面向先進威脅的地面對空情報雷達發(fā)展方向分析

南京電子技術(shù)研究所 潘紅偉

地面對空情報雷達面對日益先進的空中威脅和多元化任務(wù)需求，存在探測、跟蹤、識別等多項重大挑戰(zhàn)，對空情報雷達能否應(yīng)對這些挑戰(zhàn)成為備受關(guān)注的話題。本文回顧了對空情報雷達的發(fā)展歷程，從雷達體制、工作頻段，體系架構(gòu)、器件等方面總結(jié)了對空情報雷達發(fā)展現(xiàn)狀；從作戰(zhàn)對象、戰(zhàn)場環(huán)境等分析了對空情報雷達面臨的先進威脅；從系統(tǒng)架構(gòu)、探測方式、信號形式和信息處理等提出了對空情報雷達發(fā)展方向。期待能夠為對空情報雷達研發(fā)和使用人員提供一個對對空情報雷達的完整和系統(tǒng)的了解，并希望能夠引起對對空情報雷達更多的討論和思考。

地面對空情報雷達源于20世紀初期電磁理論的突破和第二次世界大戰(zhàn)期間軍事大國對轟炸機威脅緊迫的預(yù)警需求。在對空情報雷達的發(fā)展歷程中，通過不斷引入新體制新技術(shù)，其性能得到顯著提高；擔(dān)任的任務(wù)日益增多，對空情報雷達除了探測傳統(tǒng)非隱身氣動目標外，還承擔(dān)了隱身飛機、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈、臨近空間目標、巡航導(dǎo)彈等目標的探測任務(wù)；完成的功能更加全面，不僅用于發(fā)現(xiàn)威脅目標，還對目標進行分類、識別和優(yōu)先級排序，并引導(dǎo)己方防御力量開展攔截。

根據(jù)對空情報雷達采用的技術(shù)體制，對空情報雷達共發(fā)展了四代。第一代為機械掃描兩坐標警戒雷達，用于對來襲飛機進行預(yù)警，這種體制雷達數(shù)據(jù)更新率低，且需要測高雷達的配合對目標進行精確定位；第二代為單脈沖測角MTD雷達，采用相參處理方式提高信噪比，利用單脈沖測角技術(shù)克服目標脈沖間起伏造成的幅度比較測角誤差，使測角精度實現(xiàn)數(shù)量級的提升；第三代為相控陣雷達，顯著提高了波束掃描速度、增強了雷達可靠性、抗干擾能力，使一部雷達能夠同時應(yīng)對多個目標，實現(xiàn)多種功能；第四代為數(shù)字陣雷達，使雷達波束掃描和波束形狀控制更加靈活，為雷達多功能和先進算法的實現(xiàn)提供了支撐，推動雷達向軟件化和智能化演化。

1 對空情報雷達面對先進威脅的挑戰(zhàn)

近年來，隨著國際安全形勢的演化和新軍事革命的發(fā)展，以美國為代表的軍事強國不斷提出新型作戰(zhàn)概念，如以“分布式殺傷”為代表的分布式打擊概念、以“作戰(zhàn)云”為代表的廣域協(xié)同作戰(zhàn)概念、以“穿透性制空”為代表的隱身突防概念、以“無人僚機”為代表的有人無人協(xié)同作戰(zhàn)概念、以“空戰(zhàn)體系綜合技術(shù)與實驗（SoSITE）”為代表的無人蜂群作戰(zhàn)概念、以“多域戰(zhàn)”為代表的多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)概念以及以“電磁頻譜戰(zhàn)”為代表的電磁頻譜對抗作戰(zhàn)等，這些作戰(zhàn)概念牽引前沿軍事技術(shù)和高端作戰(zhàn)裝備發(fā)展，給對空情報雷達帶來了諸多挑戰(zhàn)。

1.1 對不同高度、不同動力學(xué)目標的探測挑戰(zhàn)

當(dāng)前情報雷達在探測隱身戰(zhàn)機時，威力大約下降為對三代戰(zhàn)機探測距離的40%～50%，探測高度也大大收縮。巡航導(dǎo)彈低空/超低空飛行，利用地球曲率和地形的遮擋規(guī)劃進攻航路，繞開對空情報雷達覆蓋空域，俄羅斯今年3月宣布成功試射新型核動力巡航導(dǎo)彈，巡航速度超過3馬赫，擁有無限續(xù)航能力，能夠利用偵察信息，在敵方對空雷達覆蓋的外圍飛行，避開敵方探測。臨近空間高超聲速飛行器和戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈飛行于傳統(tǒng)對空情報雷達的探測高度之上，飛行速度快，具有隱身能力，飛行軌跡與傳統(tǒng)氣動目標相差很大，美國DARPA聯(lián)合各軍種啟動了多項臨近空間高超聲速飛行器研制計劃，正在進行密集的試驗；俄羅斯“匕首”高超聲速導(dǎo)彈也完成研制和試驗，于2017年12月進入試裝狀態(tài)，“匕首”高超聲速導(dǎo)彈速度達10馬赫，射程約2000km，可攜帶核彈頭和常規(guī)彈頭，采用空射滑翔飛行方式。

1.2 對無人智能集群目標的探測挑戰(zhàn)

對空情報雷達面對無人集群存在大量挑戰(zhàn)，一是發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)，集群中單架無人機體積小且機身使用復(fù)合材料，單架無人機的RCS極小，若無人機集群在作戰(zhàn)前期采用分散飛行，由于目標分散于多個距離單元，對空情報雷達很難探測到無人攻擊集群；二是架次判斷挑戰(zhàn)，無人機集群若采用密集編隊飛行，由于采用智能控制且沒有飛行員損傷的顧慮，間距可比有人編隊小得多，對空情報雷達需要更大的信號帶寬和更窄的波束才能將臨近的目標分辨開來；三是信息通道挑戰(zhàn)，編隊中無人機數(shù)量動輒上百架，加上RCS小，飛行路線多變，且伴隨干擾措施，這將給雷達資源調(diào)度、信號和數(shù)據(jù)處理能力提出較大挑戰(zhàn)。

1.3 抗復(fù)雜電子對抗措施的挑戰(zhàn)

雷達作為一種通過發(fā)射和接收電磁波對目標進行定位的電子裝備，面臨著激烈的電磁爭奪和控制的挑戰(zhàn)，雷達面臨的電磁干擾呈現(xiàn)出空域縱橫交錯、時域動態(tài)持續(xù)、頻域密集重疊、能量頻繁調(diào)控的特點。近年來，國外電磁對抗新理論、新技術(shù)、新裝備層出不窮。2015年12月和2017年10月，美國智庫戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心（CSBA）分別發(fā)布了《電波制勝：重拾美國在電磁頻譜領(lǐng)域的主宰定位》和《灰區(qū)制勝：利用電磁戰(zhàn)重拾升級控制能力》的研究報告，闡述了電磁頻譜戰(zhàn)的作戰(zhàn)概念和使用方式，將電磁頻譜戰(zhàn)作為削弱敵方傳感器搜索和瞄準能力，而又不至于引發(fā)引發(fā)對手過度反應(yīng)從而導(dǎo)致局面失控的一種手段，如圖6所示。在技術(shù)開發(fā)上，美國DARPA啟動了“自適應(yīng)雷達對抗”（ARC）項目，旨在對抗采用波束電子控制、波形靈活變化以及采用先進編碼措的多功能地空和空空雷達，地面對抗情報雷達無疑是其重點關(guān)注對象。國外電子對抗裝備研制也取得重要進展，2017年，雷聲公司用AN/ALR-69（V）雷達告警接收機演示了單站輻射源定位能力，這是雷達告警接收機首次實現(xiàn)單站輻射源定位能力。

可以預(yù)見，對空情報雷達在未來戰(zhàn)場將面臨對手更多的電磁攻擊軟殺傷威脅，對空情報雷達的工作環(huán)境更為復(fù)雜。因為電磁殺傷的使用更為靈活，自衛(wèi)式、伴隨式、支援式、主瓣式、副瓣式、阻塞式、瞄準式、欺騙式等多種手段相互交織；電磁反應(yīng)的速度更為敏捷，對雷達信號的截獲分選識別將由過去的事后分析轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r分析，實時響應(yīng)；電磁定位更為精準，不僅能夠單站側(cè)向，還能單站定位，從而實現(xiàn)對雷達的精準攻擊。

1.4 抗反輻射武器打擊的挑戰(zhàn)

對空情報雷達面臨的反輻射硬打擊威脅包括反輻射導(dǎo)彈和反輻射無人機。從越南戰(zhàn)爭開始，美國空軍高度重視用反輻射導(dǎo)彈開展對地防空壓制，研制出AGM-45“百靈鳥”、AGM-78“標準”、AGM-88“哈姆”等反輻射武器。近年，美國又為F-35戰(zhàn)斗機研制了“增程型先進反輻射導(dǎo)彈”（AARGM-ER），計劃于2021年服役。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，國外研制并裝備了反輻射無人機。相比反輻射導(dǎo)彈，無人機具有更強的信號分選和目標識別能力，能夠在準備攻擊的雷達頂空駐留偵察，有充分的時間對雷達和誘餌進行分辨，選中目標后進行攻擊，提高對雷達毀傷概率。

敵方反輻射導(dǎo)彈和反輻射無人機將對空情報雷達置于險境，使雷達操作員不敢開機對空中進行監(jiān)視。敵方反輻射武器的發(fā)展對對空情報雷達配備的反輻射攻擊誘餌的逼真度或告警設(shè)備和響應(yīng)速度提出了新的要求，同時對空情報雷達的發(fā)射信號必須具備低截獲能力，以提升實戰(zhàn)條件下的生存和抗摧毀效能。

2 對空情報雷達發(fā)展方向

根據(jù)對空情報雷達當(dāng)前技術(shù)基礎(chǔ)和滿足應(yīng)對先進威脅的需求，對空情報雷達將向軟件定義開放式系統(tǒng)架構(gòu)、分布式協(xié)同探測、探攻一體、智能化信息處理、低截獲概率等幾個方向發(fā)展。

2.1 軟件定義系統(tǒng)架構(gòu)

采用軟件定義的雷達又稱為軟件化雷達，軟件化雷達是具有通用開放式體系架構(gòu)，系統(tǒng)功能可通過軟件定義、擴展和重構(gòu)的新一代雷達系統(tǒng)。對空情報雷達采用軟件化雷達技術(shù)，能夠通過功能重構(gòu)在隱身目標探測、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈探測、高超聲速飛行器探測、智能集群目標探測之間無縫切換，用一部雷達實現(xiàn)多部傳統(tǒng)雷達才能實現(xiàn)的功能。

2.2 分布式協(xié)同探測

分布式協(xié)同探測的網(wǎng)絡(luò)化雷達利用不同視角、不同頻段電磁波作用下目標電磁散射特性的劇烈變化實現(xiàn)對各種低可觀測目標的有效探測，同時提升反偵察、抗干擾等能力，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以提高雷達在時域、頻域、空域的探測與跟蹤精度。

2.3 探攻一體

探攻一體即雷達與高功率微波武器一體化設(shè)計，利用寬帶AESA和空間功率合成技術(shù)生成大功率，探攻一體雷達能夠真正滿足探測與攻擊的一體化要求。作戰(zhàn)時，先用雷達模式對目標進行搜索和跟蹤，確認目標后切換到高功率微波武器模式，對目標進行干擾和摧毀，實現(xiàn)對目標全天候、實時、高精度、效果可控的攻擊，徹底解決信息鏈、打擊鏈分割獨立的問題，這對反無人蜂群攻擊和對抗反輻射打擊具有很強的吸引力。

對空情報雷達一般安裝在載車上，相對機載和艦載雷達雷達，體積、重量、功耗等資源較為寬裕，可以首先試用。對空情報雷達相對機載雷達和艦載雷達，移動速度慢，防護措施少，面臨的威脅多，具有強烈的探攻一體需求。

2.4 智能化信息處理

將智能化的思想映射到雷達設(shè)計中，通過智能發(fā)射、智能感知、智能處理（檢測跟蹤/抗干擾/目標識別）、智能調(diào)度等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)以在線自適應(yīng)和離線自學(xué)習(xí)兩大閉環(huán)為特點的智能化綜合處理，可降低人類誤判，并顯著提高雷達目標檢測、抗干擾、目標識別等工作效能。

對空情報雷達的智能化處理可分為初級智能化處理和高級智能化處理兩個層次，其中初級智能化初級即精細化處理。對空情報雷達精細化設(shè)計和處理主要特點體現(xiàn)在控制/處理參數(shù)精細化設(shè)計、多門限檢測和多通道數(shù)據(jù)并行等方面。智能化處理主要體現(xiàn)在目標與環(huán)境的自適應(yīng)匹配、多策略并行、多手段聯(lián)合和基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)進化等方面。以目標型號識別為例，基于規(guī)則和模板的識別方法難以適應(yīng)所有目標，特別是小樣本目標和未知目標；而智能化識別通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)端到端的識別處理，可以避免傳統(tǒng)基于規(guī)則和模板匹配的完備性要求，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智能化目標穩(wěn)健識別。

2.5 低截獲概率

降低發(fā)射信號被敵方偵察設(shè)備截獲是反干擾最有效的措施，避免被敵方截獲也就避免了后續(xù)被分選、識別、對抗的可能。雷達低截獲包括頻率捷變、寬帶、低峰值功率等措施。

對空情報雷達除利用傳統(tǒng)線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻等寬帶信號和捷變頻信號，還可利用微波光子、量子、人工智能等新體制、新機理雷達，降低被敵方截獲的概率，提高在軟對抗和硬打擊環(huán)境下的生存能力。

結(jié)束語：對空情報雷達經(jīng)過近百年的發(fā)展，系統(tǒng)形態(tài)和作戰(zhàn)效能多次發(fā)生質(zhì)的變化。然而，作為雷達對立面的目標同樣在與雷達的對抗中不斷發(fā)展壯大。面向未來，對空情報雷達能否跟上先進威脅變化的節(jié)奏？對空情報雷達應(yīng)該如何演化？對于這些令人困擾的問題，經(jīng)過本文對對空情報雷達發(fā)展歷程的回顧、現(xiàn)狀的總結(jié)、威脅的分析和未來的預(yù)測，也許能夠給雷達研究、設(shè)計人員和使用人員提供一個有一定價值的解答，本文僅作拋磚引玉，期望引起同行更多的思考。