武洪云，趙玉民

(1.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北石家莊050200;2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷變化，機(jī)載雷達(dá)在作用距離、目標(biāo)分辨力和識(shí)別能力、抗干擾能力和可靠性等方面將進(jìn)一步發(fā)展。為了隨時(shí)準(zhǔn)確掌握動(dòng)態(tài)情報(bào)信息，提出了使探測(cè)器升空、對(duì)廣域縱深地域遠(yuǎn)程監(jiān)視的迫切需求。為此，美、歐和俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家均投巨資研制、生產(chǎn)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)和機(jī)載偵察/監(jiān)視系統(tǒng)，作為空中預(yù)警(AEW)力量的補(bǔ)充系統(tǒng)。

在進(jìn)行雷達(dá)體制研究時(shí)，要充分考慮雷達(dá)面臨的攻擊、截獲、低空/超低空及綜合電子干擾等4大威脅。不同的升空平臺(tái)和不同的雷達(dá)體制成本差異較大，因此在選擇方案時(shí)應(yīng)綜合考慮雷達(dá)性能與成本因素。本文基于上述考慮提出的雷達(dá)體制方案，既可以為解決CW雷達(dá)收發(fā)隔離難題提供一種有效而巧妙的解決方法，同時(shí)雷達(dá)又具有優(yōu)良戰(zhàn)術(shù)性能和低截獲、抗干擾與對(duì)抗ARM攻擊的能力。

1 雷達(dá)系統(tǒng)性能要求

機(jī)載遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)是一個(gè)遠(yuǎn)程的全天候廣域監(jiān)視傳感器，要求具有對(duì)地面(海面)和低空運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行大范圍監(jiān)視能力。最為關(guān)鍵的有3個(gè)基本要求［1］。

1.1 數(shù)據(jù)率立體覆蓋和全天候全天時(shí)工作能力

該能力體現(xiàn)在以下5個(gè)方面:

①雷達(dá)的立體覆蓋域和探測(cè)距離要求:國(guó)外典型機(jī)載遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)［2－5］的作用距離和覆蓋域如圖1所示，監(jiān)視范圍0 km表示戰(zhàn)區(qū)前沿。

圖1 國(guó)外典型遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)之覆蓋域

②對(duì)雷達(dá)的探測(cè)監(jiān)視能力，即傳感器的可視性和探測(cè)率要求:典型數(shù)據(jù)為檢測(cè)概率≥0．6～0．9以上，虛警率≤10－6以下。

③檢測(cè)目標(biāo)的分辨能力和測(cè)量精度要求:理論上要求距離上分辨和方位上分辨均應(yīng)具有與被探測(cè)目標(biāo)同等數(shù)量級(jí)尺寸，即10～30 m左右。因此要求雷達(dá)必須采用脈沖壓縮(窄脈沖)和方位窄波束來(lái)達(dá)到目標(biāo)分辨率和測(cè)量精度要求。

④速度分辨和檢測(cè)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力要求:典型數(shù)據(jù)是最低可檢測(cè)慢速目標(biāo)速度≤2 km/h，最小速度分辨≤1 m/s。

⑤多目標(biāo)檢測(cè)、定位跟蹤和識(shí)別能力的要求:實(shí)現(xiàn)對(duì)多批目標(biāo)的邊掃描邊跟蹤處理。

1．2 較強(qiáng)的抑制雜波能力

機(jī)載雷達(dá)與地基固定雷達(dá)不同，面臨著嚴(yán)重的雜波(地雜波、海雜波)干擾問(wèn)題:① 是強(qiáng)大雜波可能會(huì)遮蔽有用目標(biāo)信號(hào);② 雜波存在著與飛機(jī)速度、方位有關(guān)的多普勒頻移，使雜波頻譜展寬，壓窄了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)區(qū)。

1．3 電子對(duì)抗及生存能力

現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境對(duì)雷達(dá)提出基本要求是“隱身”和抗干擾能力。

①低截獲概率(LPI)和低檢測(cè)概率(LPD):要求雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離大于Rτ或遠(yuǎn)大于目標(biāo)(如ARM導(dǎo)彈等)偵收到本雷達(dá)距離Rr:Rτ＞Rr。

②抗干擾能力(AT):具有適應(yīng)電子戰(zhàn)對(duì)抗環(huán)境的多種抗干擾、隱蔽的寬帶調(diào)頻(捷變頻)擴(kuò)頻、信號(hào)波形庫(kù)與工作能力，包括抗環(huán)境雜波與無(wú)源干擾(如箔條等)、抗同頻異步脈沖干擾、瞄準(zhǔn)式干擾、噪聲干擾等壓制式干擾和抗欺騙性干擾。

2 最佳雷達(dá)體制方案選擇

根據(jù)上述作戰(zhàn)需求，該雷達(dá)系統(tǒng)的基本功能要求是在機(jī)載與對(duì)抗環(huán)境下檢測(cè)、定位跟蹤與識(shí)別地面(或海面)、低空的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和通過(guò)不同分辨力的地圖測(cè)繪來(lái)檢測(cè)、定位不同尺寸的地面靜止目標(biāo)。因此，滿足這樣要求的理想雷達(dá)體制應(yīng)該是:合成孔徑成像(SAR)與動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)或動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)等多功能復(fù)合的“寂靜”雷達(dá)體制。因?yàn)橹挥羞@種體制可以對(duì)抗強(qiáng)雜波干擾完成對(duì)廣闊縱深地域的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、靜止目標(biāo)的探測(cè)監(jiān)視與定位跟蹤，同時(shí)又因?yàn)椤凹澎o”雷達(dá)故具有較強(qiáng)的抗截獲、抗偵收、抗干擾及對(duì)抗ARM攻擊的能力。

3 方案探討與設(shè)計(jì)

3．1 雷達(dá)體制選擇和方案基本考慮

首先，要求雷達(dá)具有一定的地面靜目標(biāo)探測(cè)能力，同時(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的車輛、裝備等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、定位跟蹤，分辨其規(guī)模數(shù)量［6］。

其次，雷達(dá)要有一定的抗截獲、抗干擾生存能力。

根據(jù)上述兩點(diǎn)考慮，具體提出了一種采用直升機(jī)作空中平臺(tái)和采用連續(xù)波跳頻加直接序列擴(kuò)頻的“寂靜”雷達(dá)體制方案，同時(shí)采用PD/MTI信號(hào)處理加波束壓縮的準(zhǔn)成像處理實(shí)現(xiàn)多種功能復(fù)合的雷達(dá)方案。其突出優(yōu)點(diǎn)是:

①采用極低峰值功率的CW波擴(kuò)頻波形，既具有無(wú)多普勒測(cè)速、逼近圖釘型模糊函數(shù)等CW雷達(dá)突出優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有較強(qiáng)的低截獲、抗干擾和抗反輻射導(dǎo)彈攻擊的能力是很有發(fā)展前景的低截獲概率(LPI)，即“寂靜”雷達(dá)體制。

②采用全相參脈沖多卜勒(PD)與脈沖壓縮(PC)的信號(hào)處理，因而兼容具有PD/MTI雷達(dá)的一切好處，抗有源干擾能力強(qiáng);同時(shí)采用真實(shí)孔徑成像加波束壓縮算法，大大提高了固定目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)、定位能力和作戰(zhàn)效能。

③CW雷達(dá)的發(fā)射機(jī)功率利用率/效率高，發(fā)射機(jī)體積小、重量輕和成本低等，有利直升機(jī)載工作。

④對(duì)于CW波雷達(dá)的收發(fā)隔離問(wèn)題，由于以上設(shè)計(jì)的信號(hào)形式是調(diào)頻加擴(kuò)頻，恰巧為這關(guān)鍵難題提供了一種有效而巧妙的可行解決方案，采用頻分加碼分方法再加適當(dāng)自適應(yīng)對(duì)消方法，可使發(fā)射機(jī)泄露的影響降低到與噪聲相當(dāng)或更小的可忽略水平。

3．2 信號(hào)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)選擇

3．2．1 信號(hào)波形設(shè)計(jì)

上述提出的FH-DSSS信號(hào)波形的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

根據(jù)需要抑制的發(fā)射機(jī)泄露與鄰近地雜波/海波干擾之距離范圍或要求的雷達(dá)最近作用距離Rmin，選擇跳頻(FH)間隔周期Th:

式中，C為光速。

根據(jù)距離分辨率要求ΔRc，選擇直接序列擴(kuò)頻(DS)碼碼元寬度τ:

按照最大無(wú)模糊測(cè)距要求Rmax選擇FH－DS碼序列重復(fù)周期Tr:

為了簡(jiǎn)化發(fā)射、接收和信號(hào)處理，選擇跳頻(FH)碼重復(fù)周期Tr最好是DS碼周期的整數(shù)倍，這樣以便2種碼同步。即假若FH碼長(zhǎng)度為M，則DS碼長(zhǎng)度N應(yīng)有如下關(guān)系:

3．2．2 雜波抑制方法和天線設(shè)計(jì)

(1)雜波抑制方法

進(jìn)入接收機(jī)的雜波通常分為3類:高度雜波、主波瓣雜波和旁瓣雜波［7］。

高度雜波和發(fā)射機(jī)泄露信號(hào)的抑制:采用前述的選擇跳頻間隔時(shí)間TH，使Rmin＞飛機(jī)的最高飛行高度;因高度雜波fd≈0，故還可同時(shí)采用零多卜勒濾波器濾除。

旁瓣雜波的抑制:因其分布面積大，頻譜擴(kuò)展寬，無(wú)法簡(jiǎn)單方法抑制，可從天線設(shè)計(jì)、制造上盡可能降低天線旁瓣電平［8］，從而使從旁瓣進(jìn)入雜波降至可忽略，當(dāng)采用 LPRF時(shí)，天線旁瓣要求應(yīng)低于－35 dB以下。

主波瓣雜波抑制方法:是該雷達(dá)最關(guān)鍵問(wèn)題之一，已有大量文獻(xiàn)研究，采用性能最優(yōu)的“時(shí)空自適應(yīng)處理”(STAP)方法。但大多數(shù)STAP方法存在著2個(gè)基本問(wèn)題:①需要采用多個(gè)干涉儀相干子口徑與信道并需仔細(xì)校準(zhǔn)，帶來(lái)生產(chǎn)、維護(hù)成本高昂;② 在非均勻雜波環(huán)境中其性能欠缺［9，10］。所以從根據(jù)采用天線的方案和雜波抑制有效性出發(fā)，選用最簡(jiǎn)STAP方法，即雙端口或三端口干涉儀天線方案，用以解決該雷達(dá)關(guān)鍵問(wèn)題:檢測(cè)強(qiáng)雜波背景中的、其他方法檢測(cè)不到而雜波淹沒的地(海)面慢速目標(biāo);精確定位并跟蹤地(海)面的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

(2)天線參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)

選擇天線為:3．6 m×0．6 m的寬頻帶平級(jí)波導(dǎo)縫隙天線陣。其主要參數(shù)如下:

總的波瓣寬度:A—0．65°，E—3．6°;

天線增益:38 dB;

低旁瓣:最大副瓣≤－30 dB，平均副瓣≤－40 dB;

機(jī)械掃描:360°或扇掃±60°。

3．3 信號(hào)處理方案選擇

如前所述，該雷達(dá)是一個(gè)多功能的復(fù)合體制雷達(dá)，因此信號(hào)處理方案選擇必須解決多種體制、多種技術(shù)之間的兼容、共存問(wèn)題;同時(shí)這種共容不能簡(jiǎn)單地設(shè)備堆積，還必須將之綜合集成，公用軟硬件應(yīng)兼容使用，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化設(shè)計(jì)。分析前述系統(tǒng)體制與技術(shù)之間關(guān)系，對(duì)信號(hào)處理方案選擇應(yīng)考慮以下3種情況:

①前述方案提出采用提高雷達(dá)距離分辨力和角分辨力來(lái)檢測(cè)地面有價(jià)值的軍事目標(biāo)(如導(dǎo)彈發(fā)射架等)的問(wèn)題，提出了采用脈沖雷達(dá)的脈沖壓縮(PC)處理和廣域運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)MTI或PD處理技術(shù)兼容性。這兩者雖采用了不同技術(shù)，但應(yīng)用器件、系統(tǒng)條件和處理能力均有共性，技術(shù)間無(wú)矛盾，是可以同時(shí)使用的技術(shù)。

②提高角分辨力的波束壓縮與采用STAP干涉儀抑制雜波處理的信號(hào)處理技術(shù)。因二者是一致的，可統(tǒng)一兼容考慮集成，使之具有良好二維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和檢測(cè)地面慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力，同時(shí)提高角分辨和對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)精確定位能力。

③脈沖多普勒(PD)或MTI處理技術(shù)和捷變頻或跳頻的兼容性問(wèn)題。原則上肯定是不相兼容的，因MTI技術(shù)要求被處理的回波序列是全相參的，而在脈沖雷達(dá)中脈間跳頻時(shí)不同載頻的回波是不相參的。不同載波的地雜波回波fdc、相位也在變化，難以從頻域區(qū)分動(dòng)目標(biāo)，進(jìn)而fd濾波器無(wú)法濾除雜波。因而過(guò)去脈沖雷達(dá)只有脈組跳頻同MTI的兼容。但近年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)伊方的慘痛教訓(xùn)，迫使雷達(dá)設(shè)計(jì)師必須考慮抗干擾技術(shù)，而跳頻是抗干擾最有效的方法，所以已有不少作者研制成功解決此兼容性的信號(hào)處理機(jī)［11］，可作為參考方案。另外在連續(xù)波(CW)雷達(dá)中可以實(shí)現(xiàn)脈間跳頻時(shí)的全相參，這正是CW的優(yōu)勢(shì)，不同載頻間地物雜波fdc變化可采用文獻(xiàn)［12］的fdci/fi比處理方法，保證了全一致性，也可實(shí)現(xiàn)跳頻與MTI兼容。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從機(jī)載遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的基本要求出發(fā)，論述了該雷達(dá)的系統(tǒng)體制、主要技術(shù)參數(shù)選擇等。表明本文提出的FH－DS擴(kuò)頻雷達(dá)體制具有優(yōu)良性能:可獲得高距離的多普勒測(cè)量分辨率;可獲得高的信號(hào)處理增益和降低脈壓的時(shí)間旁瓣，對(duì)雜波有良好的抑制能力;具有優(yōu)良的LPI、AJ和抗ARM攻擊的能力;同時(shí)還為解決CW雷達(dá)收發(fā)隔離問(wèn)題和采用單天線收發(fā)提供了一種巧妙而有效的解決方案。因此是具有良好發(fā)展前景的可行方案。

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