新雷達技術應用對電子情報偵察技術發(fā)展的影響

李圣衍，胡 東

（南京電子技術研究所，南京 210039）

0 引 言

偵察情報技術的使用由來已久，但在現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境下，其發(fā)展尤其快。目前，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，偵察情報技術的應用平臺涵蓋陸、海、空、天，主要有航天平臺（各類成像偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星、天基紅外系統(tǒng)等）、航空平臺（固定翼偵察機、無人偵察機、偵察飛艇等）、海上及水下平臺（海上監(jiān)視船等）、地面平臺（固定偵聽站等）。其所使用的偵察監(jiān)視傳感器包括有源雷達、信號情報偵察、光電偵察、聲學探測、輻射計等等。不同的傳感器主要針對目標的不同物理特征來進行偵察，其中雷達情報偵察主要偵察雷達輻射的電磁信號，是信號情報偵察中重要的一環(huán)，其通過對雷達信號的偵察可以了解雷達的工作參數(shù)、工作方式等，在戰(zhàn)時可以通過電子干擾、反輻射武器打擊使其效能下降或無法工作，這樣可以使敵人無法進行戰(zhàn)場感知或武器系統(tǒng)失靈，為打贏戰(zhàn)爭起到事半功倍的效果。

因此雷達情報偵察和雷達有源探測是天生的對手，兩者相輔相成，相克相生。雷達技術的發(fā)展需要考慮抗截獲的需求，而雷達情報偵察需要考慮截獲和分析識別的需求。

1 新雷達技術的發(fā)展概述

1.1 寬帶／超寬帶相控陣技術

目前外軍裝備的典型相控陣體制的雷達工作帶寬如表1所示。

上述雷達的工作帶寬均超過10%，甚至達到20% ～30%，帶寬的增加除了可以提升雷達抑制雜波等能力，還可以有效提高雷達抗截獲和反干擾的能力。

隨著技術的發(fā)展，以GaN和SiC器件為代表的寬禁帶器件研制這幾年獲得了長足進步，為研制寬帶更寬的雷達創(chuàng)造了條件。現(xiàn)在國外已經(jīng)研制的器件可覆蓋甚高頻（VHF）波段到S波段，可以同時滿足探測隱身目標的能力和滿足測量精度的需要，但雷達系統(tǒng)技術需要進行深入的研究。

表1 外軍典型相控陣雷達的工作帶寬

1.2 雙／多基地雷達探測技術

雙／多基地或多基地工作體制是近年來雷達系統(tǒng)方面正在研究和發(fā)展的新體制。雙／多基地雷達可以利用目標的側向或前向反射回波來探測目標特性，以得到更大的雷達橫截面積（RCS）。實驗表明，利用非后向反射探測到的RCS值要比利用后向反射測得的RCS值高約15dB，這樣在相同的探測距離下，雷達的發(fā)射功率小10dB以上。同樣采用該體制后，雷達的接收站和發(fā)射站分置，系統(tǒng)可以采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）的方式工作，發(fā)射功率大大降低。

另外，由于收發(fā)分置，干擾機無法掌握接收站的準確位置，可增強對抗敵方定向電子干擾和欺騙干擾的能力。

1.3 一體化探測技術

美軍的機載電子任務系統(tǒng)已在F-22、F-35戰(zhàn)機上實現(xiàn)了高度融合。在F-22“猛禽”戰(zhàn)機的探測系統(tǒng)中，AN／ALR-94電子戰(zhàn)系統(tǒng)和 AN／APG-77雷達系統(tǒng)實現(xiàn)了無源探測和有源探測的融合。當敵機搜索F-22戰(zhàn)機時，AN／ALR-94系統(tǒng)先于敵機進行探測、跟蹤，然后引導AN／APG-77雷達進行“猝發(fā)”方式工作，用最少的能量探測目標。F-35戰(zhàn)機上實現(xiàn)了綜合孔徑、綜合射頻和綜合處理3個層面的融合，高度融合的任務電子系統(tǒng)有效提高了飛行員戰(zhàn)場態(tài)勢感知的能力，增強了電子對抗能力。

1.4 寬帶、低副瓣相控陣天線設計技術

為了提高雷達抗截獲、反干擾的能力，相控陣雷達天線在設計時，通過選擇正確的照射函數(shù)，控制影響隨機副瓣的相位誤差和幅度誤差來獲得低副瓣性能。目前在工程實踐中，通過精密的設計和加工可使相控陣的副瓣電平比主瓣峰值低50dB以上。

1.5 低截獲概率（LPI）波形設計技術

隨著相控陣雷達發(fā)射／接收（TR）組件適應的信號占空比越來越大，雷達可以采用大占空比的信號設計，包括采用多相碼信號、混沌調(diào)頻信號、組合波形等，這些信號的使用，大大增加了偵察機的偵察難度，使其無法進行“指紋識別”。

大時寬帶寬信號示意圖如圖1所示。

圖1 大時寬帶寬信號示意圖

2 雷達情報偵察技術面臨的難題

2.1 帶寬帶來的問題

電子情報偵察可以采用多種接收體制對雷達的頻率參數(shù)進行偵察，常見的有超外差接收體制、模擬／數(shù)字信道化接收體制，數(shù)字瞬時測頻（DIFM）接收體制等，工程上采用上述體制的組合較多。為適應信號帶寬越來越寬的雷達，電子情報偵察接收機的處理帶寬也越來越寬，據(jù)偵察接收機靈敏度公式：

式中：Be為信號處理的帶寬；F0為噪聲系數(shù)；M為識別系數(shù)。

從上述公式可以看出，處理帶寬將影響靈敏度的指標。處理帶寬增加1倍，靈敏度下降3dB。所以對于寬帶信號偵察來說，靈敏度下降將嚴重影響偵察距離。

2.2 功率帶來的問題

一般條件下，偵察機接收的最小功率為：

式中：PtGt（θ）為雷達在接收機方向的有效輻射功率。

雷達采用低副瓣技術后，偵察機接收到的旁瓣功率大大降低，在接收靈敏度恒定的條件下，偵察距離大大縮短。比如雷達副瓣電平降低10dB，在副瓣偵察的條件下，偵察距離降低10倍。

2.3 波形帶來的問題

隨著雙／多基地等新體制雷達的應用，雷達越來越多地采用LPI波形，包括連續(xù)波和準連續(xù)波體制、大時寬帶寬編碼體制。

同時隨著大量偽隨機編碼、混沌調(diào)頻等LPI信號的運用，現(xiàn)有偵察接收機的偵察距離也大大縮短。針對典型的LPI雷達和電子支援措施（ESM）偵察機的探測距離，可以做個比較，典型的雷達為荷蘭的“領航員”雷達；典型的ESM系統(tǒng)基于DIFM體制，其對應的參數(shù)見表2、表3［1］。從參數(shù)對照可以看出，“領航員”雷達能夠在20km內(nèi)發(fā)現(xiàn)目標，而基于DIFM的ESM系統(tǒng)只能在2.5km內(nèi)檢測到“領航員”雷達信號。由此可見，LPI雷達使得ESM系統(tǒng)截獲其輻射功率的能力大大降低。

表2 “領航員”雷達參數(shù)表

表3 典型ESM系統(tǒng)參數(shù)表

2.4 信號密度帶來的問題

目前戰(zhàn)場上典型的信號密集度指標如下［2］：全向的電子偵察系統(tǒng)針對全頻段（0.1～40GHz）環(huán)境，信號密集度可達100～500萬個脈沖／秒；機載電子偵察系統(tǒng)針對2～18GHz、全向環(huán)境，信號密集度可達50～100萬個脈沖／s；艦載偵察系統(tǒng)針對1～18GHz、全向環(huán)境，信號密集度可達50～100萬個脈沖／s；對于窄波束、寬頻帶搜索系統(tǒng)，信號密集度可達2～5萬個脈沖／s。

據(jù)隨機過程理論中的泊松過程定義可知，到達接收機的脈沖流可視為泊松流，泊松流的概率密度分布函數(shù)為［3］：

式中：t為分選處理時間；λ為脈沖流的到達率；n為到達的脈沖數(shù)。

這樣，在時間0～t內(nèi)到達脈沖數(shù)多于1個的概率為：

在密集的信號環(huán)境下，當信號處理時間比脈沖到達時間間隔長時，會出現(xiàn)在前面脈沖還未處理完而后面的脈沖已到達的情況，后面的脈沖就會因得不到處理而丟失。

設所要處理的脈沖流的平均到達率為106脈沖／秒，處理時間為1μs，則：

脈沖丟失截獲概率為26.42%，實際工作時，單脈沖的處理時間遠大于1μs，所以實際的脈沖丟失概率更大。一般為了減少脈沖丟失，信號分選器通常需要增加先進先出（FIFO）的排隊電路，或采用高速處理電路，減少處理時間。

3 雷達情報偵察技術的發(fā)展趨勢

為了適應越來越密集、復雜的信號環(huán)境，解決寬帶、低功率、低信噪比檢測的問題，必須大力發(fā)展寬帶檢測技術、數(shù)字處理技術，提高信號的測量精度和自動識別能力，縮短響應時間。

（1）寬帶數(shù)字接收技術

數(shù)字化接收具備將雷達信號進行數(shù)字化采集和存儲的能力，為采用各種復雜的檢測算法對負信噪比條件下檢測雷達信號及非雷達信號提供基礎。寬帶微波數(shù)字化接收技術是解決低截獲概率信號、微弱信號探測的有效途徑。寬帶數(shù)字信道化接收機既有高截獲概率的特點，又發(fā)揮了數(shù)字化接收機在信號處理方面的優(yōu)勢。目前模／數(shù)轉換采樣率可以達5GHz／s，處理帶寬可達2GHz，劃分若干子信道進行覆蓋，既滿足瞬時覆蓋的要求，又能適應最小脈寬的要求，同時采集端前移，降低了噪聲系數(shù)。采用先進的算法可實現(xiàn)低信噪比檢測。應該說數(shù)字化接收技術是偵察系統(tǒng)中需要重點發(fā)展的關鍵技術之一。

（2）大動態(tài)接收處理技術［4］

隨著空間電磁信號越來越密集，大信號、小信號同時到達接收機的可能性越來越大。如果接收機動態(tài)不夠，將存在大信號壓制小信號的情況，檢測時將造成信號丟失。目前比較有效的解決途徑是在接收機的前端盡量按頻率或方位稀釋信號，但一般是以設備的復雜性為代價，所以采用新的接收技術對同時到達信號進行檢測是需要研究的課題之一。

（3）“指紋”識別技術［5］

電子“指紋”分析將使電子偵察觸覺更敏銳，對LPI波形的雷達信號偵察具有重大意義。目前的研究包括電子指紋存在的機理、分析提取電子“指紋”的方法。電子“指紋”識別是一項復雜甚至模糊的推理、判斷過程，研究的方向如下：首先要建立輻射源個體指紋識別庫，經(jīng)過論證、測試給出輻射源個體指紋參數(shù)可識別的最優(yōu)容差范圍，在此基礎上建立置信度評估模型，建立“指紋”識別專家系統(tǒng)。

（4）海量數(shù)據(jù)處理技術［5］

未來戰(zhàn)場的電磁環(huán)境將具有極高的信號密度，而且由于新體制雷達大量涌現(xiàn)，各種功能和體制的雷達組合使用及無意／有意干擾的影響，使得電子偵察設備的信號分選和識別面臨極大的困難和嚴峻的挑戰(zhàn)。在高密度復雜信號環(huán)境下對雷達信號進行分選識別是雷達信號偵察技術的重要研究課題。目前主要考慮的技術途徑包括：改進、優(yōu)化信號分選和信號識別算法，提高對信號稀釋、歸類、去交錯處理能力，采用先進的并行處理硬件架構，提高偵察設備的運算吞吐能力。

4 結束語

綜上所述，雷達偵察技術的發(fā)展和雷達技術的發(fā)展是一對孿生兄弟，雷達的發(fā)展必然帶動偵察技術的進步。大量新體制雷達、新型雷達處理技術的應用，使得偵察設備面臨嚴酷的電磁環(huán)境，這就需要偵察設備具備高靈敏度、大動態(tài)、低信噪比檢測能力，具備大容量數(shù)據(jù)快速處理能力，具備脈內(nèi)特征識別的能力等等。目前有些關鍵技術需要在現(xiàn)有基礎上進行優(yōu)化，有些關鍵技術需要突破原有的體制，需要通過相應的研究突破關鍵技術和瓶頸技術。

［1］ 曹軍亮.低截獲概率雷達在反ESM系統(tǒng)中的應用［J］.艦船電子對抗，2010，33（2）：20-23.

［2］ 上官晉太.高密度信號重頻分選的若干問題研究［J］.山西師范大學學報，2001（6）：51-55.

［3］ 承德保.現(xiàn)代雷達反對抗技術［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［4］ 熊群力，陳潤生，楊小牛，等.綜合電子戰(zhàn)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［5］ 雷厲，石星，呂澤均，等.偵察與監(jiān)視［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.