AIRSAR，搭載于DC-8飛機上[13]，以及德國DLR(German Aerospace Center)研制的 E-SAR(Airborne Experimental Synthetic Aperture Radar)系統(tǒng)。

2009 年 11月，中國飛行試驗研究院的首個機載 SAR 測繪系統(tǒng)實現(xiàn)首飛，使我國成為世界上第三個掌握該項雷達測繪技術(shù)的國家。此外，解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)和中國電子科技集團公司第38研究所共同進行了“無人機SAR海洋探測系統(tǒng)”的研制，該系統(tǒng)搭載于某中程長航時通用無人機平臺進行了多次驗證試驗，成功實現(xiàn)了海面風(fēng)場、海洋內(nèi)波及海浪的反演。

一般機載SAR都是工作在正側(cè)視模式下的，或者有較小的斜視角。斜視是指雷達的波束指向并不與斜距向相同，而是有一定的夾角，此夾角可達到幾十度。波束的斜視增加了雷達的靈活性，突破了正側(cè)視SAR無法覆蓋斜視區(qū)域的弊端，其應(yīng)用范圍也就更加廣泛[14]。

斜視SAR的應(yīng)用潛力主要有以下優(yōu)點：(1) 能夠?qū)d機前方的目標進行成像，從而提供了載機前方的場景信息，依據(jù)此信息便可實現(xiàn)對目標區(qū)域內(nèi)的攻擊引導(dǎo)；(2) 斜視情況下的雷達散射截面和斜視角之間有一定的相關(guān)性，可利用該相關(guān)性對目標進行識別；(3) 斜視下的波束轉(zhuǎn)向更加較靈活，不僅可對側(cè)前方進行成像，也可對側(cè)后方進行成像。在飛行過程中，有些熱點敏感區(qū)域可通過調(diào)節(jié)波束指向便可實現(xiàn)多次成像，而不需要多次飛行。正是由于斜視SAR的這些優(yōu)點，使其在國防領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用價值，其成像算法也成為備受關(guān)注的研究內(nèi)容。

現(xiàn)階段斜視SAR成像算法己漸趨成熟，適合斜視模式下的算法也比較多，但是已有的斜視算法對能處理的斜視角有一定的局限性，并且算法效率和精度也并不是很高，在這些方面仍然有很大的改進空間。此外，所有的成像算法都是針對二維成像的，不具備提取目標三維信息的能力。三維SAR成像系統(tǒng)作為雷達成像領(lǐng)域的一種新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是空間目標的重要發(fā)展方向，隨著三維成像算法的進一步完善和應(yīng)用，將為高分辨率三維地形測繪，三維動目標檢測，三維目標精準定位等領(lǐng)域提供有力的支持和更精確的參考保證。因此有必要對二維斜視算法進一步擴展，使其適用于三維成像。

2.2 發(fā)展趨勢

從SAR誕生至今，有關(guān)SAR的技術(shù)得到了快速的發(fā)展。具體表現(xiàn)在成像方法、工作波段、分辨率和工作模式等幾個方面。成像方法由非聚焦發(fā)展為聚焦，工作波段從單波段發(fā)展為多波段，分辨率則由原先十幾米發(fā)展到現(xiàn)在的厘米為單位量級，工作模式除了原先的條帶模式還有聚束和掃描等多種模式。

未來SAR技術(shù)的發(fā)展趨勢有：超高分辨率成像；能夠進行三維成像的干涉SAR；動目標成像；SAR實時成像。根據(jù)SAR的發(fā)展歷程及未來的需求，機載SAR將會向以下幾個方向發(fā)展：(1)輕量級的SAR會成為主要趨勢；(2)多功能會成為SAR的主要特征；(3)SAR的多星組網(wǎng)將成為主要使用模式；(4)分布SAR具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ?5)SAR的干擾技術(shù)會成為重要研究內(nèi)容。

SAR具有作用距離遠、工作頻帶寬和不受國界、空間及地理位置的限制等諸多優(yōu)勢，因此在對其干擾方面具有一定的難度。目前，對SAR實施干擾可從兩方面入手，一是通過對載體進行干擾，另外則是通過對數(shù)據(jù)傳輸進行干擾。因此，應(yīng)該從干擾的角度出發(fā)來研究相應(yīng)的SAR抗干擾技術(shù)，確保其在電磁干擾的環(huán)境下不受影響。

3 機載雷達組網(wǎng)探測技術(shù)

隨著機載預(yù)警雷達和預(yù)警機技術(shù)不斷進步，近年我國空警-2xxx 等型號預(yù)警機相繼服役，機載雷達組網(wǎng)探測已成為一個熱門的探索方向[15]。在如今全新海陸空天一體化的戰(zhàn)場中，體系之間的競爭將會成為主要的競爭形式，最終形成一體化作戰(zhàn)能力是獲勝的重要力量。雷達組網(wǎng)能充分發(fā)揮單雷達系統(tǒng)的信號和數(shù)據(jù)處理特性跟信息融合技術(shù)，將各種雷達、體制、波段、工作模式整合起來，通過對布站進行優(yōu)化，建立各站點之間的通訊連接，最后再將初步處理過的信息傳入融合中心，最后系統(tǒng)能在目標探測與識別，目標定位與跟蹤，還有戰(zhàn)場抗干擾，目標反隱身等方面都有大幅提高。

機載組網(wǎng)探測在國內(nèi)還是一個剛剛起步的階段，現(xiàn)有雷達組網(wǎng)部署方法主要從以下幾種優(yōu)化目標出發(fā)：(1) 通過分布式多雷達對目標的探測，盡可能提高探測區(qū)域的覆蓋面積，即有效監(jiān)視區(qū)域，提升雷達網(wǎng)的覆蓋性能；(2) 通過提高雷達網(wǎng)絡(luò)目標探測容量，其決定性因素主要包括了：雷達站的錄取能力，通信網(wǎng)的傳輸能力，還有情報中心處理和顯控能力；(3) 通過提高雷達網(wǎng)的抗干擾能力，主要包括：單站雷達的抗干擾能力，雷達網(wǎng)所占的頻帶寬度，空間信號的能量密度還有雷達信號類型等一些因素。

4 隱身雷達技術(shù)

4.1 發(fā)展現(xiàn)狀

隱身飛機的出現(xiàn)使得許多國家的防空領(lǐng)域出現(xiàn)了重大的漏洞。因此隱身與反隱身技術(shù)的研究有著重要意義。軍事技術(shù)先進的國家已積極采取對策，研發(fā)新的“隱蔽”型武器系統(tǒng)并加緊對現(xiàn)役雷達的升級改造。因此當前復(fù)雜多變的軍事、政治形勢下，發(fā)展隱身武器系統(tǒng)已是大勢所趨、刻不容緩。雷達作為典型的電磁武器裝備，其自身的隱身性能顯得越來越重要。

目前雷達裝備的現(xiàn)狀為：脈沖雷達是當前大量使用的常規(guī)傳感器，其信號能量大，瞬時頻率單一，很容易被對方偵察到，雷達站的位置也很容易被測定；雙程工作的雷達相對于偵察機，在能量對抗、信號處理上也處于較大劣勢[15]。

隱身雷達的基本特性及要求在于：干擾機不能精確測得雷達頻率；干擾機不能捕獲雷達的有效信號能量；在保證我方雷達足夠的探測威力的前提下，能極大地減小對方的偵察距離；具有寬頻帶、全方位、全天候、智能化的特性，切合武器系統(tǒng)研制的大趨勢。

針對國外已服役的隱身雷達裝備，目前國內(nèi)雷達技術(shù)的主要現(xiàn)狀表現(xiàn)在：沒有形成隱身雷達裝備且頻域信息利用不夠。

4.2 發(fā)展趨勢

正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字通信技術(shù)，它由多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)發(fā)展而來，其顯著特點是其利用的各子載波均為相互正交的，且頻譜利用率高、成本低。將通信系統(tǒng)的概念與成熟技術(shù)應(yīng)用于雷達系統(tǒng)，發(fā)展新的雷達體制，實現(xiàn)雷達與通信一體化，符合現(xiàn)代多學(xué)科融合的技術(shù)發(fā)展趨勢，亦會帶來新的優(yōu)勢特性。

由于OFDM 信號的典型特點，使得基于 OFDM技術(shù)的雷達體制除了具有常規(guī)雷達的功能性能特征外，兼具 ODFM 信號抗衰落、抗多徑效應(yīng)、抗干擾等優(yōu)勢，更具有很強的隱秘性，抗噪性和低截獲性。相對現(xiàn)有的偵察接收機及常規(guī)雷達體制，此雷達的主要優(yōu)勢表現(xiàn)為：(1) 采用數(shù)字信號處理技術(shù)，各子載波的產(chǎn)生和接收都由數(shù)字信號處理算法完成，極大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有成本優(yōu)勢；(2) 采用多載波技術(shù)和偽碼調(diào)制技術(shù)，使得雷達信號頻譜擴展到很寬的頻帶內(nèi)，且時域上波形非常接近于白噪聲，從而在時域和頻域上該雷達的信號峰均比都很低；(3) 通過增加信號帶寬抑制了信道化接收機單個濾波器的信號輸出功率，降低了被截獲概率；(4) 幾乎同時在信道化接收機的數(shù)十甚至上百個濾波器中產(chǎn)生輸出，使其處理能力瞬間達到飽和，增加其信號分選的難度，也使偵察干擾更加困難；(5) 低功率信號被均勻覆蓋在的極寬的頻帶上，瞬時測頻接收機很難進行頻率捕獲及跟蹤；(6) 可以實現(xiàn)雷達與干擾一體化設(shè)計，實現(xiàn)反對抗，進一步提升隱身能力；(7) 具有雷達、通信一體化特點，在開發(fā)武器系統(tǒng)新功能方面具有拓展性，可用于探測、制導(dǎo)、定位、通信等多領(lǐng)域?；?OFDM 技術(shù)的雷達系統(tǒng)的研究在探測、分辨、低截獲性能及工程結(jié)構(gòu)形式上，還需要開展進一步的研究。

5 結(jié)束語

隨著雷達技術(shù)的不斷進步，機載雷達的功能越來越強，但也面臨越來越多的挑戰(zhàn)。預(yù)警雷達作為預(yù)警機的核心，面臨著來自于隱身飛機、復(fù)雜電磁環(huán)境和復(fù)雜地形雜波環(huán)境的挑戰(zhàn)。機載預(yù)警雷達及其信號處理技術(shù)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展，正在向數(shù)字化、寬帶化、協(xié)同化、智能化和多功能一體化趨勢演變，3D-STAP、MIMO-STAP、寬帶檢測、認知抗干擾等關(guān)鍵技術(shù)，有望對下一代機載預(yù)警雷達的研制發(fā)揮一定的指導(dǎo)意義。

隨著機載 SAR 研究工作不斷取得顯著的成果，人們越來越重視機載SAR的相關(guān)研究。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的增加，先進的多功能SAR系統(tǒng)在無人機遙感領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用。雷達組網(wǎng)技術(shù)通過多部不同體制、不同工作參數(shù)的雷達利用信息融合技術(shù)進行目標檢測、跟蹤、鑒別。其布站方式靈活、頻段豐富等優(yōu)勢使該體制具有很強的抗有源干擾能力和探測能力。然而，雷達組網(wǎng)抗干擾的工程化應(yīng)用仍存在限制。一方面，時間校準和空間對齊仍是數(shù)據(jù)融合領(lǐng)域亟需解決的問題之一，由該問題衍生的雷達網(wǎng)協(xié)同探測理論尚未完善；另一方面，現(xiàn)代有源干擾技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)對網(wǎng)的智能化干擾成為可能。因此，還需要進一步研究數(shù)據(jù)融合、雷達協(xié)同探測以及抗干擾理論。

雷達作為探測系統(tǒng)，其本身也要具有隱蔽性能，必須在偵測敵方目標時保證自己的“安全”。針對雷達系統(tǒng)的隱身雷達體制設(shè)想，探索將通信概念應(yīng)用于雷達系統(tǒng)，以期實現(xiàn)其超寬譜、高時頻特性的綜合隱身性能，為形成新的具有隱身性能的武器裝備提供參考。

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Current Situation and Prospect for Technology of Airborne Radar

ZHAO Weiwei1,SONG Xiaowei2

(1. Military Representative Office of Air Force in Gansu,Lanzhou 730070,China；2. Xi’an iTHOR Information Technology Co.,Ltd,Xi’an 710065,China)

Airborne radar technology have experienced great development, but it is also facing great challenges on stealth target, heterogeneous clutter, complex electromagnetic environment and a variety of combat missions. In this paper, the current situation of airborne early warning radar, airborne synthetic aperture radar, airborne radar networking technology and the stealthy radar is introduced. Besides, the development prospect of the airborne radar system is put forward on this basis. It may have certain directive significance for the development of the next generation airborne radar.

airborne radar technology;current situation;prospect

2017- 03- 16

趙為偉(1969-)，男，碩士。研究方向：雷達系統(tǒng)技術(shù)。宋曉偉(1982-)，男，碩士。研究方向：雷達系統(tǒng)技術(shù)。

TN971

A

1007-7820(2018)01-079-04