電子對抗中雷達偵察系統的設計與能力分析

何樹權 郭雷平 王寧

(1.西安電子工程研究所 西安市 710100;2.中國兵器科學研究院 北京市 100083)

1 概述

在雷達對抗領域，關于雷達信號的截獲及其應用，主要有雷達告警、信號偵察、情報偵察三個基本的劃分［1］。雷達告警需要的靈敏度和虛警率低，作為威脅告警手段，識別雷達跟蹤信號并判斷威脅對象類型，在多元信息融合的基礎上進行對抗決策，目前主要技術措施仍是寬帶瞬時測頻接收機，主要發展趨勢是采用數字化偵察告警技術;信號偵察通常直接服務于電子干擾，所需靈敏度比較高，對信號的信噪比要求高，需要較強的威脅識別與判定能力;情報偵察可以利用盡可能多的便利條件以最大限度地截獲和識別輻射源信息，著重日常偵察，完善輻射源數據庫的情報信息。

情報偵察主要用于戰略目的，針對預警機、指揮控制飛機、星載SAR 成像雷達，以及各類戰術目標，以最強的截獲能力積累盡可能多的電磁威脅信息，以指導信號偵察、雷達告警設備的工作;信號偵察需要及時辨識威脅對象、未知類對象，以實現對干擾資源的引導，通常應用于壓制掩護類或是自衛干擾類設備;雷達告警往往直接控制反制類的對抗手段，比如誘餌、箔條彈等。

2 雷達電子偵察系統發展的主要方向

信息化戰爭的主要內容之一是信息戰，而雷達對抗又是其中最為重要的部分。雷達廣泛分布于陸海空天平臺，在動目標檢測與識別、高分辨遠距成像和制導與火控等方面應用甚廣，由雷達信號所形成的電磁環境相當復雜，一個區域內雷達電磁環境所包含的波形、能量、頻段、分辨力、掃描特性、信號瞬時性與時變性、工作模式及狀態等相當多樣，唯有借助大量不同類別、廣泛部署、分布組網的電子偵察手段，通過雷達信號、雷達情報兩個層面的信息融合，才有可能得到全面的目標分類識別能力，再借助網絡手段引導具體設備或平臺實現準確的威脅判斷，并采取相應的軟硬對抗措施。

目前情報偵察、信號偵察和雷達告警類型的設備之間還缺乏強有力的戰術組織與系統應用，各軍兵種及其主戰平臺上多樣化的雷達偵察能力還缺乏網絡化的體系對抗實踐，相關的應用技術開發相對滯后［2］。解決這一困局的思路主要有:

a.各種電子偵察手段組網與多層次的信息融合;

b.戰略上優先發展情報偵察類設備，協調發展壓制掩護能力;

c.強化各種自衛類手段及分層次的防御能力;

d.強化各種自衛類手段及輔助進攻的能力;

e.強化各類作戰平臺的威脅分類、識別與判定能力。

本文重點圍繞情報偵察、信號偵察、截獲能力、體系對抗能力等幾個雷達電子偵察技術發展的主要方向展開分析和討論，結合作者多年的工作實踐和理論探索，提出了若干前沿技術及其實現方法。

3 雷達電子偵察能力的表征

表征雷達電子偵察能力的主要設備指標或技術包括:天線增益、截獲概率、系統靈敏度，以及信號參數測量、輻射源數據庫和雷達信息融合等［3-4］。

天線增益與截獲概率之間的矛盾比較突出，情報偵察大多使用高增益的天線來提升副瓣截獲能力，天線增益越高則瞬時空域覆蓋能力越差，使得系統截獲概率越低;對于信號偵察類設備，相比情報偵察其截獲能力的要求將大大提升，相應地空域管理、頻域管理、時域管理能力要求越高。為解決這一矛盾，電子偵察領域也在積極采用數字波束形成技術(DBF)，在高增益和瞬時空域覆蓋能力之間求得平衡。

系統靈敏度概念目前還不統一，可以認為應包含天線增益、模擬接收機靈敏度和數字化得益等三個部分，用于完整表征可截獲最小信號的能力。由于信號參數測量的目的不同，可達的系統靈敏度也有較大區別。對于情報偵察，系統靈敏度可以做得足夠高，有利于輻射源數據庫的積累，其信號參數測量的時效性、類型以及精細化程度可能受到影響;而信號偵察要求對雷達波形相對完整的截獲，其系統靈敏度會受到一定的制約。

4 系統靈敏度的設計

當前電子偵察的信號檢測能力主要有兩個部分合成，一個是天線增益，一個是數字化得益。當采用DBF 技術時，數字化處理過程會更加復雜，需要經歷DBF、信道化、相關處理和積累處理四個主要環節;其中信道化與DBF 的先后順序，主要看中頻帶寬，若帶寬過大已經影響到波束形成增益，則需要調整兩者的次序;另外，信道帶寬的劃分和接收靈敏度是相互制約的兩個因素，使用可變帶寬數字信道化結構對不同帶寬信號能夠實現準匹配接收。相關處理利用噪聲和信號的自相關特性不同，通常僅考慮單一信道多脈沖的互相關處理，主要依靠經驗截取相關時間，但雷達自身的相參得益一般比較難以獲得，對于動目標表現為MTD 得益，對于地面靜目標經常使用SAR 或是步進頻一維高分辨處理，這時也可以進行一定的非相參積累。積累處理算法的設計與檢測前輻射源信號的先驗信息直接相關。在已知輻射源脈沖重復頻率的前提下，可以通過多個脈沖間包絡積累的方式提高檢測性能，這種方式類似于雷達接收系統中的非相參積累方法。當沒有輻射源信號參數的條件下，采用包含信道間恒虛警處理的二次檢測方法同樣可以改善信號的檢測性能。

通常對單一信道的相關處理，可以獲得比雷達脈內得益略低的增益水平，主要是匹配濾波的樣本遭到來自系統外和系統內的各種噪聲的污染，而后續的積累處理也有類似的損失。對于一個理想的情報偵察系統，即數字域的計算能力、存儲能力和動態范圍是不受限制的，則其極限的數字化得益相比雷達自身的匹配處理，只有少量損失，此時的偵察能力既便是放棄天線增益，也可以經由副瓣截獲以獲得相比雷達作用距離遠得多的偵察距離。因此，為獲得所需要的偵察能力，可以在天線增益和數字化得益之間進行較大范圍的指標平衡，數字化得益的處理環節越多，往往雷達信號測量參數的損失也越大，這種平衡的把握，一般應按照截獲距離、信號參數測量的豐富性、資源代價來統籌考慮。

對于任何一個實際的情報偵察系統，主要受到兩方面的限制，一個是數字域的存儲、交換與計算能力限制(簡稱資源代價)，一個是信號偵察動態范圍的限制。對于前者，隨著數字芯片性能的不斷提升，將逐漸得到克服;但后者的限制主要需要通過任務規劃的方式來解決，使得滿足不同檢測水平的數字化得益管理方法與復雜電磁環境信號動態范圍相適應。

從雷達告警到情報偵察，不同層次的數字靈敏度要求大致所需的數字域動態范圍在70dB 左右，考慮到天線增益的變化，通常也可達到50dB(包括主副瓣的典型范圍)的水平，總的系統動態范圍達到了120dB，這也說明，情報偵察的系統靈敏度設計十分復雜，射頻與中頻的線性動態范圍限制，使得其與電磁環境的匹配性需要依據任務特點來決定，同時這也為精確把握電磁斗爭提供了堅實的技術基礎。

5 截獲概率的設計

雷達電子偵察系統的截獲概率主要與頻域、時域、空域三維的截獲概率有關。通常情報偵察系統具備副瓣截獲的能力，此時截獲概率主要取決于頻域遍歷次數、空域遍歷次數，而駐留時間以統計的雷達相參處理時間為基準，這與非相參結合部分相參的偵察信號相參處理手段相適應，相應地以截獲時間為截獲概率的度量方法，通常頻域遍歷時間可以控制在1s 以內，主要制約來自于空域遍歷次數，若采用DBF 技術，在天線增益與資源代價之間取得平衡，則總的截獲時間與空域遍歷次數成正比，一般應控制情報偵察的截獲時間在30s 以內比較好。

以2～18GHz 的情報偵察系統為例，中頻帶寬為400MHz，天線增益取在15dB 以上，則DBF 需要面對的單元數在32 個以上，全向采用機械掃描或者四面陣覆蓋，頻域遍歷次數40 次，統計的雷達相參處理時間為32ms，空域遍歷次數需要4 次，則總的截獲時間為5s左右。因此，對于情報偵察系統，降低截獲時間要求，可以減少DBF資源代價，可以將偵察資源更多分配到信號檢測與參數估計、形成波束數量等方面，從而得到更高的輻射源信號參數與測向精度。

6 體系對抗能力的主要生成模式分析

雷達告警、信號偵察與情報偵察這三種雷達電子偵察手段之間的信息融合問題是體系對抗能力的依據，雷達信息融合要按照雙站或多站定位、空域分辨匹配、頻率分辨匹配和時域對準來進行［5］。信息融合的目的在于劃分出威脅輻射源及其威脅程度、作戰意圖［6］。

對于情報偵察而言，主要的電子情報應是預警機、指揮控制機、防空系統的制空引導雷達、SAR 監視雷達和遠程情報雷達等，同時還有對主要電磁斗爭的監視與識別，尤其是遠程壓制支援類的電磁行動，隨著高功率微波武器的實用化，強電磁脈沖也是重點監視對象［7，8］。

體系對抗能力需要以通信網絡數據鏈的交互為基礎，以情報偵察的戰略級電磁態勢把握為支柱，通過對輻射源的實時跟蹤和數據庫共享，具體引導壓制支援、自衛電子對抗、雷達告警的相關活動，將較大的預警時間優勢通過網絡、任務鏈轉化為具體進攻和防御的任務能力。

7 結束語

本文在雷達電子偵察技術與能力需求多樣性分析的基礎上，依據近些年雷達對抗在工程實踐與理論演進兩個方面的現狀，總結了雷達電子偵察技術發展的主要方向，重點就情報偵察的系統靈敏度設計、截獲概率設計以及體系對抗能力生成模式等核心問題進行了分析。結合作者多年的工程實踐和理論探索，指出高系統靈敏度與截獲概率之間是可以協調設計的，但必須要按照任務需求處理好大的信號動態范圍，并需要開發具體的應用技術，以便將情報偵察能力自頂向下運用到體系對抗能力的生成中。

［1］熊群力，陳潤生，楊小牛，田宏.綜合電子戰［M］.北京：國防工業出版社，2008.

［2］張錫祥，肖開奇，顧杰.新體制雷達對抗導論［M］.北京：北京理工大學出版社，2010.

［3］David Adamy.電子戰原理與應用［M］.北京：電子工業出版社，2011.

［4］Richard G.Wiley.電子情報-雷達信號截獲與分析［M］.北京：電子工業出版社，2008.

［5］王小謨，匡永勝，陳忠先.監視雷達技術［M］.北京：電子工業出版社，2008.

［6］王小謨，張光義，王德純，金林.雷達與探測［M］.北京：國防工業出版社，2008.

［7］雷歷，石星，呂澤均，梁德文.偵察與監視［M］.北京：國防工業出版社，2008.

［8］Tomson-CSF Radar ＆ Counter Measures，Wes Treads in ESM/ELINT Airborne Sensors［J］.European Mircowave Conference，1998，28th.