無源雙基雷達技術發展

閆 萌

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引言

常規雷達探測的主要作用機理在于：發射定向波束照射目標，利用所接收的目標回波進行相關脈壓處理，進而實現對目標的跟蹤、定位。但其大功率發射系統作為輻射源，若被敵方的偵察系統發現、定位就有被摧毀的風險。

無源雷達本質上是雙(多)基地雷達。無源雷達的特征在于無需輻射電磁波，其工作機理在于利用外輻射源（包括照射雷達的發射信號、存在于空間的各種無線信號等）實現目標的探測、跟蹤，故與常規雷達相比，具有優良的四抗能力和隱蔽性。此外，無源雷達無需配置發射機，可完成低成本的便攜裝備；無需考慮能量覆蓋的設計，故不存在理論上的探測盲區。這些特性都使得無源雷達在現代電子戰中占據重要地位，也是近年來雷達領域的研究熱點頻[1]。

1 無源雷達的特點

根據輻射源的不同，無源雷達可分為可見光無源探測(電視探測)雷達、無線電無源探測雷達和紅外線無源探測雷達三種類型。這些無源雷達探測系統主要通過目標輻射的電磁能量、熱能或反射的可見光能進行探測和定位。這些系統本身不輻射能量，因而不可能被敵方偵察和定位，從而無從實施干擾和攻擊，這類雷達的弱點在于：容易受到無線電靜默、云層、天氣等氣象條件影響[2]。

無源雷達主要通過將目標散射回波信號與外輻射源的直達波信號進行相關處理后得到目標信息，從而完成對目標的檢測、定位和跟蹤。所利用的外輻射源包括各種存在于空間的無線信號（如民用電視、廣播、移動通信、GPSWIFI 等），隱蔽性和抗摧毀性能好。這些系統可以實現低成本網絡布防、廣闊覆蓋、布設靈活等特點，并且低頻段段外輻射源雷達還可實現反隱身、低空探測、抗“無線電靜默”。其缺點在于：非合作發射信號帶來的信號同步、雜波干擾等問題[3]。

2 無源雷達探測技術分析

無源雷達在現代化信息戰場中具有巨大的潛力和優勢，無源雷達在目標探測與電子對抗中的優勢主要包括[4]：

2.1 抗電子偵察

沒有發射機的無源雷達具有便攜性、隱蔽性，難以被偵察；可利用多個外輻射源的信號作為發射信號，故敵方很難偵察無源雷達系統的功能參數。

2.2 抗干擾能力

一般來說，強方向性的后向干擾主要是瞄準發射機的，故該方式的干擾很難起到作用；若敵方采用寬頻帶的全方干擾，其信號功率密度和干擾效果便大打折扣。因此無源雷達具有抗有源壓制干擾的能力。另外，對于無源雷達來說，有源欺騙干擾也不適用。

2.3 抗摧毀能力

無源雷達的接收機是無線電靜默的，可以避免遭受導彈攻擊；發射源是民用調頻廣播信號，電視廣播信號，手機信號及衛星信號等等，覆蓋比較廣，遭受敵方攻擊概率也比較小。因此無源雷達有較強的生存能力。

2.4 抗超低空突防

由于大部分民用電視、廣播發射塔都比較高，或者建造在高山上，且低空輻射功率強，發射的信號有利于對低空目標進行探測和跟蹤。

2.5 反隱身

一般來說，調頻廣播、電視等信號一般工作于P 波段，故利用此類信號作為輻射源信號的無源雷達可以用于反隱身探測。這主要是由于隱身裝備的吸波涂層和吸波材料頻帶較窄，主要應用于厘米波信號的吸收，而對米波信號的吸收能力較弱；此外，無源雷達屬于多基雷達體制，另隱身裝備無法在收發同一方向上完成對微波信號的吸收，故無源雷達在反隱身方面具備一定的優勢[5]。

3 無源雷達探測關鍵技術

無源雷達探測系統的工作原理如圖1 所示。接收機主要包含兩部接收天線，其中一部指向輻射源，主要用于接收發射機的直達波，從而為完成目標回波分相關處理提供參考信號；另一部用來接收目標散射回波信號。無源雷達探測的關鍵技術主要包含以下幾點：

圖1 無源雷達探測系統示意圖

3.1 輻射源信號的分析與選擇

由于直達波信號的模糊函數特性決定了多普勒分辨力、距離分辨力、旁瓣水平以及模糊間隔，故無源雷達的設計首先要選擇、確定其輻射源的直達波信號。典型的輻射源信號的模糊函數應近似于理想的“圖釘型”，即在多普勒和距離的二維域上沒有較高的旁瓣電平，常用的輻射源信號如表1 所示。這些信號的調制模式固定，無法同時滿足無源雷達對輻射源信號的要求。另一方面，為提高系統對目標的跟蹤精度，需增加輻射源的個數，在選擇數個輻射源時，需要綜合考慮輻射功率、空間布局和瞬時帶寬等。

表1 幾種典型照射源信號的屬性

3.2 信號同步技術

為了使無源雷達探測系統發揮其優越的探測性能，必須使系統與輻射源信號特征實現同步和匹配。而對實際的探測系統而言，設計者往往只能獲知輻射源信號波形的某些參數，其余參數需通過估計得到。在無源雷達探測系統實際工作時，首先需經過頻率搜索和空域濾波獲得直達波的信息，再利用以上獲得的頻率信息和發射脈沖實現頻率同步和時間同步，最后通過天線波束形成完成空域同步。

3.3 直達波信號的提取技術

無源雷達探測系統中通常設置參考信道，其接收天線直接指向輻射源發射站。參考信道所接收的直達波信號的作用主要有三個方面：偵察信道所接收到的目標回波信號中含有大量的直達波信號，一般情況下，其功率大于雜波功率，應采用對消算法去除直達波信號，因此需要純凈的直達波信號作為自適應對消算法的參考信號；目標回波信號中含有功率較強的雜波信號；采用對消算法去除雜波的過程中同樣需要直達波信號作為參考信號直達波信號為空時二維相關檢測提供參考信號。

然而，在傳輸過程中多徑雜波必然會混入直達波中，因此需要有效抑制多徑干擾。目前提取直達波的方法有空間投影法和盲均衡法。空間投影法是通過將參考信道的接收信號投影到與多徑雜波正交的子空間上，達到提取直達波信號的目的。這種提取直達波信號的方法缺點在于計算量大。盲均衡法主要依據輻射源波形所具有的恒模特性實現對直達波信號的提取。這種方法簡單且利于實現，缺點是性能有待進一步提高。

3.4 微弱信號的檢測技術

無源雷達探測系統中的目標信號檢測是通過相關處理（即匹配濾波）來實現的，其過程為：在最大限度的抑制雜波后，為了進一步提高檢測性能，需要采用長時間相干積累技術以達到有效檢測所需的信噪比和信雜比。此外，研究者們針對目標回波信號的特征，提出了基于循環相關譜的檢測技術。然而，所有嘗試對弱信號檢測技術的發展所做的貢獻十分有限，使得微弱信號檢測技術的發展緩慢。

3.5 參數估計技術

在檢測到觀測區域中的目標后，需要估計目標的距離、空間位置和速度等參數。參數估計的原理如下：主要通過回波信號的時延估計距離，由目標回波的到達角估計空間位置，由信號的多普勒頻移估計速度。目標到達角的估計技術由基于幅度和相位估計的方法發展到基于空間譜估計的方法。現階段主流的時延估計方法主要包括：基于高階統計量的方法、時頻分析法、廣義互相關法和基于循環譜分析的方法。近幾年，融合多維域和多種特征的處理方式逐漸成為熱點，通過多維信息綜合處理的方式可以大大提高參數估計的精確度。

4 無源雷達探測系統新技術

現階段無源雷達探測系統的研究工作已取得了一定成果，但這一技術領域中的許多新技術尚有待大家進一步開發。

4.1 多頻段輻射源的融合

輻射源信號和接收信道的時變特性使得目標檢測過程同樣具備時變特性。為增加檢測魯棒性、克服目標檢測的不確定性，未來可采用多頻段輻射源協同探測的方式，利用多頻段的探測結果，進行參數融合等信號處理，從而得到完整而準確的目標特性信息，實現對目標的精確探測。

4.2 雜波建模與雜波抑制

偵察信道所接收的微弱目標回波信號通常被強地、海雜波所淹沒。現有的去雜波算法主要針對不具有多普勒頻移特性的地、海雜波，而實際的地、海雜波情況更為復雜。未來可采用空時二維自適應濾波等更為先進的算法來解決此類問題。

4.3 參數估計

參數估計的精度直接決定了目標定位的精度。而采用多信號進行目標定位或多目標的定位問題更為復雜，在實際目標探測中還需實現時延、方位和多普勒頻移等參數間的匹配。現階段主要存在兩種解決方法匹配算法和參數聯合估計法。前者首先通過單參數估計算法得到目標回波的參數，而后再選擇適當的匹配算法實現目標回波多參數之間的匹配。然而匹配算法需要在較高的信噪比下實現，故該算法的實用性不強。而后者可同時得到目標多個特性參數的估計值，故可有效實現目標的精確定位，具有廣闊的應用前景。

4.4 無源定位技術

目前主要有如下幾種基本定位算法包含橢圓定位法、雙曲線定位法等。然而在不同的信道條件下，各定位參數的測量值表現出不同的誤差特性，因此采用的定位算法具有不同的性能。在實際應用過程中每種算法都各有利弊，僅依賴單一定位算法幾乎不可能取得最優定位性能。此時，混合定位方法應運而生。利用多種定位方法進行組合定位可吸收不同定位方法的優點，利用多種定位信息，提高了信息的飽和度，這是定位研究的新趨勢。

5 總結

無源雷達探測系統利用外輻射源（包括照射雷達的發射信號、存在于空間的各種無線信號等）的信號，將目標散射回波信號與外輻射源的直達波信號進行相關處理后得到目標信息，從而完成對目標的檢測、定位和跟蹤。此類雷達具有優良的四抗能力和隱蔽性；無需配置發射機，可完成低成本的便攜裝備；無需考慮能量覆蓋的設計，故不存在理論上的探測盲區。發展新體制多基地無源探測雷達，適應未來戰場的信息探測需求，已成為我國軍工發展的必然趨勢。

［1］吳曼青.數字陣列雷達及其進展[J].中國電子科學研究院學報，2006(1)：11-16.

［2］張祖稷，金林，束咸榮.雷達天線技術[M].北京：電子工業出版社，2005.

［3］王黨衛，王少剛，關鑫璞.超寬帶雷達及目標識別技術研究發展[J].空軍雷達學院學報，2007，21(3)：157-164.

［4］方棉佳，田波，馮存前.超寬帶新體制雷達的軍事應用潛力及局限[J].電子對抗，2002，17(6)：8-11，2008.

［5］張錫祥.新體制雷達的對抗與發展及其干擾統一方程[C]//航天電子信息配套發展戰略論壇論文集.2005.