新雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用對(duì)電子情報(bào)偵察技術(shù)發(fā)展的影響

李圣衍，胡 東

（南京電子技術(shù)研究所，南京 210039）

0 引 言

偵察情報(bào)技術(shù)的使用由來已久，但在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下，其發(fā)展尤其快。目前，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，偵察情報(bào)技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)涵蓋陸、海、空、天，主要有航天平臺(tái)（各類成像偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星、天基紅外系統(tǒng)等）、航空平臺(tái)（固定翼偵察機(jī)、無人偵察機(jī)、偵察飛艇等）、海上及水下平臺(tái)（海上監(jiān)視船等）、地面平臺(tái)（固定偵聽站等）。其所使用的偵察監(jiān)視傳感器包括有源雷達(dá)、信號(hào)情報(bào)偵察、光電偵察、聲學(xué)探測(cè)、輻射計(jì)等等。不同的傳感器主要針對(duì)目標(biāo)的不同物理特征來進(jìn)行偵察，其中雷達(dá)情報(bào)偵察主要偵察雷達(dá)輻射的電磁信號(hào)，是信號(hào)情報(bào)偵察中重要的一環(huán)，其通過對(duì)雷達(dá)信號(hào)的偵察可以了解雷達(dá)的工作參數(shù)、工作方式等，在戰(zhàn)時(shí)可以通過電子干擾、反輻射武器打擊使其效能下降或無法工作，這樣可以使敵人無法進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)感知或武器系統(tǒng)失靈，為打贏戰(zhàn)爭(zhēng)起到事半功倍的效果。

因此雷達(dá)情報(bào)偵察和雷達(dá)有源探測(cè)是天生的對(duì)手，兩者相輔相成，相克相生。雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展需要考慮抗截獲的需求，而雷達(dá)情報(bào)偵察需要考慮截獲和分析識(shí)別的需求。

1 新雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展概述

1.1 寬帶／超寬帶相控陣技術(shù)

目前外軍裝備的典型相控陣體制的雷達(dá)工作帶寬如表1所示。

上述雷達(dá)的工作帶寬均超過10%，甚至達(dá)到20% ～30%，帶寬的增加除了可以提升雷達(dá)抑制雜波等能力，還可以有效提高雷達(dá)抗截獲和反干擾的能力。

隨著技術(shù)的發(fā)展，以GaN和SiC器件為代表的寬禁帶器件研制這幾年獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，為研制寬帶更寬的雷達(dá)創(chuàng)造了條件。現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)研制的器件可覆蓋甚高頻（VHF）波段到S波段，可以同時(shí)滿足探測(cè)隱身目標(biāo)的能力和滿足測(cè)量精度的需要，但雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)需要進(jìn)行深入的研究。

表1 外軍典型相控陣?yán)走_(dá)的工作帶寬

1.2 雙／多基地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

雙／多基地或多基地工作體制是近年來雷達(dá)系統(tǒng)方面正在研究和發(fā)展的新體制。雙／多基地雷達(dá)可以利用目標(biāo)的側(cè)向或前向反射回波來探測(cè)目標(biāo)特性，以得到更大的雷達(dá)橫截面積（RCS）。實(shí)驗(yàn)表明，利用非后向反射探測(cè)到的RCS值要比利用后向反射測(cè)得的RCS值高約15dB，這樣在相同的探測(cè)距離下，雷達(dá)的發(fā)射功率小10dB以上。同樣采用該體制后，雷達(dá)的接收站和發(fā)射站分置，系統(tǒng)可以采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）的方式工作，發(fā)射功率大大降低。

另外，由于收發(fā)分置，干擾機(jī)無法掌握接收站的準(zhǔn)確位置，可增強(qiáng)對(duì)抗敵方定向電子干擾和欺騙干擾的能力。

1.3 一體化探測(cè)技術(shù)

美軍的機(jī)載電子任務(wù)系統(tǒng)已在F-22、F-35戰(zhàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了高度融合。在F-22“猛禽”戰(zhàn)機(jī)的探測(cè)系統(tǒng)中，AN／ALR-94電子戰(zhàn)系統(tǒng)和 AN／APG-77雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無源探測(cè)和有源探測(cè)的融合。當(dāng)敵機(jī)搜索F-22戰(zhàn)機(jī)時(shí)，AN／ALR-94系統(tǒng)先于敵機(jī)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤，然后引導(dǎo)AN／APG-77雷達(dá)進(jìn)行“猝發(fā)”方式工作，用最少的能量探測(cè)目標(biāo)。F-35戰(zhàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了綜合孔徑、綜合射頻和綜合處理3個(gè)層面的融合，高度融合的任務(wù)電子系統(tǒng)有效提高了飛行員戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的能力，增強(qiáng)了電子對(duì)抗能力。

1.4 寬帶、低副瓣相控陣天線設(shè)計(jì)技術(shù)

為了提高雷達(dá)抗截獲、反干擾的能力，相控陣?yán)走_(dá)天線在設(shè)計(jì)時(shí)，通過選擇正確的照射函數(shù)，控制影響隨機(jī)副瓣的相位誤差和幅度誤差來獲得低副瓣性能。目前在工程實(shí)踐中，通過精密的設(shè)計(jì)和加工可使相控陣的副瓣電平比主瓣峰值低50dB以上。

1.5 低截獲概率（LPI）波形設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射／接收（TR）組件適應(yīng)的信號(hào)占空比越來越大，雷達(dá)可以采用大占空比的信號(hào)設(shè)計(jì)，包括采用多相碼信號(hào)、混沌調(diào)頻信號(hào)、組合波形等，這些信號(hào)的使用，大大增加了偵察機(jī)的偵察難度，使其無法進(jìn)行“指紋識(shí)別”。

大時(shí)寬帶寬信號(hào)示意圖如圖1所示。

圖1 大時(shí)寬帶寬信號(hào)示意圖

2 雷達(dá)情報(bào)偵察技術(shù)面臨的難題

2.1 帶寬帶來的問題

電子情報(bào)偵察可以采用多種接收體制對(duì)雷達(dá)的頻率參數(shù)進(jìn)行偵察，常見的有超外差接收體制、模擬／數(shù)字信道化接收體制，數(shù)字瞬時(shí)測(cè)頻（DIFM）接收體制等，工程上采用上述體制的組合較多。為適應(yīng)信號(hào)帶寬越來越寬的雷達(dá)，電子情報(bào)偵察接收機(jī)的處理帶寬也越來越寬，據(jù)偵察接收機(jī)靈敏度公式：

式中：Be為信號(hào)處理的帶寬；F0為噪聲系數(shù)；M為識(shí)別系數(shù)。

從上述公式可以看出，處理帶寬將影響靈敏度的指標(biāo)。處理帶寬增加1倍，靈敏度下降3dB。所以對(duì)于寬帶信號(hào)偵察來說，靈敏度下降將嚴(yán)重影響偵察距離。

2.2 功率帶來的問題

一般條件下，偵察機(jī)接收的最小功率為：

式中：PtGt（θ）為雷達(dá)在接收機(jī)方向的有效輻射功率。

雷達(dá)采用低副瓣技術(shù)后，偵察機(jī)接收到的旁瓣功率大大降低，在接收靈敏度恒定的條件下，偵察距離大大縮短。比如雷達(dá)副瓣電平降低10dB，在副瓣偵察的條件下，偵察距離降低10倍。

2.3 波形帶來的問題

隨著雙／多基地等新體制雷達(dá)的應(yīng)用，雷達(dá)越來越多地采用LPI波形，包括連續(xù)波和準(zhǔn)連續(xù)波體制、大時(shí)寬帶寬編碼體制。

同時(shí)隨著大量偽隨機(jī)編碼、混沌調(diào)頻等LPI信號(hào)的運(yùn)用，現(xiàn)有偵察接收機(jī)的偵察距離也大大縮短。針對(duì)典型的LPI雷達(dá)和電子支援措施（ESM）偵察機(jī)的探測(cè)距離，可以做個(gè)比較，典型的雷達(dá)為荷蘭的“領(lǐng)航員”雷達(dá)；典型的ESM系統(tǒng)基于DIFM體制，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)見表2、表3［1］。從參數(shù)對(duì)照可以看出，“領(lǐng)航員”雷達(dá)能夠在20km內(nèi)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，而基于DIFM的ESM系統(tǒng)只能在2.5km內(nèi)檢測(cè)到“領(lǐng)航員”雷達(dá)信號(hào)。由此可見，LPI雷達(dá)使得ESM系統(tǒng)截獲其輻射功率的能力大大降低。

表2 “領(lǐng)航員”雷達(dá)參數(shù)表

表3 典型ESM系統(tǒng)參數(shù)表

2.4 信號(hào)密度帶來的問題

目前戰(zhàn)場(chǎng)上典型的信號(hào)密集度指標(biāo)如下［2］：全向的電子偵察系統(tǒng)針對(duì)全頻段（0.1～40GHz）環(huán)境，信號(hào)密集度可達(dá)100～500萬個(gè)脈沖／秒；機(jī)載電子偵察系統(tǒng)針對(duì)2～18GHz、全向環(huán)境，信號(hào)密集度可達(dá)50～100萬個(gè)脈沖／s；艦載偵察系統(tǒng)針對(duì)1～18GHz、全向環(huán)境，信號(hào)密集度可達(dá)50～100萬個(gè)脈沖／s；對(duì)于窄波束、寬頻帶搜索系統(tǒng)，信號(hào)密集度可達(dá)2～5萬個(gè)脈沖／s。

據(jù)隨機(jī)過程理論中的泊松過程定義可知，到達(dá)接收機(jī)的脈沖流可視為泊松流，泊松流的概率密度分布函數(shù)為［3］：

式中：t為分選處理時(shí)間；λ為脈沖流的到達(dá)率；n為到達(dá)的脈沖數(shù)。

這樣，在時(shí)間0～t內(nèi)到達(dá)脈沖數(shù)多于1個(gè)的概率為：

在密集的信號(hào)環(huán)境下，當(dāng)信號(hào)處理時(shí)間比脈沖到達(dá)時(shí)間間隔長(zhǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在前面脈沖還未處理完而后面的脈沖已到達(dá)的情況，后面的脈沖就會(huì)因得不到處理而丟失。

設(shè)所要處理的脈沖流的平均到達(dá)率為106脈沖／秒，處理時(shí)間為1μs，則：

脈沖丟失截獲概率為26.42%，實(shí)際工作時(shí)，單脈沖的處理時(shí)間遠(yuǎn)大于1μs，所以實(shí)際的脈沖丟失概率更大。一般為了減少脈沖丟失，信號(hào)分選器通常需要增加先進(jìn)先出（FIFO）的排隊(duì)電路，或采用高速處理電路，減少處理時(shí)間。

3 雷達(dá)情報(bào)偵察技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

為了適應(yīng)越來越密集、復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境，解決寬帶、低功率、低信噪比檢測(cè)的問題，必須大力發(fā)展寬帶檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)，提高信號(hào)的測(cè)量精度和自動(dòng)識(shí)別能力，縮短響應(yīng)時(shí)間。

（1）寬帶數(shù)字接收技術(shù)

數(shù)字化接收具備將雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采集和存儲(chǔ)的能力，為采用各種復(fù)雜的檢測(cè)算法對(duì)負(fù)信噪比條件下檢測(cè)雷達(dá)信號(hào)及非雷達(dá)信號(hào)提供基礎(chǔ)。寬帶微波數(shù)字化接收技術(shù)是解決低截獲概率信號(hào)、微弱信號(hào)探測(cè)的有效途徑。寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)既有高截獲概率的特點(diǎn)，又發(fā)揮了數(shù)字化接收機(jī)在信號(hào)處理方面的優(yōu)勢(shì)。目前模／數(shù)轉(zhuǎn)換采樣率可以達(dá)5GHz／s，處理帶寬可達(dá)2GHz，劃分若干子信道進(jìn)行覆蓋，既滿足瞬時(shí)覆蓋的要求，又能適應(yīng)最小脈寬的要求，同時(shí)采集端前移，降低了噪聲系數(shù)。采用先進(jìn)的算法可實(shí)現(xiàn)低信噪比檢測(cè)。應(yīng)該說數(shù)字化接收技術(shù)是偵察系統(tǒng)中需要重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（2）大動(dòng)態(tài)接收處理技術(shù)［4］

隨著空間電磁信號(hào)越來越密集，大信號(hào)、小信號(hào)同時(shí)到達(dá)接收機(jī)的可能性越來越大。如果接收機(jī)動(dòng)態(tài)不夠，將存在大信號(hào)壓制小信號(hào)的情況，檢測(cè)時(shí)將造成信號(hào)丟失。目前比較有效的解決途徑是在接收機(jī)的前端盡量按頻率或方位稀釋信號(hào)，但一般是以設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)，所以采用新的接收技術(shù)對(duì)同時(shí)到達(dá)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)是需要研究的課題之一。

（3）“指紋”識(shí)別技術(shù)［5］

電子“指紋”分析將使電子偵察觸覺更敏銳，對(duì)LPI波形的雷達(dá)信號(hào)偵察具有重大意義。目前的研究包括電子指紋存在的機(jī)理、分析提取電子“指紋”的方法。電子“指紋”識(shí)別是一項(xiàng)復(fù)雜甚至模糊的推理、判斷過程，研究的方向如下：首先要建立輻射源個(gè)體指紋識(shí)別庫(kù)，經(jīng)過論證、測(cè)試給出輻射源個(gè)體指紋參數(shù)可識(shí)別的最優(yōu)容差范圍，在此基礎(chǔ)上建立置信度評(píng)估模型，建立“指紋”識(shí)別專家系統(tǒng)。

（4）海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)［5］

未來戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境將具有極高的信號(hào)密度，而且由于新體制雷達(dá)大量涌現(xiàn)，各種功能和體制的雷達(dá)組合使用及無意／有意干擾的影響，使得電子偵察設(shè)備的信號(hào)分選和識(shí)別面臨極大的困難和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在高密度復(fù)雜信號(hào)環(huán)境下對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分選識(shí)別是雷達(dá)信號(hào)偵察技術(shù)的重要研究課題。目前主要考慮的技術(shù)途徑包括：改進(jìn)、優(yōu)化信號(hào)分選和信號(hào)識(shí)別算法，提高對(duì)信號(hào)稀釋、歸類、去交錯(cuò)處理能力，采用先進(jìn)的并行處理硬件架構(gòu)，提高偵察設(shè)備的運(yùn)算吞吐能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雷達(dá)偵察技術(shù)的發(fā)展和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展是一對(duì)孿生兄弟，雷達(dá)的發(fā)展必然帶動(dòng)偵察技術(shù)的進(jìn)步。大量新體制雷達(dá)、新型雷達(dá)處理技術(shù)的應(yīng)用，使得偵察設(shè)備面臨嚴(yán)酷的電磁環(huán)境，這就需要偵察設(shè)備具備高靈敏度、大動(dòng)態(tài)、低信噪比檢測(cè)能力，具備大容量數(shù)據(jù)快速處理能力，具備脈內(nèi)特征識(shí)別的能力等等。目前有些關(guān)鍵技術(shù)需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，有些關(guān)鍵技術(shù)需要突破原有的體制，需要通過相應(yīng)的研究突破關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸技術(shù)。

［1］ 曹軍亮.低截獲概率雷達(dá)在反ESM系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.艦船電子對(duì)抗，2010，33（2）：20-23.

［2］ 上官晉太.高密度信號(hào)重頻分選的若干問題研究［J］.山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6）：51-55.

［3］ 承德保.現(xiàn)代雷達(dá)反對(duì)抗技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

［4］ 熊群力，陳潤(rùn)生，楊小牛，等.綜合電子戰(zhàn)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

［5］ 雷厲，石星，呂澤均，等.偵察與監(jiān)視［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.