杜子亮

(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安 710068)

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雙(多)基地雷達系統(tǒng)應(yīng)用分析

杜子亮

(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安 710068)

介紹了雙(多)基地雷達的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀,并對該型雷達在現(xiàn)代防御體系中的優(yōu)勢進行了分析與探討。主要分析了雙(多)基地雷達的主要技術(shù)特點及典型的雙(多)基地雷達系統(tǒng)的應(yīng)用特點,簡要描述了其未來的發(fā)展趨勢。

基地雷達系統(tǒng);多基地雷達系統(tǒng);雙(多)基地雷達系統(tǒng);雷達對抗;同步掃描

0 引 言

雙(多)基地雷達主要是相對于比較常見的單基地雷達而言的,它是從雷達收發(fā)站配置的角度來命名的。單基地雷達一般是收發(fā)共址,即接收站和發(fā)射站位于同一個地方,而雙(多)基地雷達則是收發(fā)異址,其中多基地雷達還具有多個發(fā)射站和多個接收站,以空間位置分離的形式配置。

雙(多)基地雷達實際上早在單基地雷達發(fā)展前好幾年就已經(jīng)出現(xiàn)了,其原理也早已為人們所應(yīng)用,但是發(fā)展的過程卻十分緩慢。這主要是由于天線收發(fā)開關(guān)和脈沖發(fā)射技術(shù)的出現(xiàn),使得單基地雷達在很長一段時間內(nèi)占據(jù)了雷達技術(shù)發(fā)展的主導地位。但是近年來,隨著“四大威脅”即目標隱身技術(shù)、綜合性電子干擾技術(shù)、低空超低空突防技術(shù)和反輻射導彈技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍用雷達的要求變得越來越苛刻,單基地雷達因此也面臨著日益嚴重的生存危機。在海灣戰(zhàn)爭中,伊拉克的雷達系統(tǒng)為了躲避美軍反輻射導彈的攻擊,不得不采取了關(guān)機的消極措施以求安全。因此,為了對付日趨發(fā)展并成熟起來的“四大威脅”的挑戰(zhàn),雙(多)基地體制雷達又重新得到了各國的重視。近幾年的研究實驗不僅證明雙(多)基地雷達具有較好的抗電子干擾能力,同時還發(fā)現(xiàn)其具有一些新特點:將合成孔徑和動目標顯示綜合為一體的“雜波調(diào)諧”能力,兩維雙(多)基地雷達的三維測量能力,可用多種參數(shù)、多種工作方式實現(xiàn)定位、跟蹤優(yōu)化的能力,等等。

由于雙(多)基地雷達使用兩個或兩個以上的分離基地(其中包括發(fā)射和接收基地),因此按照不同的軍事要求,它在防御體系中就有多種可能的組合形式。從部置的位置方面來看,可分為地發(fā)/地收,空發(fā)/地收,地發(fā)/空收等幾種形式,而多基地雷達還具有一發(fā)多收、多發(fā)多收等形式。

1 雙(多)基地雷達系統(tǒng)的典型應(yīng)用

目前,世界上美、英、俄等軍事大國都非常重視對雙(多)基雷達的研究、發(fā)展和使用,并已經(jīng)取得了顯著的成果。特別是美國,已將多個雙(多)基地雷達系統(tǒng)應(yīng)用于國土防御網(wǎng)中,擔負著遠、中、近程的戰(zhàn)略警戒任務(wù)。從20世紀80年代初開始,美國DARPA和國防部還開展了多方面的試驗研究工作,以評估它在執(zhí)行多種戰(zhàn)術(shù)防御任務(wù)時的工效,結(jié)果令人滿意。

1.1 美國的雙基雷達系統(tǒng)

“圣殿”雷達是由美國技術(shù)服務(wù)公司(TSC)研制的一種戰(zhàn)術(shù)雙基體制系統(tǒng)。它使用地面相干雷達接收站與機載發(fā)射機協(xié)同工作,擔負對空監(jiān)視和目標跟蹤任務(wù)。1980年8月,該系統(tǒng)在太平洋導彈測試中心完成了試飛,探測到了100 km外的目標。它主要包括防空雙基地和空地雙基系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作在L波段,作用距離為102 km,測距精度達10 m,測速精度1.3 m/s。

空地雙基系統(tǒng)是使發(fā)射機載機遠離戰(zhàn)區(qū),但將載有接收機的攻擊機布置在戰(zhàn)區(qū)內(nèi),進行目標搜索、跟蹤和進攻。它工作在I波段,發(fā)射機載機為C-141飛機,接收機載機為C-130。經(jīng)過多次復雜的測試和分析,該系統(tǒng)已經(jīng)解決了發(fā)射機與接收機間信號的相位和時間同步問題,以及收發(fā)載機間相互位置和速度的協(xié)調(diào)問題。

1.2 美國的多基雷達系統(tǒng)

目前,美國已經(jīng)建成了SPASUR和MMS兩個多基雷達系統(tǒng),其中SPASUR是為海軍研制的對空監(jiān)視和警戒系統(tǒng)。它有3個發(fā)射站和6個接收站,作用距離為1000～1600 km,測角精度0.02°。MMS則服務(wù)于陸軍,用于對大氣層內(nèi)目標進行高精度跟蹤和測量,其精度比單基地雷達高出好幾倍,同時還能測出目標的速度和加速度。對于小尺寸目標,MMS的作用距離為500～700 km,在75 km高度上測量目標位置的精度為3 m,測速精度為0.05 m/s,對加速度的測量精度大約為0.1 m/s2。近年來,美國還提出了使用多基地雷達建立未來反導防御體系的方案,并用于精確定位和打擊系統(tǒng)(PLSS)。在PLSS中,首先使用3架高空偵察機組成一個3點測量網(wǎng),然后再把接收到的目標信號轉(zhuǎn)發(fā)給地面指揮中心,最后由地面系統(tǒng)來確定目標的精確坐標,進而實施攻擊。

1.3 其他國家的情況

現(xiàn)在,英國的普萊西公司也開始研制一種用于近程防御警戒的雙基雷達。據(jù)稱,該雷達的發(fā)射頻率為600 MHz,發(fā)射功率800 W,作用距離達到了500 km。俄羅斯也使用了雙基地系統(tǒng),在信息冗余條件下給出了測量目標極坐標的方框圖和結(jié)果曲線。如果雙基地雷達系統(tǒng)測出的3個數(shù)據(jù)中有1個是冗余的,可使距離測量的精度提高到4倍左右。

2 雙(多)基地雷達的主要技術(shù)特點

與單基地雷達相比,雙(多)基地雷達構(gòu)成較為復雜。為了完成對目標的定位,它們除了具有一般單基地雷達的收、發(fā)和信號處理功能外,還必須解決收、發(fā)之間的空間、時間和相位的“三大同步”問題。

首先是收、發(fā)波束的空間同步掃描問題。因為收、發(fā)天線分離很遠的距離,如何在對空域掃描過程中保證收、發(fā)波束同時照射到同一目標而又有好的數(shù)據(jù)率,將是一大技術(shù)問題。近期國內(nèi)發(fā)展的數(shù)字波束形成技術(shù)和脈沖追趕式掃描方法能圓滿解決這一問題。

其次是時間同步問題。因為收、發(fā)分離,如何為它們提供統(tǒng)一的高精度的時間基準也比單基地雷達復雜。它是雙(多)基地雷達完成測距和波束掃描同步所必須的。

再次是相位同步問題。對于具有脈沖壓縮、MTI和PD等信號相干處理的雙(多)基地雷達,還必須保證接收機和發(fā)射機之間的相位同步。一般雙(多)基地雷達都是用數(shù)據(jù)鏈和(或)原子鐘來實現(xiàn)收、發(fā)之間的時間和相位同步。

3 雙(多)基地雷達的系統(tǒng)應(yīng)用特點分析

一個完整的防御體系是各種先進武器系統(tǒng)的綜合運用,更是各種典型雷達的應(yīng)用。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,雷達構(gòu)成了C3I系統(tǒng)和武器控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此,雷達也成了現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中敵方襲擊的首要目標,而雷達系統(tǒng)是否能承受敵方打擊并生存下來已經(jīng)成為防御體系是否有效并可能決定戰(zhàn)爭勝敗的關(guān)鍵因素。然而,在21世紀,戰(zhàn)術(shù)雷達系統(tǒng)將不可避免地面臨著“四大威脅”的挑戰(zhàn)。這就要求雷達系統(tǒng)必須在基本原理和體制上找到出路,有所突破,才能生存下去,進一步增強防御系統(tǒng)的能力。雙(多)基雷達在這方面的功能是比較突出的。下面將具體分析雙(多)基地雷達對抗“四大威脅”時的優(yōu)勢和在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用。

3.1 抗摧毀能力強

反輻射導彈是通過跟蹤雷達發(fā)射的電磁波束進行制導而摧毀雷達系統(tǒng)的。這種導彈采用被動尋的,雷達反射面積小,隱蔽性好,命中率高,威力極大,直接對雷達及操作人員的安全產(chǎn)生威脅。但是,無源雷達是不發(fā)射電磁波的,因此反輻射導彈無法對無源雷達形成有效攻擊。雙(多)基地雷達系統(tǒng)使用兩個以上的分離基地,發(fā)射站與接收站分開設(shè)置,其中接收站就是無源的,又便于機動,處在極為隱蔽的地方。它受到敵方電子偵察的概率幾乎為零,因此反輻射導彈只能追蹤和攻擊發(fā)射站。一部雙(多)基地雷達接收機可以利用幾部不同發(fā)射機的照射信號,一旦某個發(fā)射機受損,系統(tǒng)仍能堅持工作。所以,如果能夠合理配置發(fā)射站,如遠離戰(zhàn)區(qū)或?qū)l(fā)射站置于飛機或衛(wèi)星上,從而構(gòu)成空地間的雙基地雷達,就可以避免反輻射導彈的攻擊,增強防御系統(tǒng)的抗摧毀能力。

3.2 抗干擾能力強

電子干擾是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中起重要作用的電子戰(zhàn)的內(nèi)容之一。對雷達系統(tǒng)實施電子干擾就是使雷達降低或失去功能的一種破壞方法,目的是全部或部分地癱瘓對方防御網(wǎng)。它實質(zhì)上是利用對方雷達工作發(fā)射的電磁波確定其所在位置及工作方式,從而進行干擾。雙(多)基地雷達系統(tǒng)不僅接收站相對比較隱蔽,對方無法偵察其具體位置,而且還可以通過兩個以上接收站間的交叉測向確定干擾源的位置,適時地避開干擾源。由于對方干擾的主干擾方向只是雷達天線所在的方向。因此,對接收站而言,主要面臨的是從副瓣進入的干擾,這對整個系統(tǒng)的工作不會產(chǎn)生多大影響。對于無源干擾,因為既不可能選定準確的投放位置,也很難把握投放時機,無論是箔條還是其他假目標都很難發(fā)揮干擾效果。所以,不管是有源干擾還是無源干擾,雙(多)基地雷達系統(tǒng)被干擾的概率和受干擾的影響都大大減少。

3.3 可對抗隱身飛行器

隱身飛行器投入應(yīng)用后對現(xiàn)代防御系統(tǒng)的構(gòu)成和工作方式產(chǎn)生了極大的影響，但隱身能力的大小相對于不同的觀測空間是不相同的。單基地雷達一般都是利用發(fā)射的電磁波經(jīng)目標后向反射后得到的回波來進行目標特征的探測,因此隱身技術(shù)也是致力于減少這個后向反射回波來達到隱身目的。但是,雙(多)基地雷達系統(tǒng)一般都是利用目標的側(cè)向或前向反射回波來探測目標特征,可以得到更大的雷達反射截面積(RCS),從而降低了隱身飛行器的隱身效果。測試結(jié)果表明:利用前向散射方法探測到的雷達RCS值要比利用后向散射測得的RCS值高出大約15 dB。雙(多)基地雷達系統(tǒng)的發(fā)射站和接收站相對目標距離之間的夾角越大,就越有可能獲得更多的信號能量。另外,如果能將不同頻段的雙(多)基地雷達組成雷達網(wǎng),不僅可以擴大雷達的覆蓋范圍,而且可以提高對隱身目標的探測和跟蹤能力,這也是一種有效的反隱身技術(shù)途徑。雙(多)基地雷達組網(wǎng)是根據(jù)隱身目標的空域特性多視角地探測隱身目標,抑制其RCS縮減,取得顯著的反隱身效果。目前,已有很多國家對雷達組網(wǎng)的檢測特性以及實現(xiàn)反隱身的可行性進行研究,其成果將為解決雷達反隱身這一難題提供有益的借鑒。

3.4 抗低空突防能力強

低空和超低空突防是現(xiàn)代飛行和巡航導彈主要的戰(zhàn)術(shù)手段之一,其原因就是一般單基地雷達的低空探測性能不好,總會出現(xiàn)一定的盲區(qū)。為了消除這種目標探測上的盲區(qū),可以通過配置雙(多)基地雷達來實現(xiàn)。雙(多)基地雷達系統(tǒng)的接收機可以探測到發(fā)射機視線(地平線)以下的目標,還可以利用空中、空間的照射源隱蔽地發(fā)現(xiàn)遠區(qū)低空目標。這對內(nèi)地的防空中心來講也是一種對付超低空入侵的手段。由于雙(多)基地雷達系統(tǒng)的發(fā)射與接收射線并不相互重疊,可以使用合理布站的方式完成。對近程防御而言,可采用一些小型多基雷達網(wǎng)來擴大覆蓋范圍和提高探測精度;對遠程低空防御而言,則需要采用空間雙基體制,例如將發(fā)射機布置在衛(wèi)星上,而把接收機布置在戰(zhàn)區(qū)前沿的預警機上,以便提供充分的告警時間。此外,利用雙(多)基地雷達系統(tǒng)探測目標,可以充分發(fā)揮雷達系統(tǒng)的性能優(yōu)勢,收發(fā)站分置又減少了對天線轉(zhuǎn)換開關(guān)和接收機保護設(shè)備的需求,高頻損耗亦可降低大約4 dB。

由于具備以上幾個較為突出的優(yōu)勢,促進雙(多)基地雷達系統(tǒng)能在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有效地對“四大威脅”的挑戰(zhàn),進而在軍事防御系統(tǒng)中形成廣泛的應(yīng)用前景。不過,在參與不同戰(zhàn)術(shù)任務(wù)時,其采用的布站形式、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和工作模式也是不同的,在具體應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特點靈活運作。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代防御警戒系統(tǒng)中,雙(多)基地雷達被中外專家評定為軍用雷達的重要的探測手段之一,在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭中將發(fā)揮不可替代的作用,與固態(tài)有源相控陣雷達和多頻譜有源/無源綜合雷達(多傳感器一體化雷達)共同構(gòu)成21世紀新一代軍用雷達的基本體制。今后,雙(多)基地雷達既有向空基地發(fā)展的趨勢,又有向小型局部區(qū)域布防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。它在民用方面也會有日漸廣闊的應(yīng)用。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展,相信會有更多的雙(多)基地雷達出現(xiàn),并且會更加實用、更加完善。

[1] 楊振起,張永順,駱永軍.雙(多)基地雷達系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998:20-22

[2] 胡成.雙基地雷達同步技術(shù)研究與同步系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技大學學報,2003(2).

[3] 張永順.MIMO雙基地雷達目標參數(shù)測量方法研究[J].西安電子科技大學學報,2011(5).

[4] 李修和,陳永光,張艷艷,沈陽.不同干擾決策準則下的雙基地雷達探測能力研究[J].電子學報,2004(12).

Application analysis of bistatic/multi-static radar systems

DU Zi-liang

(Military Representatives Office of the PLA Navy in No.20 Research Institute of CETC, Xi'an 710068)

The current situations of the development and application of the bistatic/multi-static radars are introduced, and the advantages of such radars in modern defense systems are analyzed and discussed. The main technical and application characteristics of the typical bistatic/multi-static radar systems are analyzed, with the development trends briefly described.

bistatic radar system; multi-static radar system; bistatic/multi-static radar systems; radar countermeasures; synchronous scanning

2016-10-10;

2016-10-22

杜子亮(1990-),男,助理工程師,研究方向:雷達裝備驗收。

TN958

A

1009-0401(2016)04-0005-03