提升岸基對(duì)海雷達(dá)綜合效能的幾點(diǎn)思考

葉顯武

(海裝上海局駐南京地區(qū)第二軍事代表室,南京 211153)

0 引 言

對(duì)雷達(dá)綜合效能的定義和內(nèi)涵界定目前有不同的關(guān)注角度和描述方式[1],相關(guān)研究的重點(diǎn)集中于雷達(dá)的探測效能和復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性[2-3],而對(duì)人機(jī)結(jié)合和戰(zhàn)場生存等關(guān)注較少。

本文從實(shí)際作戰(zhàn)使用需求出發(fā),將雷達(dá)綜合效能定義為雷達(dá)完成使命任務(wù)所需多種能力的滿足程度,包括探測效能和作戰(zhàn)適用性兩個(gè)部分:探測效能主要指雷達(dá)搜索跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、情報(bào)處理等方面的功能性能;作戰(zhàn)適用性主要指雷達(dá)人機(jī)結(jié)合和適應(yīng)戰(zhàn)場的能力。岸基對(duì)海雷達(dá)的主要使命任務(wù)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)、穩(wěn)定跟蹤、正確識(shí)別海面不同尺度和運(yùn)動(dòng)特征的目標(biāo),同時(shí)兼顧低空目標(biāo)探測,及時(shí)完成重點(diǎn)目標(biāo)信息的錄取上報(bào),其綜合效能即該型雷達(dá)完成該使命任務(wù)所需的探測效能和作戰(zhàn)適用性的滿足程度。具體而言,岸基對(duì)海雷達(dá)的探測效能主要指對(duì)海目標(biāo)的探測識(shí)別能力、對(duì)低空目標(biāo)的探測識(shí)別能力和情報(bào)顯控處理能力,作戰(zhàn)適用性主要指人機(jī)交互等作戰(zhàn)使用適用性、自然和對(duì)抗環(huán)境下的作戰(zhàn)環(huán)境適用性和維修保障等作戰(zhàn)保障適用性。

隨著器件、算法和通用計(jì)算平臺(tái)等軟硬件技術(shù)的快速迭代升級(jí),岸基對(duì)海雷達(dá)正在向數(shù)字化、智能化和集成化方向發(fā)展,取得了長足的進(jìn)步,但和實(shí)際作戰(zhàn)使用需求相比,岸基對(duì)海雷達(dá)效能在某些方面還存在一些不足,如自動(dòng)錄取、目標(biāo)識(shí)別、探測能力評(píng)估和戰(zhàn)場生存能力等,需要改進(jìn)提高。

1 探測效能

1.1 自動(dòng)錄取

岸基對(duì)海雷達(dá)通常架設(shè)在海邊高處,重點(diǎn)探測視距以內(nèi)的海面和低空目標(biāo),這種部署場景給雷達(dá)探測帶來了較大的難度,主要表現(xiàn)為以下兩方面:

一是近海往往有大量的漁船、商船等民用目標(biāo),這些目標(biāo)尺度相差大、運(yùn)動(dòng)速度快慢不一,再加上不同海情下海雜波的影響,要在這樣的背景條件下及時(shí)發(fā)現(xiàn)、穩(wěn)定跟蹤和正確識(shí)別軍船等重點(diǎn)目標(biāo),難度很大;

二是雷達(dá)架設(shè)在海邊,處于岸海交接處,岸邊的建筑、植被等地物和近海的錨地、養(yǎng)殖場、島嶼等給雷達(dá)探測增加了難度。特別是近年來,海上風(fēng)電場快速發(fā)展,在沿海布設(shè)的點(diǎn)位和面積持續(xù)快速增加,給雷達(dá)探測增加了新的不利因素。

為了在這樣的復(fù)雜環(huán)境下有效探測目標(biāo),岸基雷達(dá)一般采取自動(dòng)和人工相結(jié)合的目標(biāo)錄取方式,由操作人員根據(jù)視頻回波完成航跡起始和過程補(bǔ)點(diǎn),其他工作由雷達(dá)自動(dòng)完成。這種工作方式對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和操作水平提出了很高的要求。在某些近海海域,雷達(dá)探測范圍內(nèi)常常有數(shù)百批大小不同的目標(biāo),包括停泊、切向行駛、航跡交叉、航跡遮擋等多種復(fù)雜情形,要求操作人員在真假目標(biāo)回波信號(hào)密集的顯控終端,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和錄取新出現(xiàn)目標(biāo)、正確處理航跡交叉時(shí)的混批和航跡遮擋時(shí)的跟蹤不連續(xù)等問題,難度很大。即使是經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練、具備長期操作經(jīng)驗(yàn)的操作人員,也難免出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、處置不當(dāng)?shù)葐栴},導(dǎo)致探測效果受影響。而且,這種工作方式要求操作人員始終保持非常專注的狀態(tài),精神高度集中,手眼密切配合,工作負(fù)荷很重,容易因疲勞影響長時(shí)間工作的質(zhì)量。

少人化乃至無人化是雷達(dá)發(fā)展的重要方向,自動(dòng)錄取是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的前提之一。事實(shí)上,導(dǎo)航雷達(dá)因?yàn)槠涮囟ǖ氖褂脠鼍?早已實(shí)現(xiàn)了無人值守。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄取的關(guān)鍵是要解決好3個(gè)問題:雜波抑制、雜波剩余中目標(biāo)的正確發(fā)現(xiàn)以及目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤。其中第一個(gè)問題和雷達(dá)軟硬件都密切相關(guān),硬件上需要選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l段、極化方式、波束寬度、信號(hào)帶寬等,軟件上需要根據(jù)雜波特征采取適當(dāng)?shù)男盘?hào)形式和處理方式[4]。雜波抑制得越好,后續(xù)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)和跟蹤就越容易做好。第二、第三個(gè)問題主要和雷達(dá)軟件算法有關(guān),關(guān)鍵是解決好剩余雜波中的真假目標(biāo)回波分辨問題,以降低虛警率和誤相關(guān)率。

對(duì)于岸基對(duì)海雷達(dá)而言,要解決好上述問題,除了常規(guī)手段外,還應(yīng)該充分利用一個(gè)重要的有利條件,就是該類型雷達(dá)都架設(shè)在固定地點(diǎn)、觀測的是固定海域。這意味著雷達(dá)所面對(duì)的地理環(huán)境、氣象水文環(huán)境和部分目標(biāo)的特征一定程度上是已知的,可以更精確地統(tǒng)計(jì)獲取海雜波和氣象雜波特征等信息,以完善相關(guān)算法。出于狀態(tài)控制的考慮,架設(shè)在不同地點(diǎn)的同型號(hào)岸基對(duì)海雷達(dá)的軟硬件狀態(tài)往往都要求一致,但也可以考慮根據(jù)各架設(shè)點(diǎn)情況,從軟件上做精細(xì)化的適配工作,實(shí)現(xiàn)更好的探測效果。人工智能技術(shù)也可用于改進(jìn)自動(dòng)錄取水平,文獻(xiàn)[5]、[6]將航跡起始問題轉(zhuǎn)換為真假航跡的二分類問題,應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)方法,提高了航跡起始概率,并降低了虛警率。

1.2 目標(biāo)識(shí)別

岸基對(duì)海雷達(dá)雖然需要全面掌握任務(wù)海域的目標(biāo)態(tài)勢,但核心任務(wù)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤重要敏感目標(biāo)以支持作戰(zhàn)決策,因而在同時(shí)存在的數(shù)百批目標(biāo)中正確識(shí)別該類型目標(biāo)至關(guān)重要。岸基對(duì)海雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別一般采用內(nèi)外部信息結(jié)合進(jìn)行綜合識(shí)別:外部信息包括AIS信息、IFF信息、電子偵察信息、外部通報(bào)信息、光電圖像信息等;內(nèi)部信息包括窄帶回波信息、寬帶一維距離像信息等。利用這種識(shí)別方式,平時(shí)可以識(shí)別大部分目標(biāo)類型,但并不能完全滿足任務(wù)要求,原因主要有3點(diǎn):一是重要敏感目標(biāo)往往缺少AIS、IFF等外部信息;二是窄帶回波信息量有限,只能用于粗分類或輔助識(shí)別;三是寬帶一維距離像信息受到數(shù)據(jù)庫和分類算法的制約,識(shí)別正確率存在不確定性。另外,有些雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別仍采用手動(dòng)、逐個(gè)識(shí)別的方式,效率低,容易忽略重要敏感目標(biāo)。

正確識(shí)別目標(biāo)是作戰(zhàn)決策的重要前提,也是岸基對(duì)海雷達(dá)需要重點(diǎn)提升的方面之一。提高識(shí)別正確率的途徑不外乎兩個(gè):一是增加識(shí)別可利用的信息來源和質(zhì)量;二是提高利用信息進(jìn)行識(shí)別的水平。對(duì)于重要敏感目標(biāo),AIS、IFF等對(duì)方配合信息往往不可得或不可信,只能依靠增加主被動(dòng)探測手段增加識(shí)別信息來源,如電子偵察、通信偵察和光電探測信息等。但光電探測受環(huán)境影響大、探測距離受限,電子偵察和通信偵察信息只有在對(duì)方電子裝備工作時(shí)才有可能獲取,都存在比較大的不確定性。能夠由我方控制的主要識(shí)別信息來源是窄帶回波信息和寬帶一維距離像,獲取和利用好這些信息是提高岸基對(duì)海雷達(dá)敏感目標(biāo)識(shí)別能力的關(guān)鍵,其他信息可作為輔助識(shí)別信息。

目前,雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別有基于回波起伏和調(diào)制譜特征、基于極點(diǎn)分布特征、基于高分辨力雷達(dá)成像特征和基于極化特征的多種目標(biāo)識(shí)別技術(shù)[7],基本識(shí)別流程一般由特征信號(hào)提取、特征空間變換和分類器等組成[8],識(shí)別正確率最高可達(dá)到90%以上。但由于岸基對(duì)海雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別是要從海上各種艦船目標(biāo)中識(shí)別出其具體類型,上述識(shí)別技術(shù)中可能只有高分辨力雷達(dá)成像特征技術(shù)最適用,窄帶回波信息只能用于提供輔助識(shí)別。

此外,由于岸基對(duì)海雷達(dá)固定架設(shè),目前基于ISAR二維圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的技術(shù)尚不成熟,比較可行的是利用寬帶一維像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。常用的寬帶一維像目標(biāo)識(shí)別方法主要有相關(guān)濾波方法、模糊模式識(shí)別方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法、支持向量機(jī)識(shí)別方法和數(shù)據(jù)融合方法等[9-10],目前發(fā)展最快的是利用深度學(xué)習(xí)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別[11-12],已經(jīng)具有很好的識(shí)別正確率,可考慮將其嘗試應(yīng)用于岸基對(duì)海雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別。利用一維距離像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別要解決的另一個(gè)重要問題就是識(shí)別和作戰(zhàn)過程的結(jié)合。最理想的情況是對(duì)每一個(gè)探測發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)都進(jìn)行識(shí)別,但形成一維距離像需要特殊的信號(hào)形式和工作方式,會(huì)占用雷達(dá)資源,需要權(quán)衡對(duì)雷達(dá)其他性能造成的影響。解決這個(gè)問題的途徑有兩個(gè):一是雷達(dá)設(shè)置單獨(dú)的用于目標(biāo)識(shí)別的寬帶硬件通道和處理通道,與目標(biāo)探測獨(dú)立,協(xié)同工作互不影響;二是按照一定的準(zhǔn)則對(duì)已發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行粗分類或威脅判斷后,只針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行一維距離像識(shí)別。無論采用哪種方式,識(shí)別都應(yīng)該自動(dòng)進(jìn)行,并及時(shí)標(biāo)識(shí)識(shí)別結(jié)果,提示識(shí)別出的敏感目標(biāo)。

2 作戰(zhàn)適用性

2.1 作戰(zhàn)使用適用性

與技術(shù)說明書給出的典型場景下的戰(zhàn)技指標(biāo)相比,雷達(dá)對(duì)特定目標(biāo)的探測能力受內(nèi)外部多種因素影響:內(nèi)部影響因素主要有輻射功率、天線增益和接收靈敏度等,外部影響因素主要有氣象、水文和干擾等。這些因素的組合變化可能造成雷達(dá)探測性能發(fā)生顯著變化,特別是當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電磁干擾和大氣波導(dǎo)等特殊情形時(shí),雷達(dá)的探測能力可能和正常水平有數(shù)量級(jí)的差別。及時(shí)獲取這些影響因素,并通過分析處理,讓指揮員和操作員動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確地掌握雷達(dá)當(dāng)前的探測能力,對(duì)岸基對(duì)海雷達(dá)的作戰(zhàn)使用有重要意義。

內(nèi)部影響因素可以通過雷達(dá)的BIT功能來獲取,外部影響因素的獲取有兩種途徑:一是可以通過雷達(dá)自身感知,如外部干擾信息;二是通過外部渠道獲取,如氣象水文信息。獲取這些內(nèi)外部信息后,可以基于雷達(dá)探測性能評(píng)估模型,通過計(jì)算和校準(zhǔn)預(yù)測雷達(dá)針對(duì)各類目標(biāo)的探測性能[13]。對(duì)于岸基對(duì)海雷達(dá),還有一個(gè)很方便有效的方法預(yù)測雷達(dá)當(dāng)前的探測性能,就是利用探測范圍內(nèi)的固定目標(biāo),如島嶼、燈塔等?？梢岳霉潭繕?biāo)已知的位置信息,校正雷達(dá)的距離、方位精度,還可以結(jié)合距離和信噪比信息預(yù)測雷達(dá)的威力。

為了更好地支持作戰(zhàn)使用,雷達(dá)的能力預(yù)測應(yīng)該與作戰(zhàn)使用流程密切配合,支持預(yù)警探測方案制定、預(yù)警探測資源調(diào)度、顯示控制等環(huán)節(jié)工作高效開展。

2.2 作戰(zhàn)環(huán)境適應(yīng)性

復(fù)雜電磁環(huán)境是電子裝備實(shí)戰(zhàn)必須面對(duì)的考驗(yàn),為了提高實(shí)戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)效能,岸基對(duì)海雷達(dá)必須具備良好的干擾感知和對(duì)抗能力。

除了在單裝層面采取反異步、頻率捷變、窄脈沖剔除、副瓣匿影等常規(guī)抗干擾措施外,重點(diǎn)要加強(qiáng)體系層面的措施,如利用電子偵察信息輔助雷達(dá)頻率捷變,利用不同頻段雷達(dá)協(xié)同工作增加對(duì)方偵察難度、降低干擾功率密度,利用多源信息融合提高目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率、改善跟蹤連續(xù)性,利用干擾源測角和多點(diǎn)交叉定位進(jìn)行目標(biāo)跟蹤等。這些措施要求多方協(xié)同,對(duì)作戰(zhàn)指揮、資源調(diào)度、信息處理等有較高的要求,必須通過試驗(yàn)探索建立協(xié)同流程,并模擬實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗場景反復(fù)演練進(jìn)行改進(jìn)完善,才能在實(shí)戰(zhàn)時(shí)有效運(yùn)用。

岸基對(duì)海雷達(dá)因?yàn)殚L年架設(shè)在固定地點(diǎn),其位置信息很可能已被敵方事前掌握,戰(zhàn)時(shí)面臨的生存威脅巨大,其中主要威脅是反輻射導(dǎo)彈攻擊和無人機(jī)自殺式攻擊。對(duì)于反輻射導(dǎo)彈,誘餌是對(duì)抗的有效手段。戰(zhàn)時(shí)應(yīng)為岸基對(duì)海雷達(dá)配備并正確布設(shè)仿真度高的主動(dòng)誘餌[14-15],與雷達(dá)協(xié)同工作,誘使來襲導(dǎo)彈襲擊錯(cuò)誤目標(biāo),保護(hù)高價(jià)值雷達(dá)目標(biāo)。無人機(jī)自殺式攻擊隱蔽性強(qiáng)、成本低,發(fā)現(xiàn)和對(duì)抗難度大,是對(duì)海雷達(dá)實(shí)戰(zhàn)面臨的最大生存威脅。雖然岸基對(duì)海雷達(dá)的主要探測對(duì)象為海面目標(biāo),但為了對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈和無人機(jī)的攻擊,應(yīng)重視并提高對(duì)該類型目標(biāo)的探測跟蹤能力,并通過自身采取誘偏、靜默、干擾等措施進(jìn)行應(yīng)對(duì),及時(shí)將相關(guān)信息上報(bào),從體系層面采取對(duì)抗措施。

3 結(jié)束語

岸基對(duì)海雷達(dá)是海戰(zhàn)場預(yù)警探測體系的最后端,是海戰(zhàn)場預(yù)警探測體系的重要組成部分,從實(shí)戰(zhàn)角度審視發(fā)現(xiàn)和持續(xù)改進(jìn)其效能的薄弱環(huán)節(jié),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。除了通常關(guān)注的雷達(dá)探測發(fā)現(xiàn)能力外,尤其要關(guān)注平時(shí)如何在眾多目標(biāo)中識(shí)別發(fā)現(xiàn)敏感目標(biāo),在戰(zhàn)時(shí)如何適應(yīng)復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境并提高生存能力。只有解決好這兩個(gè)問題,岸基對(duì)海雷達(dá)才能完成好自己承擔(dān)的使命任務(wù)。