现代海军雷达侦察技术发展分析

赵培聪,史雪辉

（海军驻南京924厂军事代表室,南京 211100）

0 引 言

雷达侦察技术从上世纪50年初出现开始,历经了半个多世纪的发展。雷达侦察装备以其作用距离远、隐蔽性好、不受气候条件限制等优点,如今已成为其它侦察设备无可替代的重要目标探测、监视和威胁告警手段。在现代海战中,包括雷达在内的信息化电子装备效能的发挥是提升舰载武器整体作战效能的前提,雷达侦察技术在雷达对抗系统中的重要性更加突出,雷达技术的发展牵引着雷达侦察技术的发展。

现代海军雷达侦察装备的主要任务包括:

（1）通过对海战场各种雷达、通信等电磁辐射信号进行截获、处理、分析,监视海战场电磁环境态势。

（2）实现威胁告警。舰载武器装备离不开雷达、无线电控制和制导,雷达侦察设备利用对其工作时发出电磁波的实时侦测,弄清敌方雷达类型、目标属性及装载平台,判断其威胁程度,及时发出威胁告警。

（3）确定雷达辐射源的位置,引导无源干扰装置或电子干扰机对敌实施有效干扰,保护平台的安全,必要时引导火力实施攻击,摧毁敌方目标。

（4）为雷达对抗技战术的发展提供情报和技术支持。利用雷达侦察、收集、分析敌方军事情报（如电子设备类型、性能、数量、位置以及相关平台配置、电子战部署情况和行动意图等）,掌握敌方战略、战术情报,建立雷达情报数据库。同时,通过获取敌方各种新体制雷达的技术参数,掌握敌方雷达技术发展水平,为制定雷达对抗技、战术决策,发展雷达对抗装备提供数据。

1 雷达侦察的特点及关键技术

1.1 雷达侦察的特点

雷达侦察的特点包括:

（1）隐蔽性强,不易被敌方发现和攻击

雷达侦察不发射电磁信号,敌方单纯依靠电子探测无法确定在战场环境中有无雷达侦察设备在何时何地开机工作,使敌方无法发现我方行动,被攻击的概率低。

（2）接收的宽开性

雷达侦察设备具有频域宽开、空域全方位360°探测的能力,能够瞬时或顺序地接收各种各样的雷达信号,发现目标快,截获概率高,不必进行搜索就可及时发现来自任何方向的电磁信号并快速地发出威胁告警。

（3）作用距离远

雷达侦察设备接收的是雷达发射的单程电磁波,其接收信号强度与距离平方成反比,而雷达接收的是双程的目标回波,其接收信号强度与距离的4次方成反比,因而探测距离远,通常是雷达作用距离的1.5～2倍。

（4）获取信息量大

雷达侦察所获得的信息,首先是雷达信号的技术参数、发射状态等。但是,任何信号一经发射就不可避免地暴露了其他一些信息（如辐射源位置、装载平台等）,只要雷达侦察设备通过适当的信号分析、处理再与数据库比对,便可获取这些信息。

1.2 雷达侦察的关键技术

雷达侦察的关键技术主要包括:方位和频率测量技术、宽带宽开技术、大的信号动态范围接收处理技术、在复杂电磁环境下对雷达信息的有效提取、信号分选及识别技术等。

（1）方位测量技术。通常有搜索式测向、比幅法测向、比相法测向、时差法测向等方位测量技术。比相测向和时差测向是2种测量精度较高且实用的瞬时测向体制,随着数字接收机技术的应用,它们的实现将不再困难。测向精度的提高将使目标瞄准和无源定位变得方便。

（2）频率测量技术。雷达侦察接收机有多种测量截获信号载波频率的方法,目前较为成熟、普遍采用的有瞬时测频、外差式、信道化接收机等。瞬时测频接收机具有截获概率高、测量精度高、宽开的优点,在数字接收机截获信号后通过计算求出载频,是目前一种大量应用的比较先进的测频方法。

（3）超大动态接收处理技术。雷达侦察设备将空间中的电磁波信号逐一提取出来并不容易,存在大信号压制小信号（即动态范围不够）,这是制约雷达侦察设备性能的关键之一。为解决这一问题,超大动态接收处理技术研究越来越受到世界各国的广泛重视。目前有效的解决途径之一是在接收机的前端尽量按频率或方位稀释信号,但这样一来增加了设备的复杂性。

（4）复杂电磁环境下的信号分选、识别技术。随着雷达技术的发展和雷达装备的大量应用,海战电磁信号环境日趋密集和复杂,时域、空域上信号参数交叠严重,硬件在进行脉冲参数测量编码时不可避免地会发生脉冲丢失现象,因此如何将这些特征、参数、分布情况等都未知的雷达信号快速、准确地分选出来,成为制约雷达侦察设备性能的瓶颈。同时,由于雷达种类和数量越来越多,数据库中信号部数也越来越多,快速、准确地对威胁目标加以识别和告警也变得困难了,信号分选能力的优劣直接影响雷达侦察设备的技战术性能。

此外,宽带宽开技术也是雷达侦察的关键技术,其关键是宽开部件的研制,如宽带全向天线、宽带全极化天线、宽带恒定波束天线、宽带低噪声高频放大器、宽带限幅放大器、微波对数放大器、各种形式的频分器、宽带定向耦合器等。

2 现代海军雷达侦察技术现状及发展趋向

2.1 雷达侦察技术发展现状

随着科学技术的发展,先进的电子设备正在源源不断地走向战场,雷达技术发展尤其是综合体制雷达的出现,对雷达侦察技术提出了更高的要求,各国都在大力发展电子战技术,开展以实现电子进攻概念下雷达干扰为目的的雷达侦察技术的研究。现代的雷达侦察已不仅仅是遍布于边境上的无数个雷达侦察站,而是遍及陆、海、空、天多方位的立体侦察网,有星载、机载、舰载、陆基固定雷达侦察设备及野战、投掷式雷达侦察设备等。

美海军的雷达侦察技术发展水平代表了世界水平,归纳起来有以下几个发展特点:

一是工作频段覆盖较宽。典型的如美国利顿公司研制的AN/APR-39A（V）舰载雷达告警系统,能够检测射频辐射信号,对敌方雷达进行告警,其工作频段为E～K和C/D（E～M 频段可供选择）,该系统能与激光告警和其它导弹告警系统接口,成为综合的侦察告警和电子对抗系统。美军为了对付新电磁频谱的威胁,新研制的电子侦察设备正向毫米波与光波波段扩展。可以预计在不久的将来,雷达侦察告警的频率覆盖范围将达到0.03～40 GHz,高端可扩展到75～140 GHz。

二是研制新体制侦察接收机。近年来,美军积极研制以声光和数字技术为基础的新型侦察接收机,出现了扩频、捷变频、毫米波雷达和通信新体制装备,并装备部队。目前先进的海军雷达侦察接收机具有高达100%的截获概率,可侦收频率范围在0.5～40 GHz之间的、信号调制方式复杂的电磁波。

三是侦察设备的性能大大提高。目前美军普遍采用数字化技术和超大规模集成电路研制新型装备,同时通过插入新技术模块来升级改造老装备,如20世纪70年代美海军大量装备的AN/ALR-54雷达告警接收机设备已完成升级改造。

四是发展快速机动的小型侦察测向设备。美军要求战术通信侦察测向设备小型化,能快速机动,同时还要具有较高的灵敏度和较宽的频率覆盖范围。

2.2 海军雷达侦察技术发展趋向

海军雷达侦察技术发展趋向主要为:

（1）研究开发对付新体制雷达的海军雷达侦察技术

由于雷达面临着四大威胁,因而其在体制和技术方面进行着不断的发展,出现了诸如低截获概率雷达、超视距雷达、脉压/捷变频、捷变频脉冲多普勒、频率分集/变重频、变脉宽以及大带宽低峰值功率等综合体制雷达技术及装备,这些无疑增加了雷达侦察的复杂性和难度。

相控阵天线由T/R单元和子阵组件组成,在电子对抗环境下可得到最佳的自适应天线方向图,其数字波束形成接收机采用数字技术,实现了瞬时多波束及实时自适应处理,在形成瞬时多波束的同时,能对干扰源自适应调零并得到超高分辨率和超低旁瓣,且波形和闭锁时间可以根椐杂波环境要求自行调整。

因此,对于相控阵雷达的侦察技术无疑也是今后雷达侦察技术的发展方向。此外,现有侦察设备还无法有效侦收超视距雷达信号。有关国家正在利用对流层散射的原理,研究一种在视距范围以外接收被湍流团散射的雷达信号,并加以分析,识别雷达指纹,有效侦察超视距雷达信号的雷达侦察技术。综上,对这些综合体制雷达实施侦察是海军雷达侦察技术的发展重点。

（2）发展数字接收机技术,向数字化、模块化、一体化方向发展

新研制的电子战装备中广泛采用了数字化技术,首先是数字接收机技术的应用。数字接收机具有独特优势,可以对雷达弱信号参数进行综合提取处理,提高对低截获概率雷达的侦收能力,能在宽频带和大动态范围内实现模/数转换,降低虚警、漏警率,提高精度和分辨力,适应复杂电磁环境能力强。目前迫切需要研究和解决的关键技术主要有:增加瞬时输入带宽,增强脉冲描述字（PDW）的实时处理能力,提高接收机的灵敏度、动态范围,研究高效的数据处理算法。各国也在加紧对现有雷达侦察设备进行数字化改造,采取模块化设计,用计算机和微处理器将侦察、告警和干扰综合为一体,使电子战装备具有功率管理能力,从而能够在密集而复杂的电磁环境中自动分析和识别信号,根据威胁的严重程度确定优先等级,分配干扰时间和功率,确定干扰方式,使干扰效果达到最佳。随着数字式接收机的应用,测频和测向精度将大大提高,加速了精确快速的无源定位技术的发展。数字化、模块化和小型化已是所有电子战系统发展的共同趋势。

（3）研究雷达盲信号处理技术,不断提高处理能力,以适应复杂的信息化作战环境

雷达侦察实质上是对侦测到的、事先不知道特征的信号进行分选和识别,即对雷达盲信号的处理,这是雷达侦察技术的一个难题。雷达侦察接收机必须具有很高的灵敏度和截获概率以及高速的信号分选处理能力,把真正的威胁信号快速、准确地提取、分选识别出来是关键。

现代海战电磁环境异常复杂和密集,雷达辐射脉冲随机交叠的概率增大,信号类型复杂多变,加之雷达工作模式随机切换,雷达侦察系统需要对信号流进行自动分选,将随机交错的脉冲流分离成各个雷达单独的脉冲列并且能对信号的载频、到达角、脉冲到达时间、脉冲幅度和脉宽等参数进行快速测量,识别威胁等级,这些都导致了设备处理量的增加。

为解决这个问题,各国都将高速信号处理机作为硬件平台,研制高效的信号处理算法软件,或采用多处理机、多通道或多接收机综合并行处理的方法,使雷达侦察设备具备快速、准确的信号处理能力。

此外,加强对诸如频率捷变与滤波技术、识别与分类射频信号技术、自适应阵列处理技术、频率快速综合技术、数据处理技术、数据融合技术、图形图像处理技术、专家系统和人工智能技术等在雷达侦察设备中的应用研究,提高雷达侦察设备在高密集信号环境下的信号分析处理能力。

（4）提高电子战设备的战场态势感知和战术态势评估功能

在未来海战中,态势感知越来越重要,需要感知的范围也越来越大。单传感器、单平台的数据综合已不能满足需要,每个战斗平台可以从其它各类平台共享信息资源,实现本平台多传感器数据融合和多平台信息综合,形成多传感器融合、多平台协同、海陆空天一体的持续、及时、精确的一体化监视、探测、控制系统,扩大舰队环境感知范围,提高协同作战能力,发展雷达告警功能与雷达支援侦察功能相互兼容的综合侦察告警设备,扩展雷达告警设备具有战场态势感知和战术态势评估的功能,同时将具有“雷达指纹分析”能力的接收模块和分析软件用于研制和改进ESM系统,以适应日趋复杂的雷达电磁信号环境。

3 海军雷达侦察装备发展存在的问题和几点建议

针对海军雷达侦察装备发展存在的问题,提出几点建议:

（1）应重视信息融合,提高雷达侦察装备综合一体化能力

现代战争已经从单兵器或单平台对抗向体系对抗转变,作战空间拓展到了海、陆、空、天,各种反舰手段越来越多,各种特殊体制雷达得以大量应用,面对威胁来源多向性、威胁手段多样化的现代海战环境,单一装备、单系统或多装备简单叠加的电子装备的作战效能已经不能满足需要。因此,要在恶劣的环境下取得制海战信息权,就必须将本舰上雷达、雷达侦察、通讯、指挥控制、导航等系统有机地结合起来形成体系,或与其它平台的信息进行融合,实现资源共享,形成一体化作战体系,才能最大程度地发挥电子对抗装备的作战效能,提高己方的生存能力。

（2）应进一步拓宽雷达侦察装备的频率覆盖,以满足信息化海战需要

现代雷达的工作频域范围非常宽,大多通常工作在 2～18 GHz,也有些工作在18～40 GHz范围,甚至出现低端工作在几百MHz,高端工作在上百GHz的雷达。近年来,由于反隐身作战需要,国外越来越重视低频段雷达的发展,如美E-2C、E-2T等预警飞机上所装备的AN/APS-138（频率为0.4～0.44GHz）、AN/APS-145（频率 为 0.4～0.45 GHz）以及P-3C飞机的无线电高度表等工作频率均集中在0.2～2 GHz的频段内。同时,由于精确打击武器的发展,使得毫米波特别是3 mm技术得到了快速发展,雷达的工作频段向两端扩展已成为一种趋势。

因此,要想使雷达侦察设备能够全频段侦收、监视外界的电磁环境态势和收集雷达情报信息,就必须将雷达侦察设备的工作频段向两端扩展,尤其是雷达侦察低端毫米波频段,以适应未来海战的需要。

（3）应重视对低截获概率雷达等特殊体制雷达探测能力的提高

为了对付电子侦察系统和反辐射导弹的威胁,雷达在体制和技术上不断增强反雷达侦察和反干扰能力,增加了海军雷达侦察的复杂性和难度。低截获概率雷达采用超低副瓣天线,天线波束随机扫描、宽频带频率捷变、发射脉冲功率小,采用大占空比大带宽的扩谱信号及波形编码技术、系统检测灵敏度及信号处理和积累能力高,信号难被截获和识别。如美海军的AN/APS-147多模海用搜索和气象雷达的发射功率只有1 W。

目前,其他国家海军也装备了一定数量的低截获概率雷达,如意大利的RAN-30X对空对海搜索雷达、荷兰的SCOUT舰载搜索和导航雷达等。

因此,应重视和发展针对低截获概率等特殊体制雷达的侦察和干扰系统,研究低信噪比情况下的探测技术,加强对特殊体制雷达脉内、脉间信号特征分析能力,采用宽带侦收、窄带搜索、宽窄结合的接收体制,这样,既保证截获概率,又可提高灵敏度。此外,还要重视新的数据处理算法研究,以提高在复杂电磁环境下对特殊体制雷达信号的探测能力。

（4）应重视复杂电磁环境下信号处理识别、精确测向和定位能力的提高

随着新技术的发展,现代海战环境中大量的电子装备得以广泛应用,雷达侦察设备面临的电磁环境信号密度越来越高,信号类型越来越复杂,信号数量越来越多,尤其近海电磁环境构成错综复杂,电磁信号包含了来自岸上、海上和空中的各种民用信号和军用信号,在战区恶劣的气象和传播条件下或存在敌方电子干扰时,脉冲数在瞬间可能达到每秒数百万个,雷达侦察设备对雷达信号的侦收、分选和识别变得更加困难。

要解决上述问题,首先应加强雷达侦察装备应对复杂电磁环境的研究,大大提高雷达侦察设备适应密集复杂电磁信号环境的能力,降低漏警率、虚警率,提升信号处理性能；其次要进一步研究复杂电磁环境下的信号分选、识别技术和精确测向、单站或多站无源定位技术,将直升机和无人机载、超视距无源探测、定位和引导装备作为发展重点。

无源探测定位系统是未来对付空中预警机、电子干扰飞机、隐身飞机等高价目标,以及其它大功率辐射源的重要电子战手段,同时是电子进攻的重要保证。还应重视发展具有适应复杂电磁环境,能快速精确测向定位性能,并满足引导反辐射导弹和远距离精确制导导弹攻击的电子战支援装备。

（5）应重视基础性研究工作及重要器部件开发,提升雷达侦察技术水平

面对雷达技术的飞速发展,雷达侦察需要加强基础性研究工作,研究和采用新技术,从根本上解决提高雷达侦察性能、适应雷达技术发展的问题。

一是进一步研究解决雷达侦察设备天线空间覆盖、多波束定向及低副瓣和多路测向等问题,发展更先进的雷达侦察天线技术,增强全方位侦察能力。

二是随着高速模数采集量化编码技术的飞速发展和数字信号处理器速度的提高,研究和实现宽带数字接收机技术的工程应用。目前迫切需要研究和解决的关键问题主要有:增加瞬时输入带宽,增强对特征参数的实时处理能力,提高接收机的灵敏度、动态范围,研究高效的数据处理算法。

三是深入研究超外差接收机技术,在雷达侦察设备中增加窄带超外差接收机。超外差接收机具备信号的频率选择性,具有信号稀释作用,灵敏度也容易做得较高,采用宽带全向侦收、窄带搜索、宽窄结合的接收体制,以同时满足高截获概率和高灵敏度的要求,保证了雷达侦察设备的距离探测优势。

四是采用超大规模现场可编程门阵列（FPGA）电路。集成电路技术飞速发展,FPGA器件的集成规模越来越大,有丰富的存储资源、I/O资源,可灵活在线编程,实现各种所需电路功能,灵活方便,功耗低,集成度高,可靠性好,实现小型化。

（6）应开展部分现役老装备的软硬件升级改造,以适应信息化海战的需要

早期服役的部分雷达侦察设备,受限于当时的电子对抗技术水平,存在功能简单、侦察距离近、测量精度低等问题,其功能性能越来越不能满足未来信息化战争要求。应借鉴发达国家的做法,对这些老装备进行技术改造和升级换代,提高其抗复杂电磁环境能力,提升其战术性能。具体做法:

一是进行局部修理。现役老装备中,部分装备因服役时间长,器件老化、材料锈蚀,性能指标有所降低,故障率高。应采用性能检测等手段,对导致性能降低或易出故障的功能单元进行局部修理更换,提高设备性能,解决当前作战和训练急需。

二是进行硬件升级改造。为使现役老装备适应雷达技术的发展,可以采取局部硬件升级改造的方式来提高性能指标。如升级改造测频、测向高频组件,提高设备灵敏度；换用新的小型化瞬时测频接收机,提高测频精度；换用与其兼容的高速处理机,为雷达信号处理的分选及识别软件提供足够的硬件资源,提高信号处理速度等等。

三是进行软件优化升级。现役老装备的信号处理软件分选识别能力较弱,适应复杂电磁环境的能力较差。可以利用近几年来在信号分选、识别技术和信号处理算法方面取得的成果,升级老装备信号处理软件,提升装备的信号处理能力。

四是进行整机换装。对部分服役时间较长的老装备,工作不稳定,故障率高,性能指标大为降低,大修得不偿失的老装备,应及时果断予以换装,以提高准备作战性能,满足未来信息化海战的需要。

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