雙(多)基地雷達系統應用分析

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)基地雷達系統應用分析

杜子亮

(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安 710068)

介紹了雙(多)基地雷達的發展應用現狀,并對該型雷達在現代防御體系中的優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特點及典型的雙(多)基地雷達系統的應用特點,簡要描述了其未來的發展趨勢。

基地雷達系統;多基地雷達系統;雙(多)基地雷達系統;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,它是從雷達收發站配置的角度來命名的。單基地雷達一般是收發共址,即接收站和發射站位于同一個地方,而雙(多)基地雷達則是收發異址,其中多基地雷達還具有多個發射站和多個接收站,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展前好幾年就已經出現了,其原理也早已為人們所應用,但是發展的過程卻十分緩慢。這主要是由于天線收發開關和脈沖發射技術的出現,使得單基地雷達在很長一段時間內占據了雷達技術發展的主導地位。但是近年來,隨著“四大威脅”即目標隱身技術、綜合性電子干擾技術、低空超低空突防技術和反輻射導彈技術的迅猛發展,現代戰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。在海灣戰爭中,伊拉克的雷達系統為了躲避美軍反輻射導彈的攻擊,不得不采取了關機的消極措施以求安全。因此,為了對付日趨發展并成熟起來的“四大威脅”的挑戰,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,同時還發現其具有一些新特點:將合成孔徑和動目標顯示綜合為一體的“雜波調諧”能力,兩維雙(多)基地雷達的三維測量能力,可用多種參數、多種工作方式實現定位、跟蹤優化的能力,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/地收,空發/地收,地發/空收等幾種形式,而多基地雷達還具有一發多收、多發多收等形式。

1 雙(多)基地雷達系統的典型應用

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、發展和使用,并已經取得了顯著的成果。特別是美國,已將多個雙(多)基地雷達系統應用于國土防御網中,擔負著遠、中、近程的戰略警戒任務。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,以評估它在執行多種戰術防御任務時的工效,結果令人滿意。

1.1 美國的雙基雷達系統

“圣殿”雷達是由美國技術服務公司(TSC)研制的一種戰術雙基體制系統。它使用地面相干雷達接收站與機載發射機協同工作,擔負對空監視和目標跟蹤任務。1980年8月,該系統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。該系統工作在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。

空地雙基系統是使發射機載機遠離戰區,但將載有接收機的攻擊機布置在戰區內,進行目標搜索、跟蹤和進攻。它工作在I波段,發射機載機為C-141飛機,接收機載機為C-130。經過多次復雜的測試和分析,該系統已經解決了發射機與接收機間信號的相位和時間同步問題,以及收發載機間相互位置和速度的協調問題。

1.2 美國的多基雷達系統

目前,美國已經建成了SPASUR和MMS兩個多基雷達系統,其中SPASUR是為海軍研制的對空監視和警戒系統。它有3個發射站和6個接收站,作用距離為1000～1600 km,測角精度0.02°。MMS則服務于陸軍,用于對大氣層內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(PLSS)。在PLSS中,首先使用3架高空偵察機組成一個3點測量網,然后再把接收到的目標信號轉發給地面指揮中心,最后由地面系統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。據稱,該雷達的發射頻率為600 MHz,發射功率800 W,作用距離達到了500 km。俄羅斯也使用了雙基地系統,在信息冗余條件下給出了測量目標極坐標的方框圖和結果曲線。如果雙基地雷達系統測出的3個數據中有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特點

與單基地雷達相比,雙(多)基地雷達構成較為復雜。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、發和信號處理功能外,還必須解決收、發之間的空間、時間和相位的“三大同步”問題。

首先是收、發波束的空間同步掃描問題。因為收、發天線分離很遠的距離,如何在對空域掃描過程中保證收、發波束同時照射到同一目標而又有好的數據率,將是一大技術問題。近期國內發展的數字波束形成技術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、發分離,如何為它們提供統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射機之間的相位同步。一般雙(多)基地雷達都是用數據鏈和(或)原子鐘來實現收、發之間的時間和相位同步。

3 雙(多)基地雷達的系統應用特點分析

一個完整的防御體系是各種先進武器系統的綜合運用,更是各種典型雷達的應用。在現代戰爭中,雷達構成了C3I系統和武器控制系統的重要環節,發揮著至關重要的作用。因此,雷達也成了現代高技術戰爭中敵方襲擊的首要目標,而雷達系統是否能承受敵方打擊并生存下來已經成為防御體系是否有效并可能決定戰爭勝敗的關鍵因素。然而,在21世紀,戰術雷達系統將不可避免地面臨著“四大威脅”的挑戰。這就要求雷達系統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”時的優勢和在現代戰爭中的應用。

3.1 抗摧毀能力強

反輻射導彈是通過跟蹤雷達發射的電磁波束進行制導而摧毀雷達系統的。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生威脅。但是,無源雷達是不發射電磁波的,因此反輻射導彈無法對無源雷達形成有效攻擊。雙(多)基地雷達系統使用兩個以上的分離基地,發射站與接收站分開設置,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射站。一部雙(多)基地雷達接收機可以利用幾部不同發射機的照射信號,一旦某個發射機受損,系統仍能堅持工作。所以,如果能夠合理配置發射站,如遠離戰區或將發射站置于飛機或衛星上,從而構成空地間的雙基地雷達,就可以避免反輻射導彈的攻擊,增強防御系統的抗摧毀能力。

3.2 抗干擾能力強

電子干擾是在現代戰爭中起重要作用的電子戰的內容之一。對雷達系統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。它實質上是利用對方雷達工作發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,這對整個系統的工作不會產生多大影響。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

隱身飛行器投入應用后對現代防御系統的構成和工作方式產生了極大的影響，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射的電磁波經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)基地雷達系統一般都是利用目標的側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)基地雷達系統的發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,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途徑。雙(多)基地雷達組網是根據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的檢測特性以及實現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代飛行和巡航導彈主要的戰術手段之一,其原因就是一般單基地雷達的低空探測性能不好,總會出現一定的盲區。為了消除這種目標探測上的盲區,可以通過配置雙(多)基地雷達來實現。雙(多)基地雷達系統的接收機可以探測到發射機視線(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現遠區低空目標。這對內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)基地雷達系統的發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,例如將發射機布置在衛星上,而把接收機布置在戰區前沿的預警機上,以便提供充分的告警時間。此外,利用雙(多)基地雷達系統探測目標,可以充分發揮雷達系統的性能優勢,收發站分置又減少了對天線轉換開關和接收機保護設備的需求,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勢,促進雙(多)基地雷達系統能在現代戰爭中有效地對“四大威脅”的挑戰,進而在軍事防御系統中形成廣泛的應用前景。不過,在參與不同戰術任務時,其采用的布站形式、組網結構和工作模式也是不同的,在具體應用時應根據系統特點靈活運作。

4 結束語

在現代防御警戒系統中,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,在未來高技術戰爭中將發揮不可替代的作用,與固態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展的趨勢,又有向小型局部區域布防系統發展的趨勢。它在民用方面也會有日漸廣闊的應用。隨著科學技術的迅速發展,相信會有更多的雙(多)基地雷達出現,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[M].北京:國防工業出版社,1998:20-22

[2] 胡成.雙基地雷達同步技術研究與同步系統設計[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