偵察設備單站脈幅定位研究*

汪海銳　邵　偉　林明勝

(海軍蚌埠士官學校　蚌埠　233012)

WANG Hairui　SHAO Wei　LIN Mingsheng

(Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu　233012)

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偵察設備單站脈幅定位研究*

汪海銳邵偉林明勝

(海軍蚌埠士官學校蚌埠233012)

針對雷達設備探測定位所具有的不足之處，說明無源雷達所具有的優點，并通過雷達方程、偵察方程建模過程的分析，以偵察設備對非合作輻射信號偵察、接收、測量的過程，說明以脈幅來測定輻射源與偵察設備距離的依據。

技術偵察; 定位; 脈幅; 無源雷達

WANG HairuiSHAO WeiLIN Mingsheng

(Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu233012)

Class NumberTN971.1

1　引言

輻射源定位是電子戰系統的一個基本功能與要求，明確目標的具體位置具有極大的意義，首先，確定目標的位置，有助于了解敵方的軍事部署；其次，在精確定位目標之后，就可以使用帶有定位系統的精確制導武器進行攻擊；最后，同一區域中集中的不同類型的輻射源的相關信息可以用來分析該區域中敵方的部隊的類型[1]。

常用的對輻射源定位的方法主要可以分為雷達探測定位、偵察設備定位。

對于雷達探測定位來說，在對目標進行搜索定位的同時，會主動輻射出電磁波，從而使得在對目標進行搜索、探測的同時，也將自己的位置、電磁特性暴露無遺，被其他的目標偵察、截獲。雷達的使用，使得己方被敵方發現的概率增大，也容易造成被敵方攻擊，同時，雷達探測定位也存在角度欺騙、距離欺騙等問題，而且雷達極易被無源假目標干擾，造成探測定位中的失誤。

相對于雷達探測定位來說，偵察設備的探測定位則更具有優勢，偵察設備只接收被偵測方輻射出的電磁波，不主動發射，因此，被發現的概率大大的降低，具有極大的隱蔽性。由偵察設備構成的無源探測和定位系統，其工作機理、定位方法和系統配置使它具有優越的反隱身性能，作用距離遠、隱蔽性強、不易被對方發覺，可免遭反輻射導彈、低空飛機、巡航導彈等襲擊，在軍事行動中，生存能力相對較強。

因此，采用偵察設備定位的方法較雷達探測定位更具有優勢。

2　偵察設備測向與定位技術

2.1傳統偵察定位方法

在傳統的偵察設備的定位中，一般以測向為主，主要的測向方式有：搜索式測向、比幅法測向、比相法測向、時差法測向等[2～3]。在偵察設備進行測向之后，通過三角定位法、角度與距離法、多距離測量法、雙角度與已知距離差分法、單部移動式截獲接收機的多角度測量法五種基本定位方法之一實現其定位[4]。在具體的裝備中，一般采用飛越目標法、方位/仰角定位法、測向交叉定位法、測時差無源定位法、多站無源定位法、單站機動定位法等方法進行測向定位[5]。

通過測向后采用相關方法進行定位時，都存在著輻射源信號的甄別問題，一般的定位方法中，因為需要對被測信號進行確認，保證偵察接收機接收到的信號來自同一被偵察目標，甚至需要確認被測試的電磁波信號來自同一目標的同一波束。如：在三角定位法中，需要確保兩部不同的接收機接收到的是同一個信號源輻射出的信號，這個給信號的識別、分選工作提出了較高的要求。而采用時差法進行定位時，在平面上至少需要三個站，在立體空間至少需要四個站，才有可能對目標進行定位，而且在定位過程中，需要保證幾個接收站接收到的信號是同一輻射源發射出的同一信號，在測頻和測時時均需要較高精度的頻率基準，使得測向定位的難度增大[6]。在整個測向定位過程中，定位精度受到目標和該系統的相對幾何關系制約，尤其受到各接收站之間的構形的制約，存在著是站址誤差、時差測量誤差標準差等問題[7]。采用單站脈幅定位法，則只需要對接收的電磁波信號進行簡單的分選，不需要對電磁波信號進行同一波束的確認。

較之其他的定位方法，使用偵察設備進行單站測向、脈幅定位具有很明顯的優勢。

2.2偵察設備的構成

當前的偵察設備大多具有較高的測向精度，但僅限于測向；對于測距還得借助其他相關設備配合進行。典型雷達偵察設備的基本組成如下[8]：

由圖1可知，在測向天線陣進行測向的同時，測頻天線也在進行信號的處理，測頻天線主要針對信號的fRF,tTOA,Ap,τpw,F參數進行預處理。其中，可以判定非合作輻射源與當前偵察設備距離的信號參數為信號脈沖幅度Ap。在實際的工作中，通過對偵察裝備長期使用發現，非合作輻射源的脈沖幅度Ap與偵察設備之間的距離有一種內在的聯系。

通過對雷達方程、偵察方程模型的理解，可以得出偵察設備測距的公式。

圖1　典型雷達偵察設備的基本組成

2.3雷達方程與偵察方程

脈沖雷達的作用距離，一般按以下模型建立，進行定性分析、定量計算[9～10]。

當天線按最大接收方向標定，即：天線方向圖的最大值對準輻射源時，有效接收面積就可以達到最大值Amax，天線在其它位置時，A=Amaxρ2(θ,φ)，式中ρ(θ,φ)表示天線電場方向圖單位標稱值。

在雷達測距進行定量分析時，充分考慮到了各種可能影響測距的因素，但相對而言，雷達接收機，在接收信號時，進行的是反射回波的接收與處理，而采用偵察設備，則可以直接對非合作輻射源進行信號處理。

利用雷達偵察設備進行測距的有多種方法[11]，利用偵察方程測距、功率測量法，在偵察設備上最直觀的顯示是偵察設備接收到信號的脈沖幅度。

利用偵察方程的建模及公式推導過程如下：

綜合考慮傳輸損耗、大氣衰減以及地面或海面反射等因素的影響，得到修正后的偵察方程，修正偵察方程主要考慮有關饋線和裝置損耗等情況。其中，輻射信號在傳輸、接收、處理過程中，主要損耗如下：

1)從雷達發射機到雷達發射天線之間的饋線損耗L1≈3.5dB；

2)雷達發射天線波束非矩形損失L2≈1.6dB～2dB；

3)偵察天線波束非矩形損失L3≈1.6dB～2dB；

4)偵察天線增益在寬頻帶內變化所引起的損失L4≈2dB～3dB；

5)偵察天線與雷達信號極化失配損失L5≈3dB；

6)從偵察天線到接收機輸入端的饋線損耗L6≈3dB；

對于偵察設備而言，其主要過程是接收到非合作源的輻射信號，其接收過程與處理的實質與無源雷達相同，因此，該偵察方程也可以作為無源雷達的距離方程。

在其他的建模過程中，基于同等的假設，也可以得到無源雷達距離方程的另一種表現形式，當無源雷達探測信號來自目標自身輻射電磁信號時，無源雷達的距離方程可以表示為：

式中：Pt為輻射源的脈沖功率；Gt為輻射源天線平均旁瓣增益；Gr為被動站接收天線增益，即偵察設備接收天線的增益；λ為工作波長；SPG為被動站信號處理增益；S/N為偵察設備工作信噪比；L為各種損耗之積；Pmin為被動站接收機極限靈敏度，Pmin=kTBrNr，k為波爾茲曼常數，T為接收機等效溫度，290K，Br為接收機帶寬；Nr為接收機噪聲系數[7]。

在實際的使用過程中，即使接收機的靈敏度略小于雷達接收機的靈敏度，也能保證作用距離大于被偵察雷達的作用距離，從而有助于偵察工作的隱蔽性，使得偵察設備的測距相對于雷達測距而言，具有明顯的優勢。

3　脈幅定位研究

3.1偵察設備脈幅測距公式

在發送端與接收端的功率比值為：

對該式進行分析可知，對于某型固定的非合作輻射信號源而言，其中發射信號的電平幅值Aut、等效內阻rot、輻射源天線平均旁瓣增益Gt、信號波長λ均為固定值(該值對偵察設備而言，為已知值；若非合作輻射源為頻率捷變雷達，則該值相對于單個具體的脈沖，為固定值。)；偵察接收設備方面，偵察接收天線增益Gr、等效內阻ror也為固定值。

由此得出結論：當輻射信號的頻率為定值時，偵察設備偵測到目標的距離與觀測到的信號幅度近似成簡單的反比關系。

3.2偵察設備脈幅定位

精確度需求不高的場合，可以認為，非合作輻射源的信號幅度與距離成簡單的反比關系。

在偵察方程中，對測距精度影響比較大的因素主要是發散損耗，而如果發射功率電平和接收功率電平都是已知的，就可能計算出信號發射的距離，由于該技術只用于不需要高精度測距的一些電子戰系統中，通常忽略除發散(即空間)損耗外的所有因素。

發散損耗由下式計算：LS=32.4+10logF+20logR，其中：LS為發散損耗(dB)；F為發射頻率(MHz)；R為傳輸路徑長度(Km)。

在真實的偵察設備進行監測過程中，可以通過大量的觀測數據得出距離和發散損耗之間的關系，從而得到在一定環境(如某種海況、某氣象)條件下的發散損耗之值，從而對偵察測距公式進行修正，再聯合偵察方程，可以得到較為精確的脈幅與距離之間的關系。

3.3偵察設備脈幅測距中存在的問題

在實際的偵察設備中，為了保證對水平極化與垂直極化的電磁波信號的偵測與接收的問題，在真實的偵察裝備中，對非合作輻射源的信號進行處理，使得不同極化的輻射信號在偵察接收機中，其功率被不同的衰減，這個也造成了脈幅測距的因不同類型的輻射源的信號而得到不同的幅度的問題。

在實際的偵察設備采用脈幅進行測距的過程中，由于非合作輻射源相對于偵察設備有著運動軌跡，在整個偵測過程中，綜合雷達設備的測距觀測，發現：

1) 某型非合作輻射源在與偵察設備進行直線相對飛行時，脈沖幅度比較穩定，在接近過程中，脈沖幅度由弱到強的變化極為明顯，距離測算較為準確。

2) 某型非合作輻射源圍繞偵察設備做圓周運動時，在飛行至偵察設備左右舷某個角度區間時，脈沖幅度無明顯變化，距離測算較為準確；在飛行至偵察設備另某個角度區間時，脈沖幅度由強忽然變弱，距離測算過程中，誤差明顯。

3) 某型非合作輻射源背對偵察設備遠離時，脈沖幅度由強到弱變化明顯，距離測算較為準確。

4) 由于艦載偵察設備的觀測方位角會有限制，因此，某型非合作輻射源的飛行高度對脈沖幅度也會影響，但相對而言，其脈幅與距離近似成反比關系。

在實際通過脈沖幅度測距定位過程中，也發現：

1) 當固定頻率非合作輻射源與偵察設備相對行進時，被偵測信號的脈沖幅度變化緩慢，距離如果由遠及近，則脈沖幅度由弱及強。

2) 當固定頻率非合作輻射源對偵察設備作圓周運動時，脈沖強度變化無明顯特征。在實際偵測過程中，由于偵察設備接收天線的限制，會出現在偵察設備的某一個角度區域內出現接收的脈沖幅度變化不明顯的情況。這時，需要通過偵察設備的測向裝置再次判定被偵測目標的實際運動情況來進行定位。

3) 當頻率捷變型非合作輻射源相對偵察設備進行運動時，脈沖幅度會隨時變化，其變化規律與頻率捷變型非合作輻射源頻率變化的規律相同。

4　結語

對于單站脈幅定位法具有其他定位方法所不具備的優點，如：不需要對被偵測目標進行電磁波信號的同源確認，不需要對接收到的信號進行分選，但是，單站脈幅定位法需要前期長時間的信號偵測作為基礎，在偵察得到信號后，輔之先驗知識確認，可以很清楚地判定其相對位置與距離。該方法已經被美國研制并投放裝備中進行使用[12]，在具體的裝備使用過程中，需要長期的經驗積累。

而通過長期技術偵察觀測與數據的積累，能解決這個問題，如何利用長期積累的大量觀測數據進行分析與處理，得出具體某型非合作源輻射信號脈幅與距離更精準的關系，是以后有待更一步細化研究的內容。

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[12] 柏華.無源雷達及其定位技術[J].電子工程，2010(2)：43-47.

Location of Single Station Pulse in Reconnaissance Equipment*

Focused on the disadvantages of radar detection and location, this paper illustrated the advantages of the passive radar. Through the analysis of the radar equation, reconnaissance equation modeling process, the reconnaissance equipment on non cooperative emitter signal reconnaissance, receiving, measurement process, this paper illustrated the basis of the method by the pulse amplitude to measure radiation source and reconnaissance distance.

reconnaissance, orientation, plus amplitude, passive radar

2016年2月7日,

2016年3月26日

汪海銳,男,碩士研究生，助理講師，研究方向：電子對抗、數據挖掘。邵偉,男,副教授,研究方向：電子對抗、信息作戰研究。林明勝,男,副教授,研究方向：通信與信息系統。

TN971.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.018