何樹權(quán) 郭雷平 王寧

(1.西安電子工程研究所 西安市 710100;2.中國兵器科學(xué)研究院 北京市 100083)

1 概述

在雷達(dá)對(duì)抗領(lǐng)域，關(guān)于雷達(dá)信號(hào)的截獲及其應(yīng)用，主要有雷達(dá)告警、信號(hào)偵察、情報(bào)偵察三個(gè)基本的劃分［1］。雷達(dá)告警需要的靈敏度和虛警率低，作為威脅告警手段，識(shí)別雷達(dá)跟蹤信號(hào)并判斷威脅對(duì)象類型，在多元信息融合的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)抗決策，目前主要技術(shù)措施仍是寬帶瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)，主要發(fā)展趨勢(shì)是采用數(shù)字化偵察告警技術(shù);信號(hào)偵察通常直接服務(wù)于電子干擾，所需靈敏度比較高，對(duì)信號(hào)的信噪比要求高，需要較強(qiáng)的威脅識(shí)別與判定能力;情報(bào)偵察可以利用盡可能多的便利條件以最大限度地截獲和識(shí)別輻射源信息，著重日常偵察，完善輻射源數(shù)據(jù)庫的情報(bào)信息。

情報(bào)偵察主要用于戰(zhàn)略目的，針對(duì)預(yù)警機(jī)、指揮控制飛機(jī)、星載SAR 成像雷達(dá)，以及各類戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)，以最強(qiáng)的截獲能力積累盡可能多的電磁威脅信息，以指導(dǎo)信號(hào)偵察、雷達(dá)告警設(shè)備的工作;信號(hào)偵察需要及時(shí)辨識(shí)威脅對(duì)象、未知類對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾資源的引導(dǎo)，通常應(yīng)用于壓制掩護(hù)類或是自衛(wèi)干擾類設(shè)備;雷達(dá)告警往往直接控制反制類的對(duì)抗手段，比如誘餌、箔條彈等。

2 雷達(dá)電子偵察系統(tǒng)發(fā)展的主要方向

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的主要內(nèi)容之一是信息戰(zhàn)，而雷達(dá)對(duì)抗又是其中最為重要的部分。雷達(dá)廣泛分布于陸?？仗炱脚_(tái)，在動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別、高分辨遠(yuǎn)距成像和制導(dǎo)與火控等方面應(yīng)用甚廣，由雷達(dá)信號(hào)所形成的電磁環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，一個(gè)區(qū)域內(nèi)雷達(dá)電磁環(huán)境所包含的波形、能量、頻段、分辨力、掃描特性、信號(hào)瞬時(shí)性與時(shí)變性、工作模式及狀態(tài)等相當(dāng)多樣，唯有借助大量不同類別、廣泛部署、分布組網(wǎng)的電子偵察手段，通過雷達(dá)信號(hào)、雷達(dá)情報(bào)兩個(gè)層面的信息融合，才有可能得到全面的目標(biāo)分類識(shí)別能力，再借助網(wǎng)絡(luò)手段引導(dǎo)具體設(shè)備或平臺(tái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的威脅判斷，并采取相應(yīng)的軟硬對(duì)抗措施。

目前情報(bào)偵察、信號(hào)偵察和雷達(dá)告警類型的設(shè)備之間還缺乏強(qiáng)有力的戰(zhàn)術(shù)組織與系統(tǒng)應(yīng)用，各軍兵種及其主戰(zhàn)平臺(tái)上多樣化的雷達(dá)偵察能力還缺乏網(wǎng)絡(luò)化的體系對(duì)抗實(shí)踐，相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)相對(duì)滯后［2］。解決這一困局的思路主要有:

a.各種電子偵察手段組網(wǎng)與多層次的信息融合;

b.戰(zhàn)略上優(yōu)先發(fā)展情報(bào)偵察類設(shè)備，協(xié)調(diào)發(fā)展壓制掩護(hù)能力;

c.強(qiáng)化各種自衛(wèi)類手段及分層次的防御能力;

d.強(qiáng)化各種自衛(wèi)類手段及輔助進(jìn)攻的能力;

e.強(qiáng)化各類作戰(zhàn)平臺(tái)的威脅分類、識(shí)別與判定能力。

本文重點(diǎn)圍繞情報(bào)偵察、信號(hào)偵察、截獲能力、體系對(duì)抗能力等幾個(gè)雷達(dá)電子偵察技術(shù)發(fā)展的主要方向展開分析和討論，結(jié)合作者多年的工作實(shí)踐和理論探索，提出了若干前沿技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法。

3 雷達(dá)電子偵察能力的表征

表征雷達(dá)電子偵察能力的主要設(shè)備指標(biāo)或技術(shù)包括:天線增益、截獲概率、系統(tǒng)靈敏度，以及信號(hào)參數(shù)測(cè)量、輻射源數(shù)據(jù)庫和雷達(dá)信息融合等［3-4］。

天線增益與截獲概率之間的矛盾比較突出，情報(bào)偵察大多使用高增益的天線來提升副瓣截獲能力，天線增益越高則瞬時(shí)空域覆蓋能力越差，使得系統(tǒng)截獲概率越低;對(duì)于信號(hào)偵察類設(shè)備，相比情報(bào)偵察其截獲能力的要求將大大提升，相應(yīng)地空域管理、頻域管理、時(shí)域管理能力要求越高。為解決這一矛盾，電子偵察領(lǐng)域也在積極采用數(shù)字波束形成技術(shù)(DBF)，在高增益和瞬時(shí)空域覆蓋能力之間求得平衡。

系統(tǒng)靈敏度概念目前還不統(tǒng)一，可以認(rèn)為應(yīng)包含天線增益、模擬接收機(jī)靈敏度和數(shù)字化得益等三個(gè)部分，用于完整表征可截獲最小信號(hào)的能力。由于信號(hào)參數(shù)測(cè)量的目的不同，可達(dá)的系統(tǒng)靈敏度也有較大區(qū)別。對(duì)于情報(bào)偵察，系統(tǒng)靈敏度可以做得足夠高，有利于輻射源數(shù)據(jù)庫的積累，其信號(hào)參數(shù)測(cè)量的時(shí)效性、類型以及精細(xì)化程度可能受到影響;而信號(hào)偵察要求對(duì)雷達(dá)波形相對(duì)完整的截獲，其系統(tǒng)靈敏度會(huì)受到一定的制約。

4 系統(tǒng)靈敏度的設(shè)計(jì)

當(dāng)前電子偵察的信號(hào)檢測(cè)能力主要有兩個(gè)部分合成，一個(gè)是天線增益，一個(gè)是數(shù)字化得益。當(dāng)采用DBF 技術(shù)時(shí)，數(shù)字化處理過程會(huì)更加復(fù)雜，需要經(jīng)歷DBF、信道化、相關(guān)處理和積累處理四個(gè)主要環(huán)節(jié);其中信道化與DBF 的先后順序，主要看中頻帶寬，若帶寬過大已經(jīng)影響到波束形成增益，則需要調(diào)整兩者的次序;另外，信道帶寬的劃分和接收靈敏度是相互制約的兩個(gè)因素，使用可變帶寬數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)對(duì)不同帶寬信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)匹配接收。相關(guān)處理利用噪聲和信號(hào)的自相關(guān)特性不同，通常僅考慮單一信道多脈沖的互相關(guān)處理，主要依靠經(jīng)驗(yàn)截取相關(guān)時(shí)間，但雷達(dá)自身的相參得益一般比較難以獲得，對(duì)于動(dòng)目標(biāo)表現(xiàn)為MTD 得益，對(duì)于地面靜目標(biāo)經(jīng)常使用SAR 或是步進(jìn)頻一維高分辨處理，這時(shí)也可以進(jìn)行一定的非相參積累。積累處理算法的設(shè)計(jì)與檢測(cè)前輻射源信號(hào)的先驗(yàn)信息直接相關(guān)。在已知輻射源脈沖重復(fù)頻率的前提下，可以通過多個(gè)脈沖間包絡(luò)積累的方式提高檢測(cè)性能，這種方式類似于雷達(dá)接收系統(tǒng)中的非相參積累方法。當(dāng)沒有輻射源信號(hào)參數(shù)的條件下，采用包含信道間恒虛警處理的二次檢測(cè)方法同樣可以改善信號(hào)的檢測(cè)性能。

通常對(duì)單一信道的相關(guān)處理，可以獲得比雷達(dá)脈內(nèi)得益略低的增益水平，主要是匹配濾波的樣本遭到來自系統(tǒng)外和系統(tǒng)內(nèi)的各種噪聲的污染，而后續(xù)的積累處理也有類似的損失。對(duì)于一個(gè)理想的情報(bào)偵察系統(tǒng)，即數(shù)字域的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和動(dòng)態(tài)范圍是不受限制的，則其極限的數(shù)字化得益相比雷達(dá)自身的匹配處理，只有少量損失，此時(shí)的偵察能力既便是放棄天線增益，也可以經(jīng)由副瓣截獲以獲得相比雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)得多的偵察距離。因此，為獲得所需要的偵察能力，可以在天線增益和數(shù)字化得益之間進(jìn)行較大范圍的指標(biāo)平衡，數(shù)字化得益的處理環(huán)節(jié)越多，往往雷達(dá)信號(hào)測(cè)量參數(shù)的損失也越大，這種平衡的把握，一般應(yīng)按照截獲距離、信號(hào)參數(shù)測(cè)量的豐富性、資源代價(jià)來統(tǒng)籌考慮。

對(duì)于任何一個(gè)實(shí)際的情報(bào)偵察系統(tǒng)，主要受到兩方面的限制，一個(gè)是數(shù)字域的存儲(chǔ)、交換與計(jì)算能力限制(簡稱資源代價(jià))，一個(gè)是信號(hào)偵察動(dòng)態(tài)范圍的限制。對(duì)于前者，隨著數(shù)字芯片性能的不斷提升，將逐漸得到克服;但后者的限制主要需要通過任務(wù)規(guī)劃的方式來解決，使得滿足不同檢測(cè)水平的數(shù)字化得益管理方法與復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍相適應(yīng)。

從雷達(dá)告警到情報(bào)偵察，不同層次的數(shù)字靈敏度要求大致所需的數(shù)字域動(dòng)態(tài)范圍在70dB 左右，考慮到天線增益的變化，通常也可達(dá)到50dB(包括主副瓣的典型范圍)的水平，總的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了120dB，這也說明，情報(bào)偵察的系統(tǒng)靈敏度設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，射頻與中頻的線性動(dòng)態(tài)范圍限制，使得其與電磁環(huán)境的匹配性需要依據(jù)任務(wù)特點(diǎn)來決定，同時(shí)這也為精確把握電磁斗爭(zhēng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 截獲概率的設(shè)計(jì)

雷達(dá)電子偵察系統(tǒng)的截獲概率主要與頻域、時(shí)域、空域三維的截獲概率有關(guān)。通常情報(bào)偵察系統(tǒng)具備副瓣截獲的能力，此時(shí)截獲概率主要取決于頻域遍歷次數(shù)、空域遍歷次數(shù)，而駐留時(shí)間以統(tǒng)計(jì)的雷達(dá)相參處理時(shí)間為基準(zhǔn)，這與非相參結(jié)合部分相參的偵察信號(hào)相參處理手段相適應(yīng)，相應(yīng)地以截獲時(shí)間為截獲概率的度量方法，通常頻域遍歷時(shí)間可以控制在1s 以內(nèi)，主要制約來自于空域遍歷次數(shù)，若采用DBF 技術(shù)，在天線增益與資源代價(jià)之間取得平衡，則總的截獲時(shí)間與空域遍歷次數(shù)成正比，一般應(yīng)控制情報(bào)偵察的截獲時(shí)間在30s 以內(nèi)比較好。

以2～18GHz 的情報(bào)偵察系統(tǒng)為例，中頻帶寬為400MHz，天線增益取在15dB 以上，則DBF 需要面對(duì)的單元數(shù)在32 個(gè)以上，全向采用機(jī)械掃描或者四面陣覆蓋，頻域遍歷次數(shù)40 次，統(tǒng)計(jì)的雷達(dá)相參處理時(shí)間為32ms，空域遍歷次數(shù)需要4 次，則總的截獲時(shí)間為5s左右。因此，對(duì)于情報(bào)偵察系統(tǒng)，降低截獲時(shí)間要求，可以減少DBF資源代價(jià)，可以將偵察資源更多分配到信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)、形成波束數(shù)量等方面，從而得到更高的輻射源信號(hào)參數(shù)與測(cè)向精度。

6 體系對(duì)抗能力的主要生成模式分析

雷達(dá)告警、信號(hào)偵察與情報(bào)偵察這三種雷達(dá)電子偵察手段之間的信息融合問題是體系對(duì)抗能力的依據(jù)，雷達(dá)信息融合要按照雙站或多站定位、空域分辨匹配、頻率分辨匹配和時(shí)域?qū)?zhǔn)來進(jìn)行［5］。信息融合的目的在于劃分出威脅輻射源及其威脅程度、作戰(zhàn)意圖［6］。

對(duì)于情報(bào)偵察而言，主要的電子情報(bào)應(yīng)是預(yù)警機(jī)、指揮控制機(jī)、防空系統(tǒng)的制空引導(dǎo)雷達(dá)、SAR 監(jiān)視雷達(dá)和遠(yuǎn)程情報(bào)雷達(dá)等，同時(shí)還有對(duì)主要電磁斗爭(zhēng)的監(jiān)視與識(shí)別，尤其是遠(yuǎn)程壓制支援類的電磁行動(dòng)，隨著高功率微波武器的實(shí)用化，強(qiáng)電磁脈沖也是重點(diǎn)監(jiān)視對(duì)象［7，8］。

體系對(duì)抗能力需要以通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈的交互為基礎(chǔ)，以情報(bào)偵察的戰(zhàn)略級(jí)電磁態(tài)勢(shì)把握為支柱，通過對(duì)輻射源的實(shí)時(shí)跟蹤和數(shù)據(jù)庫共享，具體引導(dǎo)壓制支援、自衛(wèi)電子對(duì)抗、雷達(dá)告警的相關(guān)活動(dòng)，將較大的預(yù)警時(shí)間優(yōu)勢(shì)通過網(wǎng)絡(luò)、任務(wù)鏈轉(zhuǎn)化為具體進(jìn)攻和防御的任務(wù)能力。

7 結(jié)束語

本文在雷達(dá)電子偵察技術(shù)與能力需求多樣性分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)近些年雷達(dá)對(duì)抗在工程實(shí)踐與理論演進(jìn)兩個(gè)方面的現(xiàn)狀，總結(jié)了雷達(dá)電子偵察技術(shù)發(fā)展的主要方向，重點(diǎn)就情報(bào)偵察的系統(tǒng)靈敏度設(shè)計(jì)、截獲概率設(shè)計(jì)以及體系對(duì)抗能力生成模式等核心問題進(jìn)行了分析。結(jié)合作者多年的工程實(shí)踐和理論探索，指出高系統(tǒng)靈敏度與截獲概率之間是可以協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的，但必須要按照任務(wù)需求處理好大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，并需要開發(fā)具體的應(yīng)用技術(shù)，以便將情報(bào)偵察能力自頂向下運(yùn)用到體系對(duì)抗能力的生成中。

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