楊建軍 卞磊 路彬彬

摘要

由于低空慢速小目標(biāo)的特殊性，傳統(tǒng)雷達(dá)很難對(duì)其進(jìn)行有效探測(cè)。本文介紹一種圓陣新體制雷達(dá)，該雷達(dá)在低慢小目標(biāo)探測(cè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低空慢速小目標(biāo)的有效探測(cè)。

【關(guān)鍵詞】圓形陣列 低慢小目標(biāo) 跟蹤加搜索

1 緒論

低空慢速小目標(biāo)是對(duì)低空或超低空飛行、速度較慢等特征的各種小型飛行器和空漂物的統(tǒng)稱（以下簡(jiǎn)稱為“低慢小”目標(biāo)）。如何防范“低慢小”目標(biāo)的干擾破壞，是重大活動(dòng)安保的難題之一。

解決“低慢小”航空器探測(cè)問(wèn)題的途徑主要有三種：聲學(xué)探測(cè)、光電探測(cè)（可見(jiàn)光、激光、紅外）和雷達(dá)探測(cè)。由于小型飛行器的噪聲與周圍環(huán)境噪聲相比非常小，這就使得聲學(xué)探測(cè)的距離會(huì)很近;又由于小型飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)紅外輻射特征低，使得紅外探測(cè)手段較難發(fā)現(xiàn)。雷達(dá)探測(cè)難點(diǎn)表現(xiàn)在目標(biāo)所處城市背景復(fù)雜、目標(biāo)的速度慢、目標(biāo)飛行的高度低、容易被強(qiáng)地物雜波和強(qiáng)噪聲所淹沒(méi)，導(dǎo)致雷達(dá)回波信號(hào)的信雜比或信噪比低，影響雷達(dá)的檢測(cè)性能。針對(duì)上述問(wèn)題，本文介紹一種新體制圓陣?yán)走_(dá)用于“低慢小”目標(biāo)探測(cè)。

2 圓陣?yán)走_(dá)介紹

目前相控陣?yán)走_(dá)天線基本上是平面陣列形式。平面陣列天線存在著一些缺點(diǎn)，例如，波束掃描范圍窄，天線單元駐波隨掃描角增大而變化，難以實(shí)現(xiàn)寬角掃描匹配，天線副瓣電平也往往隨掃描角增大而提高。

與傳統(tǒng)的平面相控陣相比，圓陣列具有良好的全方位掃描能力。圓陣列可簡(jiǎn)單而靈活地操控波控的方位，其增益和方向圖等性能基本不變。同時(shí)，圓結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性保持了單元間的互禍平衡，利于實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

本文介紹的圓陣?yán)走_(dá)用來(lái)探測(cè)低空慢速飛行小目標(biāo)，同時(shí)獲取所探測(cè)到目標(biāo)的距離、方位、仰角和速度等信息。下面論述圓陣?yán)走_(dá)在低小慢目標(biāo)探測(cè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

2.1 搜跟合一技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)械掃描雷達(dá)跟蹤目標(biāo)往往會(huì)選擇TWS跟蹤技術(shù)。由于圓陣?yán)走_(dá)具有靈活分配雷達(dá)資源的能力，使之在進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤時(shí)，可以同時(shí)采用傳統(tǒng)的TWS方式和TAS方式，這樣能夠充分發(fā)揮圓陣天線波束捷變所提供的巨大潛力。

圓陣?yán)走_(dá)一般采用低數(shù)據(jù)率搜索加高數(shù)據(jù)率跟蹤方式，數(shù)據(jù)率具有極為靈活的實(shí)時(shí)調(diào)整能力。當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，可采用TWS方式跟蹤，也可以針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)選擇高數(shù)據(jù)率的TAS方式跟蹤。此種方式同時(shí)可以提高對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的跟蹤穩(wěn)定性和測(cè)角精度。搜跟合一技術(shù)是保證低慢小目標(biāo)在做機(jī)動(dòng)性飛行時(shí)連續(xù)跟蹤的保證。

2.2 多目標(biāo)跟蹤技術(shù)

圓陣?yán)走_(dá)的搜索和跟蹤功能是靠時(shí)間分割完成的。由于圓陣?yán)走_(dá)的波束可以瞬間切換，這為雷達(dá)時(shí)間能量資源的自適應(yīng)調(diào)度提供了可能。我們可以把雷達(dá)的工作模式細(xì)分為許多子模式，其中對(duì)每個(gè)子模式還可以進(jìn)一步細(xì)分，比如對(duì)搜索模式，可以把搜索區(qū)域劃分為許多子區(qū)域，對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行不同的波形設(shè)計(jì);對(duì)跟蹤模式，可以根據(jù)目標(biāo)的威脅度和目標(biāo)的機(jī)動(dòng)特性賦予不同的跟蹤優(yōu)先級(jí)，對(duì)不同目標(biāo)采用不同的跟蹤數(shù)據(jù)率。圓陣?yán)走_(dá)的自適應(yīng)調(diào)度可以保證其能同時(shí)對(duì)多批目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí)，需要在跟蹤目標(biāo)數(shù)和跟蹤精度之間進(jìn)行折中。一方面跟蹤數(shù)據(jù)率應(yīng)盡可能低，減少對(duì)雷達(dá)時(shí)間資源的占用，使其跟蹤更多目標(biāo)，或?qū)⒏嗟臅r(shí)間用于搜索，以便對(duì)新目標(biāo)能夠及早檢測(cè)額，延長(zhǎng)預(yù)警時(shí)間;另一方面，跟蹤需要滿足一定的跟蹤精度，特別是當(dāng)目標(biāo)機(jī)動(dòng)時(shí)，如果跟蹤數(shù)據(jù)率過(guò)低，則跟蹤精度會(huì)變差，有時(shí)甚至?xí)G失目標(biāo)。所以，圓陣?yán)走_(dá)的跟蹤數(shù)據(jù)率選取一定要適當(dāng)，這樣才能最大限度地發(fā)揮圓陣?yán)走_(dá)的作戰(zhàn)效能。

3 測(cè)試結(jié)果

本試驗(yàn)所采用的雷達(dá)為s波段圓陣?yán)走_(dá)。該雷達(dá)采用高重頻多普勒技術(shù)，具有強(qiáng)雜波下高概率檢測(cè)“低慢小”目標(biāo)能力，具備凝視能力，在能量域?qū)剐∧繕?biāo);具備搜跟一體功能。試驗(yàn)用目標(biāo)為大疆精靈3，其雷達(dá)散射截面積約為0.01平方米，飛行高度在500m下，飛行速度在15米每秒以下，屬于典型的“低慢小”目標(biāo)。

試驗(yàn)項(xiàng)目1：針對(duì)目標(biāo)在不同高度飛行的試驗(yàn)。人工控制無(wú)人機(jī)在一個(gè)恒定高度上徑向飛行，我們?cè)谌齻€(gè)高度上做了檢飛試驗(yàn)，分別是100m和50m，無(wú)人機(jī)飛行速度在5米每秒到10米每秒之間。圖1展示了試驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，該雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的跟蹤數(shù)據(jù)率高，航跡連續(xù)。

試驗(yàn)項(xiàng)目2：針對(duì)無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)飛行試驗(yàn)。無(wú)人機(jī)飛行高度設(shè)置在100m高度，飛行速度在5米每秒到10米每秒之間。做畫(huà)圓試驗(yàn)。圖2展示了雷達(dá)檢飛跟蹤航跡試驗(yàn)結(jié)果。圓陣?yán)走_(dá)在跟蹤目標(biāo)丟失后，可在丟失的方位上進(jìn)

4 結(jié)論與展望

由于低空慢速小目標(biāo)的特殊性，給重大活動(dòng)的安保帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)雷達(dá)很難對(duì)其進(jìn)行有效探測(cè)。本文介紹的圓陣新體制雷達(dá)具備搜跟一體技術(shù)和多目標(biāo)跟蹤技術(shù)，在低慢小目標(biāo)探測(cè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低空慢速小目標(biāo)的有效探測(cè)。

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