無源探測技術(shù)分析與展望

仲維彬

無源探測技術(shù)分析與展望

仲維彬

（海軍裝備部）

無源探測系統(tǒng)主要利用目標(biāo)自身輻射的信號或者其反射外輻射源的信號進(jìn)行探測，可在自身不輻射電磁信號的情況下執(zhí)行隱蔽探測任務(wù)，天然具備反輻射攻擊的優(yōu)勢，因其特殊的工作體制和良好的探測性能使之成為了探測技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。首先對無源探測技術(shù)的主要手段與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并分析了該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)，最后對無源探測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

無源探測系統(tǒng)；隱蔽探測；反輻射攻擊

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，制信息權(quán)已成為贏得戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵。隨著高科技武器裝備的不斷涌現(xiàn)，尤其是四代隱身作戰(zhàn)飛機(jī)、電子戰(zhàn)飛機(jī)和反輻射導(dǎo)彈等新一代高精度打擊武器，具有速度快、隱身性強(qiáng)、破壞威力大的特點(diǎn)。典型的有源探測系統(tǒng)面臨著電子偵察、電子干擾、隱身技術(shù)以及反輻射導(dǎo)彈的四大威脅，難以滿足對抗高強(qiáng)度武器打擊的需要[1]。在越來越強(qiáng)調(diào)電磁頻譜爭奪的趨勢下，研制具有對抗上述威脅的無源探測系統(tǒng)具有重要的戰(zhàn)略意義。顧名思義，無源探測系統(tǒng)自身不發(fā)射信號，而是通過接收空間中的電磁波信號進(jìn)行目標(biāo)探測定位。古人云：“善藏者，人不可知。能知者，人無以藏”，無源探測技術(shù)的工作原理及運(yùn)作方式完美地演繹了這句古語。無源探測系統(tǒng)在兼顧有源系統(tǒng)探測能力的同時(shí)具有較強(qiáng)的隱蔽性，“三反一抗”能力大大提升，因此無源探測技術(shù)已成為有源探測系統(tǒng)的有效補(bǔ)充手段，是探測技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2-4]。

無源探測技術(shù)主要包括兩種技術(shù)手段：電子偵察技術(shù)和外輻射源探測技術(shù)。電子偵察技術(shù)通過無源天線接收偵察環(huán)境中各輻射源發(fā)射的雷達(dá)、通信和光電等信號，并利用信號檢測識別對關(guān)注的目標(biāo)信號進(jìn)行測量分析，提取出信號參數(shù)、目標(biāo)位置等有用信息；外輻射源探測技術(shù)的基本思想是利用戰(zhàn)場環(huán)境中各方輻射源發(fā)射的直達(dá)波作為參考，同時(shí)接收該信號經(jīng)目標(biāo)反射后的回波信號，利用信號處理的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測與跟蹤，其本質(zhì)是非合作雙基地雷達(dá)。可以看出，兩種技術(shù)手段同屬于無源探測范疇，通過不同技術(shù)角度對探測范圍內(nèi)的電磁環(huán)境和目標(biāo)特征等信息進(jìn)行探測，為作戰(zhàn)系統(tǒng)提供戰(zhàn)場情報(bào)信息和決策依據(jù)。本文圍繞這兩種技術(shù)手段對無源探測技術(shù)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了分析，并對未來無源探測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 國外典型的無源探測系統(tǒng)

隨著電子對抗技術(shù)、隱身技術(shù)及低空突防技術(shù)的迅猛發(fā)展，有源探測系統(tǒng)的生存空間及探測性能面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，由于無源探測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)隱蔽探測和先敵攻擊，成為各軍事強(qiáng)國的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

1.1 捷克“維拉”-E無源探測系統(tǒng)

“維拉”-E電子情報(bào)以及無源（被動(dòng)）監(jiān)視系統(tǒng)[5]由捷克共和國ERA雷達(dá)技術(shù)公司研制，被定義為電子情報(bào)以及無源（被動(dòng)）監(jiān)視系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)曾因在南聯(lián)盟擊落美軍F-117A“夜鷹”隱形戰(zhàn)機(jī)的戰(zhàn)斗中發(fā)揮了重要作用而名噪一時(shí)。其偵察接收天線尺寸（高度×直徑）為2 m×0.9 m，重約300 kg，采用24 V直流電，功耗250 W。天線具有極高的靈敏度，工作頻段內(nèi)信號截獲概率高。該系統(tǒng)能接收、處理和識別各類平臺的雷達(dá)信號、電子干擾信號、敵我識別信號、戰(zhàn)術(shù)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)信號、數(shù)據(jù)鏈信號、二次監(jiān)視雷達(dá)信號和航空管制信號等。該系統(tǒng)利用電磁信號到達(dá)各站點(diǎn)的時(shí)間差進(jìn)行目標(biāo)定位，最遠(yuǎn)偵測距離可以達(dá)到450 km，可同時(shí)跟蹤200個(gè)目標(biāo)?？山邮招盘栴l率范圍約在50 MHz～18 GHz，其工作頻段涵蓋了調(diào)頻廣播、數(shù)字電視無線信號、航空通信、無線電通信、無線網(wǎng)絡(luò)信號、雷達(dá)及人造衛(wèi)星信號等用途的無線電信號。

除了“維拉”-E無源偵察系統(tǒng)，“維拉”系列產(chǎn)品還包括“維拉”-AP、“維拉”-P3D、“維拉”-HME、“維拉”-ADSB、“維拉”-ASCS等，每個(gè)系統(tǒng)都各有特色，性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 俄羅斯“卡爾秋塔”無源探測系統(tǒng)

俄羅斯“卡爾秋塔”無源探測系統(tǒng)[6]由三個(gè)工作站組成，三站中的一個(gè)站可作為定位系統(tǒng)的功能控制站，它可以接收、分析與識別多種平臺電子設(shè)備的輻射信號，可監(jiān)測的電子設(shè)備包括“愛國者”、“拉爾斯”、“霍克”、“奈基”等地空導(dǎo)彈系統(tǒng)、E-2和E-3A預(yù)警機(jī)的機(jī)載雷達(dá)、多功能火控雷達(dá)、對空和對艦遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)、空中交通管制系統(tǒng)、敵我識別系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)。

該系統(tǒng)既可配置在早期預(yù)警系統(tǒng)中協(xié)同使用，也可獨(dú)立工作。在早期預(yù)警系統(tǒng)中它可探測單個(gè)和多批空中目標(biāo)，并確定其飛行方向，探測距離可達(dá)650 km（包括低空目標(biāo)）；在獨(dú)立工作狀態(tài)下，該系統(tǒng)可對150 km×600 km（寬×縱深）范圍內(nèi)輻射源的坐標(biāo)、類型和機(jī)動(dòng)路線進(jìn)行探測。其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 “卡爾秋塔”無源探測系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 烏克蘭“鎧甲”無源定位系統(tǒng)

烏克蘭“鎧甲”無源定位系統(tǒng)屬于多站雷達(dá)體系組合模式，一個(gè)完整作戰(zhàn)單元由三個(gè)雷達(dá)站構(gòu)成，工作頻段覆蓋0.1～18 GHz，可接收和分析飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航、雷達(dá)高度計(jì)、多普勒雷達(dá)、火控雷達(dá)、通信和敵我識別系統(tǒng)發(fā)出的電磁信號，同時(shí)跟蹤40個(gè)目標(biāo)，對飛機(jī)、直升機(jī)的探測和識別率為90%。如圖2所示。

圖2 烏克蘭“鎧甲”無源定位系統(tǒng)

烏克蘭“鎧甲”無源定位系統(tǒng)的對空探測威力為800 km，具有多目標(biāo)信號特征數(shù)據(jù)庫，存有300多種無線電發(fā)射器信號以及每種無線電發(fā)射器的500種以上的特定信號，目標(biāo)識別能力很強(qiáng)。其數(shù)字計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可測量、比對、分析多達(dá)40種不同目標(biāo)輻射源的信號，能準(zhǔn)確識別各種空中、地面或海面目標(biāo)。

1.4 美國“沉默哨兵”無源定位系統(tǒng)

“沉默哨兵”（Silent Sentry TM System）是美國洛克希德·馬丁公司向美國空軍提供的一套非合作無源定位（Non-cooperative Passive Location，NPL）系統(tǒng)[7]，該系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的外輻射源探測體制的無源定位系統(tǒng)，能夠利用無線電廣播和電視廣播信號等民用信號對導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦船等目標(biāo)進(jìn)行探測與跟蹤。根據(jù)站點(diǎn)架設(shè)情況，可分為固定站系統(tǒng)（Fixed Station System，F(xiàn)SS V2.4.1F）和快速部署系統(tǒng)（Rapid Deployment System，RDS V2.4.1D）。下面分別對兩種系統(tǒng)的主要性能進(jìn)行介紹。

1）固定站系統(tǒng)

固定站系統(tǒng)可跟蹤的目標(biāo)主要包括固定翼軍用/民用飛機(jī)、旋翼飛機(jī)（直升機(jī)）、遙控飛行器（Remotely Piloted Vehicle，RPV）和無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）等。

固定站系統(tǒng)的相控陣天線如圖3所示，安裝在建筑物上利用數(shù)字波束形成技術(shù)實(shí)現(xiàn)探測范圍全覆蓋。該天線采用市售部件，系統(tǒng)成本低，天線陣尺寸2.3×2.5 m2。固定站系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如表3所示。

圖3 安裝在建筑物上的“沉默哨兵”固定站系統(tǒng)

表3 “沉默哨兵”固定站系統(tǒng)的主要性能參數(shù)

2）快速部署系統(tǒng)

“沉默哨兵”快速部署系統(tǒng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，具備機(jī)動(dòng)、快速安裝的特性，可應(yīng)用于需要頻繁部署的軍事和科研領(lǐng)域。可利用多種照射源對空中目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)二維跟蹤和監(jiān)視、分析過程的三維跟蹤和監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)全空域連續(xù)覆蓋，系統(tǒng)配有的高速磁帶記錄系統(tǒng)使其具有全面的記錄與重放能力?！俺聊诒笨焖俨渴鹣到y(tǒng)如圖4所示。

圖4 “沉默哨兵”快速部署系統(tǒng)

“沉默哨兵”快速部署系統(tǒng)可跟蹤的目標(biāo)有固定翼軍用/民用飛機(jī)、旋翼飛機(jī)（直升機(jī)）、RPV、UAV等?！俺聊诒笨焖俨渴鹣到y(tǒng)的主要性能參數(shù)如表4所示。

表4 “沉默哨兵”快速部署系統(tǒng)的主要性能參數(shù)

2 無源探測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 直達(dá)波、地雜波和多徑雜波的抑制

無源探測系統(tǒng)利用的機(jī)會(huì)輻射源多為連續(xù)波工作體制，直達(dá)波信號幅度高，多路徑傳播效應(yīng)明顯，導(dǎo)致回波接收天線收到的雜波較強(qiáng)，回波信號和雜波信號的功率相差60～140 dB，信號經(jīng)相干匹配濾波后距離—多普勒副瓣仍然很高，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離動(dòng)目標(biāo)的微弱回波信號被淹沒，因此需要在信號處理前進(jìn)行雜波抑制才能探測到目標(biāo)。雜波抑制的方法有很多種，例如通過優(yōu)化系統(tǒng)配置、天線設(shè)計(jì)、部署位置選擇、信號處理等手段，同時(shí)結(jié)合較低的接收通道幅相誤差來克服雜波對消剩余對目標(biāo)探測性能的影響。

2.2 微弱目標(biāo)信號檢測

微弱目標(biāo)信號檢測[8]通常利用相干接收（脈沖壓縮）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測威力，需要對回波信號進(jìn)行長時(shí)間相干積累來提高信雜比。通道誤差是另一個(gè)制約雜波抑制性能的因素，因此長時(shí)間積累目標(biāo)回波信號是必需的。選擇積累時(shí)長時(shí)應(yīng)同步考慮目標(biāo)的距離走動(dòng)、多普勒走動(dòng)以及運(yùn)算復(fù)雜度與設(shè)備量的折衷等問題。

2.3 目標(biāo)定位方法

目前無源探測系統(tǒng)主要采用以下三種定位 方法：

1）雙曲面定位法：利用輻射源信號到達(dá)多個(gè)接收站的時(shí)間差進(jìn)行定位，此類定位系統(tǒng)的接收站數(shù)量應(yīng)超過四個(gè)。

2）三角形定位法：通過多個(gè)接收站測量出的目標(biāo)到達(dá)角對目標(biāo)進(jìn)行定位。

3）差分多普勒定位法：通過單個(gè)接收站相對目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多普勒頻移對目標(biāo)進(jìn)行定位。除此之外，近年來又有新的定位方法被提出，例如利用單個(gè)接收機(jī)站測量，并借助若干個(gè)虛擬的接收站在已知的不同位置上進(jìn)行多個(gè)測量，再利用三角形定位法對目標(biāo)定位，從而確定目標(biāo)的距離、航向、速度和 高度。

2.4 接收站的布置與輻射源的選取

無源探測系統(tǒng)可通過分置的多個(gè)接收站點(diǎn)對目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合探測，以提高其探測性能。無源探測的性能與接收站及輻射源位置有著極為密切的關(guān)系。如何在保證探測指標(biāo)的同時(shí)，通過優(yōu)化配置接收站點(diǎn)的幾何網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到探測性能最優(yōu)化是無源探測技術(shù)中的重要研究課題，待優(yōu)化指標(biāo)通常包括為探測威力、檢測概率、跟蹤精度等。輻射源也要盡可能選取能夠精確測知輻射源的工作頻率、相位變化規(guī)律等參數(shù)的，接收站盡可能與輻射源保持50～100 km的間距，同時(shí)頻點(diǎn)應(yīng)避免與其他輻射源重復(fù)。

3 無源探測技術(shù)的發(fā)展趨勢

無源探測技術(shù)的發(fā)展趨勢除了算法優(yōu)化，改善自身探測性能外，勢必要集眾家之長，與其他平臺和技術(shù)相融合，進(jìn)一步提升探測性能。

3.1 擴(kuò)展可用外部輻射源的種類

隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，可用于無源探測的外部輻射源數(shù)量和種類都將日漸增多。從早期的調(diào)頻廣播信號、電視廣播信號到現(xiàn)在的通信信號、衛(wèi)星信號、雷達(dá)信號，以及其他的可用輻射源。為了提高無源探測系統(tǒng)的探測能力，有必要對可用外部輻射源的種類進(jìn)行擴(kuò)展，對現(xiàn)有的無源探測方法進(jìn)行優(yōu)化，提出更加行之有效的探測方法，無源探測系統(tǒng)的信息處理能力也將成倍增加。

3.2 無源探測成像

成像技術(shù)是提升目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、識別和分析能力的重要手段之一，未來無源探測技術(shù)也將向成像領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展。由于無源探測成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)前出隱蔽探測，同時(shí)具備前向探測隱身目標(biāo)的潛力，近年來受到越來越多科研機(jī)構(gòu)的重視。無源探測成像技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問題主要包括同步技術(shù)和高分辨成像技術(shù)，目前廣大學(xué)者對無源探測成像技術(shù)進(jìn)行了初步研究，也取得了一定的成果，但仍處于初始發(fā)展階段，主要停留在理論層面，需要開展更廣泛的工程實(shí)踐探索。

3.3 不同平臺無源探測系統(tǒng)的組網(wǎng)

無源探測系統(tǒng)組網(wǎng)可以分為無源組網(wǎng)和有源無源聯(lián)合組網(wǎng)。無源組網(wǎng)可以組成一個(gè)全覆蓋的隱蔽探測網(wǎng)絡(luò)，全天候提供目標(biāo)情報(bào)信息。有源無源聯(lián)合組網(wǎng)可以綜合各自的優(yōu)點(diǎn)，利用有源探測系統(tǒng)的主動(dòng)性和無源探測系統(tǒng)的被動(dòng)帶寬工作特性，避免無線電靜默和無源探測精度不高的問題，將兩者融為一體起到取長補(bǔ)短的作用，既可以提高無源探測系統(tǒng)的利用率，也可增強(qiáng)有源探測系統(tǒng)的隱蔽性和生存能力。

4 結(jié)語

無源探測系統(tǒng)在抗電磁干擾、抗打擊摧毀、隱身目標(biāo)探測等預(yù)警探測新要求下具備獨(dú)特優(yōu)勢，得到了各軍事強(qiáng)國的廣泛關(guān)注。因此，有必要不斷跟蹤國外發(fā)展動(dòng)向，充分借鑒其研究成果，立足國內(nèi)研究基礎(chǔ)，大力發(fā)展無源探測技術(shù)，構(gòu)建有源無源組網(wǎng)綜合探測系統(tǒng)。這對于貫徹中央軍委在現(xiàn)代高技術(shù)局部戰(zhàn)爭條件下“打得贏”的決策精神，發(fā)展自己的“殺手锏”武器具有重要意義。

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Analysis and Prospect of Passive Detection Technology

ZHONG Weibin

Passive detection system mainly utilizes signals radiated by the target itself or reflected from external radiation sources for detection. It can perform covert detection tasks without radiating electromagnetic signals, naturally possessing the advantage of anti-radiation attacks. Its special working system and good detection performance make it the focus and hotspot in the field of detection technology research. The thesis introduces the main methods and research status of passive detection technology firstly, analyzes the key technologies in this field, and prospects the future development trend of passive detection technology finally.

Passive Detection System; Covert Detection; Anti-radiation Attack

TN953

A

1674-7976-(2023)-05-376-05

2023-07-06。

仲維彬（1977.05—），江蘇海安人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)樾畔⒀b備技術(shù)研究。