岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展需求和發(fā)展方向探討

錢國棟

(海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003)

岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展需求和發(fā)展方向探討

錢國棟

(海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003)

分析岸基雷達(dá)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)現(xiàn)代電子戰(zhàn)的特點及目前岸基雷達(dá)的不足，提出未來多功能相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展需求和發(fā)展方向。

多功能雷達(dá)；岸基雷達(dá)；相控陣?yán)走_(dá)

0 引 言

現(xiàn)代武器裝備飛速發(fā)展，特別是隱身飛機(jī)、掠海導(dǎo)彈、潛艇、干擾機(jī)等裝備技術(shù)的不斷提高，對岸基雷達(dá)提出了更高的要求，需要岸基雷達(dá)承擔(dān)多種功能。為了滿足這一需求，要在海岸上架設(shè)多部不同功能的雷達(dá)，導(dǎo)致了設(shè)備量大、操作復(fù)雜且多部雷達(dá)間協(xié)調(diào)和電磁兼容等方面的問題。因此，多功能雷達(dá)是未來岸基雷達(dá)的發(fā)展方向。

對于岸基雷達(dá)而言，要滿足對海、對空“全發(fā)現(xiàn)、全跟蹤、全識別”的作戰(zhàn)需求，就需要提高其搜索、跟蹤、目標(biāo)識別和“四抗”等性能。尤其要提高探測信號的信息量，從回波中提取盡可能多的有用信息，提高信息處理的能力和自動化程度,使其向多功能、高分辨率、自適應(yīng)方向發(fā)展。因此，岸基多功能雷達(dá)要能同時具備搜索、識別、跟蹤、引導(dǎo)、制導(dǎo)以及偵察和抗干擾等多種功能，可以實現(xiàn)多基地雷達(dá)來提高反隱身能力和增加低空目標(biāo)探測能力，還可以和海上友方艦船進(jìn)行信息共享。另外，岸基雷達(dá)架設(shè)高度高，可以提高對海視距，提升對海上敵方目標(biāo)警戒搜索，

雷達(dá)需要采用有源平面陣列相控陣天線、先進(jìn)的信號處理、頻率分集、脈沖壓縮、頻率捷變、邊搜索邊跟蹤、AMTI、FFT、脈沖多普勒和組網(wǎng)等多種技術(shù)來提高雷達(dá)回波信號的質(zhì)量，從而使岸基多功能雷達(dá)自身具備較好的探測、反雜波、目標(biāo)識別和精確跟蹤制導(dǎo)等能力。

1 發(fā)展現(xiàn)狀與不足

目前，岸基雷達(dá)多采用兩坐標(biāo)雷達(dá)，天線采用拋物面形式。由于方位維采用機(jī)械掃描的方式，波束不能靈活控制，形成波束個數(shù)有限，不能實時對多個目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，重要目標(biāo)出現(xiàn)或消失等情況不能得到及時發(fā)現(xiàn)。同時，對目標(biāo)的判情也只能依靠操作員的經(jīng)驗實現(xiàn)，目標(biāo)識別能力較弱。而且作為岸基雷達(dá)，不僅要觀察空中目標(biāo)，還關(guān)注海上目標(biāo)，而海上目標(biāo)具有種類多、數(shù)量大、分布密集、速度慢、動態(tài)大等特點，且易受海況、氣象、異常傳播等因素的影響，雷達(dá)的探測效能受到很大限制。

機(jī)械掃描雷達(dá)與多功能相控陣?yán)走_(dá)(有源電掃描陣列)主要性能比較如表1所示。

表1 機(jī)械掃描天線與有源電掃描陣列的性能比較

2 岸基多功能雷達(dá)發(fā)展方向探討

根據(jù)目前岸基雷達(dá)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，針對其特殊的作戰(zhàn)任務(wù)，岸基多功能雷達(dá)應(yīng)具有以下幾個主要方面的功能：強(qiáng)目標(biāo)探測能力、多種工作模式、雷達(dá)與反干擾偵察機(jī)和雷達(dá)干擾機(jī)一體化、自適應(yīng)處理能力與波束控制、寬窄帶結(jié)合的目標(biāo)識別能力、組網(wǎng)能力以及高可靠性。

2.1 強(qiáng)目標(biāo)探測能力

對于岸基多功能雷達(dá)來說，需要探測的目標(biāo)包括對海、對空兩部分?？沼蛑须s波較少，常規(guī)目標(biāo)處理起來相對容易，但對于隱身飛機(jī)、掠海彈等目標(biāo)就需要雷達(dá)采取特殊的工作模式并提高RCS較小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。另外，海域中的目標(biāo)受海雜波的影響較大，對雷達(dá)抗海雜波干擾能力也提出了更高的要求。

由于相控陣?yán)走_(dá)可以實現(xiàn)兩維相掃，采用四面陣天線，不存在機(jī)械掃描誤差，角跟蹤和距離跟蹤精度也得到提高。超高速、超大規(guī)模集成電路及四面陣相控陣天線的使用使提高信號帶寬成為可能，不僅提高了數(shù)據(jù)率，也縮小了距離量化單元，減小了測量誤差，提高了目標(biāo)的觀測能力。信號處理方面采用對海、對空分開的多通道處理方式，可探測飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈、潛望鏡等多種目標(biāo)。

2.2 多種工作模式

為了與不同的作戰(zhàn)任務(wù)相匹配，發(fā)揮裝備的最優(yōu)作戰(zhàn)效能，岸基多功能雷達(dá)應(yīng)設(shè)有多種工作模式，包括搜索、跟蹤制導(dǎo)、超視距、低截獲等。

相控陣天線陣列可同時形成多個波束，各個波束可具有不同的功率、波束寬度、駐留時間和重復(fù)頻率等，并且各個波束可以分別控制和統(tǒng)一控制。這樣，其中有些波束可用作一般搜索，有的作重點搜索，有的用來跟蹤目標(biāo)等，不但具有多種工作模式，還可以實現(xiàn)幾種工作模式同時工作。

2.3 雷達(dá)、反干擾偵察機(jī)和雷達(dá)干擾機(jī)一體化

隨著現(xiàn)代高新電子技術(shù)的發(fā)展,電子戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要樣式?，F(xiàn)代雷達(dá)面臨著“四大”威脅，即快速應(yīng)變的電子偵察及強(qiáng)烈的電子干擾，掠地、掠海能力的低空、超低空目標(biāo)，使雷達(dá)散射面積成百上千倍減小的隱身飛行器，以及快速反應(yīng)自主式高速反輻射導(dǎo)彈。這些都使雷達(dá)常規(guī)單一的反偵察、抗干擾措施不再滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)需求。

多功能相控陣?yán)走_(dá)具備波束形狀和掃描方式的可變性，在一定范圍內(nèi)工作頻率和調(diào)制方式及脈沖重復(fù)頻率和寬度也是可變的。這種方便地處理和靈活地控制，可以實現(xiàn)對主動探測、被動偵察、干擾功能進(jìn)行一體化設(shè)計。綜合運用抗干擾技術(shù)，包括雷達(dá)頻率、波束、波形、重復(fù)頻率的捷變技術(shù)，匹配濾波、相參積累、恒虛警處理(CFAR)、大動態(tài)線性檢測器、多普勒濾波技術(shù)，極化信息處理技術(shù)，超低旁瓣天線技術(shù)，多種發(fā)射波形設(shè)計技術(shù)，數(shù)字波束形成技術(shù)，以及旁瓣相消和旁瓣匿影等技術(shù)，結(jié)合被動偵察所具有的測向、測載頻、測脈內(nèi)調(diào)制等技術(shù)，實現(xiàn)干擾機(jī)利用雷達(dá)和被動偵察測得的敵方干擾機(jī)特性參數(shù)，對敵方進(jìn)行反干擾。這既提高了測定目標(biāo)參數(shù)的精度又提高了抗干擾性能。所以，相控陣?yán)走_(dá)是目前最具有抗干擾潛在性能的一種雷達(dá)體制。

2.4 自適應(yīng)處理能力與波束控制

相控陣天線波束形狀的捷變能力是實現(xiàn)自適應(yīng)空間濾波及空時自適應(yīng)處理的技術(shù)基礎(chǔ)。相控陣接收天線的信號處理屬于多通道信號處理。合理利用每個單元通道之間接收信號的時間差與相位差信息是對陣列外多輻射源來波方向定位的基礎(chǔ)，而對陣列外干擾輻射源定向是通過調(diào)整天線陣面口徑分布將相控陣接收天線波束凹口位置移動至干擾源方向的一個重要條件。數(shù)字波束形成技術(shù)的采用為各種復(fù)雜天線波束形狀的形成提供了條件。天線理論與信號處理相結(jié)合，加上各種先進(jìn)信號處理方法的應(yīng)用，使相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)獲得了新的應(yīng)用潛力。

電子計算機(jī)已成為相控陣?yán)走_(dá)的“大腦”，能根據(jù)變化多端的海情、空情實時確定雷達(dá)的最佳工作方案，以滿足各種復(fù)雜要求。例如，它能“記憶”空中原有目標(biāo)的批量及其所在軌道的參數(shù)，在發(fā)現(xiàn)新目標(biāo)后能夠同原有“記憶”數(shù)據(jù)對照后及時加以識別，并按其需要分類處理。

干擾機(jī)通常根據(jù)測得的雷達(dá)距離、方位、重復(fù)周期、天線旋轉(zhuǎn)速率等參數(shù)對雷達(dá)進(jìn)行干擾。常規(guī)兩坐標(biāo)雷達(dá)在方位上是采用機(jī)械掃描，仰角上具有較寬的波束寬度。這種體制的雷達(dá)的參數(shù)很容易被干擾機(jī)測得并實施干擾。多功能雷達(dá)在方位、仰角上進(jìn)行靈活的波束控制，讓干擾機(jī)無法準(zhǔn)確測得雷達(dá)的參數(shù)，不能對雷達(dá)進(jìn)行有效的干擾。

2.5 寬窄帶結(jié)合的目標(biāo)識別能力

目前岸基雷達(dá)主要提供目標(biāo)的距離、方位、高度(仰角)、徑向速度等一類目標(biāo)信息，不具有艦船、飛機(jī)、艦艇等目標(biāo)的自動分類和識別功能。常用的目標(biāo)識別方法主要基于人工的判別法，通過目標(biāo)的軌跡、速度、A顯上回波的結(jié)構(gòu)和跳動規(guī)律、敵我識別系統(tǒng)來粗略進(jìn)行目標(biāo)識別。這些方法決定于操縱員的熟練程度和對目標(biāo)先驗知識的了解，存在誤差大、速度慢、自適應(yīng)能力差等缺點，不適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。近年來，隨著海上商業(yè)活動日漸增多，軍事活動日益頻繁，雷達(dá)警戒范圍內(nèi)目標(biāo)數(shù)量和類型大量增加，對多功能雷達(dá)有效完成對海、對空警戒、跟蹤、制導(dǎo)和偵察任務(wù)提出了更高的要求。面對日趨復(fù)雜的目標(biāo)環(huán)境，岸基多功能雷達(dá)系統(tǒng)需要及時地對雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的分類判性，以適應(yīng)關(guān)注海域目標(biāo)的偵察、監(jiān)視等要求，滿足局部戰(zhàn)爭軍事準(zhǔn)備的需求。

寬帶/窄帶聯(lián)合識別是在多功能雷達(dá)上獲得寬帶目標(biāo)的識別特征與窄帶目標(biāo)的識別特征，經(jīng)過特征融合，實現(xiàn)目標(biāo)識別，以此提高岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)的識別能力。

2.6 組網(wǎng)能力

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，未來戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜，雷達(dá)所面臨的電子干擾和反輻射攻擊等威脅不斷增加，僅僅依靠單雷達(dá)提供探測情報已無法滿足未來信息化作戰(zhàn)的需求，難以連續(xù)探測和跟蹤現(xiàn)代飛行目標(biāo)。但是，如果針對不同類型雷達(dá)的特點，通過合理的戰(zhàn)術(shù)配置進(jìn)行組網(wǎng)，其性能是單部雷達(dá)無法比擬的。雷達(dá)通過組網(wǎng)可以擴(kuò)大系統(tǒng)時域、頻域、空域的覆蓋能力，取長補(bǔ)短，同時發(fā)揮各雷達(dá)的優(yōu)越性，實現(xiàn)信息共享，有效提高發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的速度，降低虛警、漏警，全面提高雷達(dá)在惡劣電子戰(zhàn)環(huán)境下的“四抗”能力，增強(qiáng)雷達(dá)的生存能力。

近幾十年來，世界主要軍事大國都對雷達(dá)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)開展了深入的研究，取得了大量的研究成果，并先后進(jìn)入實際應(yīng)用階段。

2.7 高可靠性

一部雷達(dá)能否發(fā)揮最大功能，除了具有多種工作體制、多種工作方式、抗干擾能力強(qiáng)等特點外，還必須具有高可靠性，保證雷達(dá)能夠長時間穩(wěn)定、可靠地工作。

推行模塊化、系列化、組合化設(shè)計技術(shù),實現(xiàn)遙控操作、遙控故障診斷,實現(xiàn)無人值守等技術(shù)，可以做到迅速替換雷達(dá)故障的模塊。天線陣列中的輻射元、發(fā)射源和電路很多也是并聯(lián)工作的，即使其中的部分組件損壞，對雷達(dá)總體性能影響也不大。通常，在工作中有少部分陣列元件損壞時天線增益、天線方向圖和方向系數(shù)受到影響的都很小。又如多部發(fā)射機(jī)工作時，部分發(fā)射機(jī)的失效也不會嚴(yán)重影響雷達(dá)工作。此外，由于大量采用低功率發(fā)射組件，且天線陣列不需要使用故障率較高的機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置，可以有效地解決高頻饋電部分的高壓擊穿問題。

3 結(jié)束語

相控陣?yán)走_(dá)自20世紀(jì)60年代誕生以來一直受到雷達(dá)行業(yè)的高度重視。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)役相控陣?yán)走_(dá)的功能有了顯著的提高。特別是21世紀(jì)以來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，相控陣?yán)走_(dá)逐漸向多功能、高性能、智能化方向發(fā)展，具有高處理能力、高可靠性、靈活的可擴(kuò)充性和易于自適應(yīng)控制的多芯片多模式雷達(dá)信號處理結(jié)構(gòu)也相繼被采用。現(xiàn)役岸基雷達(dá)將會逐步被更優(yōu)的多功能相控陣?yán)走_(dá)所替代，研制岸基多功能相控陣?yán)走_(dá)將成為目前的重要課題。

[1] 向敬成,張明友.雷達(dá)系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.5.

[2] 張光義,趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.10.

[3] 花漢兵. 雷達(dá)組網(wǎng)的特點及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2007(23).

Development demand and direction of shore-based multifunctional phased array radars

QIAN Guo-dong

(Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003)

The development status of shore-based radars is analyzed. According to the characteristics of the modern EW and the disadvantages of the current shore-based radars, the development demand and direction of the future multifunctional phased array radars are presented.

multifunctional radar; shore-based radar; phased array radar

2014-03-20；

2014-04-15

錢國棟(1982-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達(dá)總體。

TN958.92

A

1009-0401(2014)02-0011-03