MIMO雙基地雷達及其應用展望

高 節 宋蘇杭

（中國兵器裝備集團成都火控技術中心，四川 成都 611731）

MIMO雙基地雷達及其應用展望

高 節 宋蘇杭

（中國兵器裝備集團成都火控技術中心，四川 成都 611731）

MIMO雙基地雷達是近年來提出的新概念，對其理論和技術的研究已成為雷達領域的熱點課題之一。由于結合了MIMO技術和雙基地雷達的特點，MIMO雙基地雷達具有反偵察、抗干擾、反隱身、對抗反輻射導彈的潛在優勢，在未來雷達中具有廣闊的應用前景。文章介紹了MIMO雙基地雷達的基本原理和優勢，并結合軍事需求與雷達自身特點對其應用前景做了展望。

MIMO雷達；雙基地雷達；應用展望

1 引言

現代極端復雜的電磁環境以及各類新型武器的現實威脅，對雷達系統性能提出了更高要求：雷達應具有遠距離探測弱目標的能力，特別是探測隱身目標的能力；雷達應能實現對目標的分辨和識別，并能進行殺傷力評估；雷達應具有很強的抗截獲能力，以提高在復雜工作環境中的生存能力；雷達應具有大的威力范圍，具有同時搜索和跟蹤多目標的能力，能進行數據融合、航跡計算和威脅評估等。因此，現代雷達必須尋求新的理論和技術途徑以提高探測性能。

將多輸入多輸出(MIMO)技術應用于雷達系統能很好地解決上述問題。利用MIMO雷達技術，可明顯地提高雷達對目標的檢測能力，并可改善對目標參數的估計精度。由于空間分集概念的引入，MIMO雷達還可提高對多目標的分辨能力，進而實現對目標的識別。由于信號間的相互獨立性，MIMO雷達具有主瓣低截獲概率特性，因而具有較強抗截獲和反輻射能力，能夠有效地解決目前雷達在復雜戰場環境中的生存問題。

同時，體系對抗成為未來防空作戰的主要模式，將廣域分布的防空雷達設備聯結起來，構成分布式網絡化的防空雷達系統，是目前防空反導體系的主要發展方向，也是信息化條件下防空作戰的基本要求。基于數據或信號層面的信息融合則是構建上述體系的關鍵技術。結合MIMO雷達和雙基地雷達的優點，MIMO雙基地雷達體制有效解決了復雜的空間同步問題，為信號層面的融合提供了新的途徑，為構成多發多收分布式的防空反導體系奠定了基礎，尤其在使用正交的探測波形后，MIMO雙基地雷達的射頻隱身能力得到了很大改善，而當多個發射陣列同時存在并且交替或同時使用時，雷達系統的隱身能力將進一步提升。

2 MIMO雙基地雷達簡介

多入多出(Multiple—Input Multiple—Output，MIMO)雷達最近幾年已經成為研究的熱點，和傳統的相控陣雷達希望最大化相干處理增益不同，MIMO雷達利用目標散射分集來提高檢測性能，其關鍵點是雷達發射機和接收機空間分集。MIMO系統的優點在于其不同的發射機和接收機分別組成一組探測接收信道，單個信道的能量很小，而平均接收能量近似于恒定，這就解決了傳統雷達存在目標RCS起伏的問題，空間分集增益超過相干處理增益，從而改善檢測性能。

MIMO雙基地雷達是指在雙基地雷達中使用MIMO技術的一種新體制雷達。與有些文獻中使用“雙基地MIMO雷達”一詞的含義略有不同。MIMO雙基地雷達是立足雙基地體制研究如何應用 MIMO技術特點來解決自身問題，而雙基地MIMO雷達立足 MIMO體制研究如何將單基地擴展為雙基地，兩者的出發點略有不同。本文MIMO雙基地雷達一詞特指發射站與接收站相距較遠距離，目標散射具有雙基地特征，發射站和接收站均采用陣列天線且發射陣元間距和接收陣元間距均較近，各陣元發射正交集信號，接收站可以進行測向的一類雷達。這種新體制雷達結合了MIMO多信號通道和雙基地雷達空間分置的特點，不僅具有MIMO雷達和雙基地雷達的固有優勢，同時帶來了傳統雙基地雷達所沒有的一些新的特性。

圖1　MIMO雙基地雷達基本布局示意圖

MIMO雙基地雷達基本布局如圖1所示，收發陣列在空域上分開配置，以便擴大對目標觀察的雙基地角。各單元發射的波形之間彼此正交，因此在空間不會同相疊加形成高增益的窄波束，系統發射的能量均勻覆蓋幾乎所有的雷達責任空間。

圖2　典型MIMO雙基地雷達系統組成框圖

典型MIMO雙基地雷達系統的構架如圖2所示。圖中上半部分大方框內所包含的設備構成 T/R模式的單基地雷達系統，稱為系統的 T/R主站；下半部分虛線框內的設備則構成單純的接收陣列，稱為系統的R副站；兩個陣列之間的控制信息、脈沖信號和頻率基準信號通過光纖完成連接。

T/R主站由T/R射頻收發組件、主頻綜、信號采集設備、光電接口和路由設備組成。系統能夠根據主控計算機設置的參數，完成信號產生、放大、發射至接收變頻、信號處理及數據錄取等。

R副站由副頻綜、接收組件、信號采集設備、副站計算機以及光電接口、路由設備組成，構成MIMO雙基地雷達的純接收陣列，并通過光纖傳輸信息保證和主站在時間、頻率、狀態方面工作的同步與協調。

3 MIMO雙基地雷達優勢

MIMO雙基地雷達是分布式網絡化防空體系基本的構成單元。它以數字陣列以及高速數字處理平臺為基礎；發射陣列中的各個子陣發射彼此正交的信號，電磁能量覆蓋幾乎所有的責任空間，回避了雙基地雷達在空間搜索、時空同步等方面的難題；高占空比信號結合長時間積累技術避免發射波束展寬導致的威力下降；MIMO技術的特殊潛力與雙基地雷達的基本優勢有機結合，使這一新體制的雙基地MIMO雷達表現出若干特殊的優點，如良好的目標定位精度、較強的抗干擾能力和獨特的射頻隱身能力等等。

3.1抗飽和攻擊能力

現代戰爭的演變非常迅速，巡航導彈、戰術地地導彈、低成本無人飛機等的出現和大量使用使飽和攻擊成為新型防空體系必須面對的挑戰。MIMO雙基地雷達發射機、接收機空間分集，通過虛擬陣增加了發射——接收通道數，從而提高了雷達的飽和跟蹤能力，而由于占空比沒有限制以及接收站大幅度前置，維持雷達威力所需要的CPI時間大幅下降，可根據目標所處位置的不同靈活地選擇不同的跟蹤數據率，這也成為MIMO雙基地雷達系統的特色之一。

3.2抗距離欺騙能力

目標反射信號隨目標運動存在很大的起伏，難以判別出現在波門前沿的究竟是目標信號還是一般的噪聲或壓縮信號的旁瓣。MIMO雙基地雷達能同時獲取目標相對于收發陣列的角度信息，具備信息盈余的特點。因此，除了像常規雙基地雷達一樣能獲得收發陣列至目標的距離和之外，還可利用獲取的兩個角度計算收發陣列至目標的距離和，避免距離欺騙。

3.3低截獲抗偵察能力

MIMO雙基地雷達使用超大時寬發射信號工作，占空比甚至可接近100%，對降低雷達的峰值功率，提高雷達抗信號截獲能力很有幫助；且多個獨立的信號均分發射功率，被截獲的距離進一步降低。偵察接收機只有接收到足夠多規律性的信號后才能完成確認、區分以及最后的辨識。因此，除非對所有單個發射信道的信號均完成檢測和識別，否則很難簡單地完成MIMO雷達信號的識別。

3.4射頻偽裝能力

以正交波形和雙基地配置作為基礎，MIMO雙基地雷達可以具備獨特的射頻偽裝能力。MIMO雙基地雷達各發射通道交替使用相位編碼或者大時寬的線性調頻信號，各通道信號在空間合成的信號類似噪聲，具備天然的偽裝效果。雖然偵察接收機可以監視到接收功率的變化，但難以判定究竟是環境噪聲變化還是出現了低截獲雷達的噪聲類信號。

4 MIMO雙基地雷達應用展望

MIMO雙基地雷達在體制上的優勢決定了其具有廣闊的應用前景。以MIMO雙基地雷達為基礎，可以構成地空聯合的信息獲取系統，用于戰區內作戰飛機的導航或指揮，并降低防空導彈的使用成本。使用正交的波形后，照射到空間合成的信號包含有相對于發射陣列的角度信息，如果空中的飛機或導彈上配置有高精度定時設備和低成本的純接收處理設備，就可以實時地提取這一角度信息并完成自定位功能。MIMO雙基地雷達的發射陣列也可安裝到浮空的氣球或者飛機上，以改善對低空目標的探測跟蹤性能，獲得更好的制導效果。此外，MIMO雷達技術還可以應用于機載／星載進行動目標檢測，能夠獲得更小的最小可檢測目標速度。

MIMO雙基地雷達優良的目標檢測能力及其反隱身、抗摧毀特性可用于構建岸基預警雷達系統，檢測遠距離弱小目標并應付日益發展的隱身技術，下文將以此為例展開論述。

圖3　海岸防空預警體系

以MIMO雙基地雷達技術為基礎，在未來可建立如圖3所示的海岸防空預警體系。體系內將包括使用不同編碼、不同頻率的雷達，也包括一個或多個集中式的MIMO雷達，各雷達可單獨工作，也可以構成一個廣泛的分布式MIMO雷達系統，其中任意一個接收設備均可以接收不止一個雷達的發射并經目標反射回來的電磁波信號，從而構成很多虛擬的雙基地雷達系統。

在這樣一個體系架構中，地波超視距雷達的遠程預警潛力，與C、S、X波段MIMO雷達的高精度定位特性有效地結合起來，使新一代分布式組網MIMO雷達體系對海面或低空目標具有很強的探測能力，對己方軍民用海面設備具有很強的信息支援能力，并承擔航海、航空管理、監視、控制等關鍵的任務。特別是作為常備的電磁照射力量，地面設備可以起到掩護并指揮己方護衛艦艇的作用，使其可以在電磁靜默的狀態下完成值班甚至防衛導彈發射、跟蹤任務。

5 結論

MIMO雙基地雷達具有飽和跟蹤能力強、抗截獲能力高、檢測弱目標能力強、便于對多批目標進行分選等強大優勢，能突破很多常規雷達難以回避的技術瓶頸，具有非常廣闊的應用前景，包括本文提及的構建海岸預警體系等。但是，作為一個新生的雷達概念體系，MIMO雙基地雷達仍有許多關鍵技術有待進一步深入研究，例如MIMO雙基地雷達的資源管理技術、陣列誤差校正技術、目標定位和跟蹤技術等。總之，MIMO雙基地雷達及由其構成的分布式防空反導體系的潛能和技術特點仍需要不斷地研究和挖掘。隨著研究的不斷深入，一個全新的具有高戰術技術性能的防空雷達系統將很快展現在我們面前。

[1] 陳永光,李修和.組網雷達作戰能力分析與評估[M].北京:國防工業出版社,2006.

MIMO Bistatic Radar and Its Application Expectation

MIMO bistatic radar is a new conception in recent years，and the research for its theory and technique has become one of hot problem in the domain of radar. Since it has both character of MIMO technique and the bistatic radar, the MIMO bistatic radar is provided with the potential ability of the anti-reconnaissance，anti-jamming，anti-stealth and anti-radiation attack, and can be widely found application in the future. This paper introduces the principle and advantages of MIMO bistatic radar, and expects its application in the future with military requirement and the character of radar self.

MIMO radar; bistatic radar; application expectation

TN95

A

1008-1151(2015)04-0064-03

2015-03-15

高節（1983-），女，中國兵器裝備集團成都火控技術中心總體室副主任，從事雷達系統總體工作。