近岸目標(biāo)探測的發(fā)展趨勢?

吳 帥 謝春思 李進軍 李 強

（1.海軍大連艦艇學(xué)院研究生管理大隊 大連 116018）（2.海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈與艦炮系 大連 116018）

1 引言

近岸目標(biāo)的精確探測對渡海登島作戰(zhàn)有著極其重要的作用，然而復(fù)雜的地理背景給探測和識別帶來了很大的難度。與遠海探測不同，近岸目標(biāo)探測的背景不再是以單一的海面為背景，而是更加復(fù)雜的地理背景。島嶼，海岸及大陸交織在一起，為目標(biāo)的探測帶來了不小的困難，同時，近岸的商船、漁船等非軍事目標(biāo)也會對目標(biāo)的探測帶來干擾，加大了對近岸目標(biāo)探測的難度［1］。由于近岸作戰(zhàn)的復(fù)雜性的地理背景，常規(guī)的探測技術(shù)已經(jīng)不能滿足精準(zhǔn)探測和識別的要求。目前解決近岸目標(biāo)探測問題，主要有紅外成像技術(shù)、復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)、人在回路技術(shù)等，這些技術(shù)各有利弊，仍然需要更加先進的探測、制導(dǎo)技術(shù)來滿足復(fù)雜環(huán)境下的對近岸目標(biāo)的探測。

2 近岸目標(biāo)探測存在的困難

近岸海域背景的復(fù)雜多變，給近岸探測目標(biāo)帶來了異常的困難。在遠海作戰(zhàn)時，艦船在廣闊的航洋中，目標(biāo)的背景單一，雷達回波明晰，目的性強，很容易從海洋背景下探測和識別，而在近岸海域的環(huán)境，岸島背景復(fù)雜，軍用船只與民用船只混雜在一起，雷達回波干擾嚴(yán)重，很難從這樣復(fù)雜的背景中提取到目標(biāo)艦船信息?？偟膩碚f，對近岸目標(biāo)的探測主要存在以下幾個難點。

2.1 岸島復(fù)雜的地理環(huán)境

近岸地理環(huán)境復(fù)雜多變，有毗鄰的港灣，星星點點的島嶼，高低起伏的山峰，茂密綿延的森林以及不同質(zhì)地的陸地等自然背景，還有岸邊的各種設(shè)施，林立的高樓、營區(qū)、碼頭等人工建筑［2］。這些物體構(gòu)成了近岸復(fù)雜的地理背景。并且，不同材質(zhì)的物理背景對雷達回波信號都會帶來不同程度的影響。在近岸地區(qū)，小坡度、低地勢的沙土對雷達回波的信號較弱，而懸崖、礁石、高大的建筑物則將會形成強雜波背景。消除復(fù)雜多變的地理背景帶來的強雜波干擾，是近岸目標(biāo)探測的重難點之一。

2.2 對港灣內(nèi)目標(biāo)的探測與識別

近海岸的地勢千變?nèi)f化，帶來的探測難度也是各有差異。其中最為復(fù)雜的也是最難探測和識別的就是對港灣內(nèi)的敵船的識別。復(fù)雜的陸地背景本來就給探測帶來了不小的難度，如果目標(biāo)進入了港灣內(nèi)，狹窄的海道，林立的峭壁將是所探測目標(biāo)天然的屏障，將使得其更好地隱匿其中。如何從狹窄的海灣這樣的地理背景中提取目標(biāo)船只的信息，也是對近岸目標(biāo)探測和識別的一個挑戰(zhàn)。

2.3 民用船只的干擾

近岸目標(biāo)探測的困難除了地形復(fù)雜外，還有就是近岸民用船只較多，目標(biāo)密集。在近岸目標(biāo)探測和識別的過程中，停泊在碼頭或者是低速行駛的商船、游船或者漁船，都會加大對目標(biāo)艦船的探測和識別的難度。此外，對我方艦艇有威脅的目標(biāo)也可能藏匿其中。如何從魚龍混雜的眾多目標(biāo)中分辨出要跟蹤和打擊的軍事目標(biāo)，是一個亟待解決的重要問題。面臨密集的目標(biāo)環(huán)境，傳統(tǒng)的雷達導(dǎo)引頭將變得無所適從，貿(mào)然攻擊可能會誤傷中立或民用目標(biāo)，引發(fā)不必要的麻煩，放棄攻擊又將貽誤戰(zhàn)機，使目標(biāo)得以逃脫。此時，需要更加先進的探測技術(shù)，從眾多的干擾目標(biāo)中準(zhǔn)確地分辨出有價值的目標(biāo)。

3 國內(nèi)外對近岸目標(biāo)探測的技術(shù)

由于近岸復(fù)雜多變的物理背景，所以針對不同的物理背景，應(yīng)該實行不同的探測方式，使得探測效果達到最佳。適用于深海的一些探測方法在近岸目標(biāo)探測已經(jīng)不再適用。例如，在遠海探測時，當(dāng)導(dǎo)彈丟失最初的跟蹤目標(biāo)后，它會自動在該海域重新搜索，以便可以重新捕獲目標(biāo)或者找到另外合適的目標(biāo)，然而，近岸目標(biāo)探測時，重新捕獲的目標(biāo)可能是錯誤的，再捕獲的難度也會大許多。此時，需要適用于近岸探測的探測方式和更加前沿的科學(xué)技術(shù)來解決對岸探測和識別的問題。目前，對于近岸探測的技術(shù)主要有紅外成像/人在回路組合制導(dǎo)、紅外成像/雷達組合制導(dǎo)、合成孔徑雷達等探測技術(shù)，還有針對岸島和雷達的特性采用的針對性的戰(zhàn)術(shù)。

3.1 紅外成像/人在回路組合制導(dǎo)

紅外成像制導(dǎo)技術(shù)主要是利用目標(biāo)本身發(fā)出的紅外輻射對目標(biāo)進行探測和跟蹤。紅外成像導(dǎo)引頭主要由紅外成像器、信息處理機、隨動穩(wěn)像平臺、上位機接口和配套電路等組成［3］。作為一種光學(xué)探測設(shè)備，紅外成像導(dǎo)引頭可以在復(fù)雜地物環(huán)境下，有效區(qū)分出陸岸目標(biāo)和海上艦船，對陸岸復(fù)雜背景下停泊或航行的艦船具備很高的分辨能力；且具有抗干擾能力強、能夠夜間和準(zhǔn)全天候使用的優(yōu)點，但是探測距離有限，對于天氣的要求較高，雨天、霧天都會對探測效果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。而采用人在回路控制技術(shù)，通過雙向武器數(shù)據(jù)鏈完成目標(biāo)的識別和捕捉。人在回路控制技術(shù)可以在復(fù)雜背景下完成目標(biāo)的捕獲，并且可以用來對付移動目標(biāo)和實時評估戰(zhàn)場毀傷情況，但是人在回路控制增加了武器控制員的負(fù)擔(dān)并增加了控制平臺的危險系數(shù)。紅外成像加人在回路技術(shù)提高了對近岸目標(biāo)的探測能力，但是，對系統(tǒng)操作人員的素質(zhì)要求較高，同時仍然會受到天氣的一定影響，并且彈用數(shù)據(jù)鏈會成為對抗干擾破壞的重要環(huán)節(jié)。

3.2 雷達/紅外成像復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)

雷達/紅外成像復(fù)合制導(dǎo)是滿足在擁擠的海岸環(huán)境內(nèi)，高度準(zhǔn)確選擇目標(biāo)需要的成本最低、風(fēng)險最小的方法。其中，雷達導(dǎo)引頭可以全天候使用并且具備較高的距離分辨力，可以準(zhǔn)確獲取目標(biāo)的距離信息；紅外成像導(dǎo)引頭對于復(fù)雜背景下的目標(biāo)具有較高的分辨力，能有效解決近岸港內(nèi)背景中目標(biāo)的檢測識別難題［4～7］。雷達/紅外成像復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的關(guān)鍵是紅外成像導(dǎo)引頭圖像處理算法、雙模導(dǎo)引頭信息融合方法以及彈載任務(wù)計算機任務(wù)調(diào)度算法研究。對近岸目標(biāo)的精準(zhǔn)探測，必須充分發(fā)揮兩種探測器在彈載任務(wù)計算機的控制下協(xié)同工作，充分利用兩種探測器獲取的空間、時間、頻譜等多維的特征信息進行數(shù)據(jù)融合處理，完成對干擾模式的識別和對抗場景的分析判斷。

3.3 合成孔徑雷達導(dǎo)引頭

合成孔徑技術(shù)利用雷達與目標(biāo)的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑，通過對所獲取信號進行存儲和專門處理，能夠獲得良好的角度分辨力［8］。與電視成像和紅外成像相比，合成孔徑雷達的優(yōu)點是可以在各種不利天氣條件下成像，成像的結(jié)果可以用于分辨海上多目標(biāo)，同時，可以提供目標(biāo)的位置、距離、方位信息。但是，合成孔徑雷達的分辨率越高，掃描的天線波束就越窄，掃描成像的空間就越有限。

3.4 針對性的探測技術(shù)

近岸地形的復(fù)雜程度，會給雷達的探測帶來不同程度的影響。針對不同的地形，探測的方式也各不相同，對于有港灣的地形和一般的海岸探測雷達的開機距離及雷達的搜索扇面都有所調(diào)整。在科學(xué)技術(shù)水平有限的情況下，面對不同的地形針對性的探測方式能夠有效地減少復(fù)雜的背景帶來的雜波影響。

3.4.1 對海灣內(nèi)目標(biāo)的探測

考慮到近岸復(fù)雜的地理背景對雷達探測帶來的影響，針對不同的地貌特征應(yīng)用不同的探測技術(shù)，能夠巧妙地避開復(fù)雜背景帶來的雜波影響，從而實現(xiàn)對目標(biāo)有效的探測。

對近岸海灣內(nèi)的目標(biāo)進行探測，如圖1所示的DABCE海灣，海灣內(nèi)有目標(biāo)M，在雷達自導(dǎo)頭最大作用距離L內(nèi)岸邊反射對自導(dǎo)頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)無影響的區(qū)域為AOB，此時，為了避開近岸反射的影響，雷達自導(dǎo)頭的搜索角β應(yīng)小于∠AOB，同時需要滿足AB≥2L?tan) 2，也就是要求海灣比較開闊，導(dǎo)彈才能發(fā)現(xiàn)海灣內(nèi)的目標(biāo)M。這樣的探測方法只能探測到靠近海岸的目標(biāo)，對海灣內(nèi)部的目標(biāo)的探測仍然存在困難［9］。

圖1 雷達對港灣目標(biāo)的探測

3.4.2 對近岸目標(biāo)的探測

反艦導(dǎo)彈對在近岸海域航行艦船探測時，為使導(dǎo)彈有效探測到在近岸航行艦船，必須使導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達只捕捉預(yù)定目標(biāo)，而不捕捉海岸。導(dǎo)彈對海岸附近目標(biāo)進行探測時，影響導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)的因素主要有：目標(biāo)到海岸的距離、末制導(dǎo)雷達搜索區(qū)的大小和導(dǎo)彈自控終點的散布特性等。其中用于衡量導(dǎo)彈攻擊近岸目標(biāo)能力的主要指標(biāo)是：導(dǎo)彈既能有效捕捉到海上目標(biāo)，而又不捕捉到海岸的目標(biāo)到海岸最小距離Rmin。圖2反艦導(dǎo)彈對近岸目標(biāo)的探測。當(dāng)導(dǎo)彈飛到自控終點，末制導(dǎo)雷達開機搜索目標(biāo)，以雷達開機后在方位上搜索一周也捕捉不到海岸，此時目標(biāo)到海岸距離，作為目標(biāo)到海岸的最小距離。導(dǎo)彈在實施近岸攻擊時，只能攻擊在最小距離以外航行的目標(biāo)艦船。其模型如圖2所示，以海岸面向目標(biāo)一側(cè)的兩個最外突出點作一直線L作為基線，取目標(biāo)到基線L的距離MD，作為目標(biāo)到近岸的距離，要保證導(dǎo)彈在搜索一個周期后，其搜索區(qū)仍不與近岸接觸，則目標(biāo)到近岸的距離R=MD 應(yīng)大于 ME ，根據(jù)計算條件 Rmin=ME［10～11］。

圖2 雷達對近岸目標(biāo)的探測

4 近岸探測的發(fā)展趨勢

在近岸復(fù)雜環(huán)境的干擾下，完成對目標(biāo)的探測，并且能夠從密集的多目標(biāo)的環(huán)境中選中理想目標(biāo)，進行實時跟蹤，對目前的雷達的探測技術(shù)是一個很大的挑戰(zhàn)，仍然需要不斷的探索和研究。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，更多先進的科學(xué)技術(shù)必將應(yīng)用于雷達探測領(lǐng)域。雷達對近岸的探測將向著細(xì)微化、模塊化、智能化方向發(fā)展，使探測更加的高效、精確。

4.1 微系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

微系統(tǒng)是以微電子、光電子、微機電系統(tǒng)（MEMS）為基礎(chǔ)，結(jié)合體系架構(gòu)和算法，運用維納系統(tǒng)工程方法，將傳感、通信、處理、執(zhí)行、微能源等功能單元，在維納尺度上采用異構(gòu)、異質(zhì)等方法集成在一起的微型系統(tǒng)［12～14］。微系統(tǒng)可以大大減小雷達的體積，提高集成度，通過一個芯片能夠集成發(fā)射、接受、模數(shù)及信號處理等功能。這就使多模射頻，模塊化的復(fù)合制導(dǎo)、協(xié)同工作成為可能，將大大提高雷達對多樣化目標(biāo)、復(fù)雜化環(huán)境的探測和識別的能力，更好地適應(yīng)未來戰(zhàn)場。同時，微系統(tǒng)的應(yīng)用使得雷達具有多功能、低成本、小型化、高穩(wěn)定、低功耗等特征，能夠有效降低裝備的負(fù)載和功耗，提高裝備穩(wěn)定性，加快作戰(zhàn)反應(yīng)速度。

4.2 AI人工智能

近年來，隨著人工智能的蓬勃發(fā)展，人工智能已經(jīng)逐漸走進各個領(lǐng)域。人工智能在雷達領(lǐng)域的應(yīng)用，必將產(chǎn)生翻天覆地的變化，這將大大的提升雷達對數(shù)據(jù)信息的采集和處理能力，對多目標(biāo)的分析、識別和探測能力以及準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)區(qū)分假目標(biāo)的能力。同時，為指揮人員的決策提供實時的目標(biāo)信息。人工智能的應(yīng)用將使得雷達真正地成為導(dǎo)彈的眼睛，計算機強大計算能力、豐富的數(shù)據(jù)儲備能力、高效的運轉(zhuǎn)速度，能夠充分地對所“看”到的目標(biāo)進行圖像處理、模式識別、圖像理解，提取獲得其中相應(yīng)場景的三維信息［15～16］。人工智能雷達對近岸目標(biāo)的識別的困難將提供一個很好的解決方案，使探測和識別更加的精確。

4.3 太赫茲雷達

太赫茲波是指頻率介于0.1THz～10THz之間的電磁波，其波長范圍為0.03mm～3mm。太赫茲波在電磁光譜中的位置位于微波和紅外輻射之間，由于其在光譜中特殊的位置，因而太赫茲波具有指紋特性、透射、安全等優(yōu)越的性質(zhì)［17］。太赫茲雷達相比傳統(tǒng)的微波雷達，其波長更短，可以對目標(biāo)實現(xiàn)高精度的成像。同時，太赫茲雷達對運動目標(biāo)的多普勒頻移較大，對于緩慢移動物體的識別更有優(yōu)勢［18］。其次，太赫茲雷達具有反隱身特性，太赫茲頻段具有很寬的帶寬，吸波材料對隱形之外的電磁波沒有吸波效果，有利于對隱身目標(biāo)的探測。而且，由于太赫茲特殊的波段，也使得其有很強的抗干擾的能力。

5 結(jié)語

本文就近岸目標(biāo)探測這一熱點問題展開了探討，總結(jié)了目前現(xiàn)有的對近岸目標(biāo)的探測和識別的技術(shù)，并根據(jù)現(xiàn)有蓬勃發(fā)展的新科技技術(shù)結(jié)合近岸目標(biāo)探測的需要，分析了未來近岸目標(biāo)探測技術(shù)的發(fā)展趨勢。近岸目標(biāo)的探測的準(zhǔn)確性對近岸目標(biāo)打擊有著極其重要的作用，如何充分地發(fā)揮新興技術(shù)的優(yōu)勢，從復(fù)雜的近岸背景環(huán)境中準(zhǔn)確地探測和識別目標(biāo)還需要進一步的研究。