多平臺協同反隱身探測系統集成及其評估方法探討

吳少鵬

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

隱身目標具有雷達探測等效反射面積極小的特點，在其來襲方向極難以被探測發現，是現代戰爭的一種主要威脅。由于隱身目標也具有反射電磁波能量的各角度異向性，且與電磁波的頻率、極化等具有相關性，因此利用和充分發揮多平臺探測裝備在空域、頻域、時域、極化域和能力域等的探測視角和體制、功能、模式、頻率、極化等資源優勢，系統構建多平臺協同反隱身探測體系，是實現對隱身目標有效探測的一種重要技術途徑和戰術應用方法。

多平臺協同反隱身探測系統的指標體系是構建和研究其技術體系和技術實現方法的需求，通過規范其戰術技術性能評估要求，達到確保其使用效能的目的;并依此促進多平臺協同反隱身探測系統技術體系建設，為構建結構合理、技術可行、應用有效、規范統一及可擴充、可兼容的多平臺協同反隱身探測系統提供技術支撐。

1 多平臺協同反隱身探測系統集成研究

多平臺協同反隱身探測系統需根據探測要求、裝備能力和資源配置，按照規定的指標體系要求構建探測系統結構，并根據應用環境、目標特性和探測模式等動態尋優最佳探測效能的多平臺協同反隱身探測系統集成設計方法。

1.1 多平臺協同反隱身探測系統集成結構

圖1 多平臺協同反隱身探測系統集成框圖

隱身目標等效反射面積極小，難以被探測，但隱身技術還不能覆蓋雷達的整個工作頻段，即使在隱身頻段也不足以全方位有效隱身，在全空域、全頻域、全時域、全極化域等方面的反射特性和所需輻射特性等有明顯差異和特點。因此，基于多平臺協同反隱身探測系統的不同地理位置和機動特點，針對高威脅隱身目標在空間各向的反射波、側向波和前向波的特性不同和固有的可能輻射特性，建立基于不同空間資源、頻率資源、時間資源和極化資源和不同探測方位角、高低角、發射波束的頻率、極化特性等的多平臺協同反隱身探測系統集成結構。圖1為多平臺協同反隱身探測系統集成框圖。

1.2 多平臺協同反隱身探測系統集成基本要素及應用方法研究

多平臺協同反隱身探測系統集成重點是充分利用其探測雷達等具有的不同資源和工作模式特點等，實現對同一目標的環境動態匹配與目標協同探測;通過相互引導探測、冗余探測和互補探測等探測模式，建立雷達信號級目標識別特征關聯模型;通過數據挖掘、數據倉庫等相關技術實現對隱身的有效探測和信息獲取。其系統要素基本集成方法主要有:(1）多頻段雷達協同反隱身集成探測;(2）雷達多站位協同反隱身集成探測;(3）其他要素的多站位雷達協同反隱身集成探測。

1.2.1 多頻段雷達協同反隱身集成探測

隱身目標的設計主要是針對雷達主要使用的厘米波段進行隱身，一般在1～20 GHz的頻段范圍內。對雷達波長大于厘米波段或小于厘米波段雷達的隱身能力將隨著雷達波長趨于更長或更短，其隱身能力呈現逐漸下降的趨勢。當雷達波長與被照射物體的某部分尺寸接近時，由于物體某部分直接反射的回波和整個物體表面的傳播之間會產生諧振，形成強回波尖峰，可提高雷達對隱身目標的發現能力;而對于毫米波頻率等雷達其頻率在現目標隱身波段之外，且具有高分辨率和利于目標細微特征監測識別等能力，也具有較好的反隱身探測能力。

國外雷達反隱身技術的頻段選擇方面，主要在OTH 高頻雷達(頻率為5～28 MHz）、VHF雷達(頻率160～180 MHz）和毫米波雷達(頻率約為94 GHz）等，并突出多平臺協同預警反導探測體系的建設。美國持續建設完善網絡中心站、防空反導系統的同時，其國防關鍵技術研究中將沖擊雷達(頻帶覆蓋大于中心頻率50 %）作為重要研究方向，其頻段覆蓋很寬，易于對隱身目標的探測。英國研制基于雷達-光電跟蹤系統用于對隱形飛機的探測。此外，常規雷達(厘米波段）的一些工作模式也具有一定的反隱身探測能力。

多平臺多頻段協同反隱身探測模式，主要是利用多平臺雷達的頻率資源優勢和反隱身探測的能力，優先配置低頻雷達、毫米波雷達、激光雷達、寬帶/超寬頻帶雷達等，以及隨著技術發展，選擇沖擊雷達、諧波雷達等新體制雷達等。在各獨立雷達反隱身探測能力不足的條件下，實現相互引導和綜合探測可以有效提高系統探測效能。主要實現方法是當各獨立雷達獲取的弱小目標信號達不到檢測門限時，通過對各雷達接收信號的關聯處理與綜合檢測，以提高多平臺協同系統的目標發現概率。需解決的問題是基于具有較高反隱身效能雷達的目標引導或基于多雷達時空配準、時頻相關(參）下的目標空間位置預測等技術。

1.2.2 雷達多站位協同反隱身集成探測

通常，隱身飛機在鼻錐方向正、負30°范圍內有著較小的RCS 值，其他方向的RCS 值各不相同，在頂視方向趨于與同尺寸目標相近。因此，在協同雷達內對隱身目標可同時觀測的重疊范圍內，多平臺雷達資源優化布站或機動位置配置使其任一點與可同時觀測雷達連線的夾角應大于60°時，具有較好的反隱身效果。

美國等國大力發展的空中和衛星探測系統，可從頂視角度(俯視）達到提高探測隱身空中目標發現概率和探測能力。美軍E23A 預警機、“鉆石眼”預警機等均可有效地探測隱身目標。美國還正在研制預警飛艇、預警直升機、預警衛星等。此外，俄羅斯、英國、印度等國都很重視發展預警機的工作。美軍研制的AN/FPS-118 超視距預警雷達和機動型戰術超視距雷達等也可利用雷達發射電磁波在大氣中折射以實現超視距探測的機理，實現對隱身目標不同視角的探測。

雷達多站位協同反隱身集成探測模式，主要是利用多平臺雷達相對隱身目標的不同探測視角或超視距電磁波在大氣中的折射角，獲取隱身目標在不同角度的散射信號，通過協同與綜合處理實現對隱身目標的有效發現。應選擇雷達布站兩點間距大于相對觀測點夾角為60°，并優先配置星載雷達、浮空平臺或機載雷達、超視距雷達等體制雷達。主要實現方法綜合預警防區、各雷達特性、多平臺對目標觀測重疊系數、多平臺雷達間距等因素，以信息獲取為準則進行基于探測效能的資源布站配置。需解決的問題是基于不同視角所獲得的隱身目標前向波、側向波和反射波，與對應雷達收發波束的精確同步和對應接收，以及多站點信號的綜合處理與目標檢測技術。

1.2.3 其他要素的多站位雷達協同反隱身集成探測

(1）多站雷達探測模式協同集成探測

針對隱身目標的特性，可采取不同站位多平臺和不同頻段、不同體制、不同功能雷達的工作模式協同，實現對隱身目標的綜合探測。由于隱身目標信號極其微弱，通常對其探測需要長時間積累，而要實現對高速、高機動隱身目標的長時間積累檢測難度大，因此在多雷達協同探測中，可采用雷達間相互引導、綜合檢測和互為印證的方法，如主動引導被動雷達、雷達引導光電探測、遠程預警雷達引導中遠程搜索雷達、搜索雷達引導成像探測雷達等多種應用模式。

(2）多站雷達協同反隱身集成無源探測

無源雷達自身不輻射電磁波，而是借助外部輻射源來進行探測，而隱身目標電子載荷會因其通信、導航等需要輻射電磁信號。采用多站協同的無源雷達或雷達無源探測模式，不僅可多方位獲取隱身目標輻射的電磁信號，實現相互關聯與印證，而且可以多站無源雷達協同對目標定位，實現對隱身目標的跟蹤;同時，無源雷達獲取的可能隱身目標信息也可與主動探測雷達相互引導和相互印證，從而提高多平臺雷達協同對隱身目標的探測效能。

(3）多站雷達協同反隱身有源探測信號集成處理

由于隱身目標反射功率極低導致雷達發現概率降低，可能使其信號無法滿足雷達信號檢測和處理、識別等要求，因此在實行多雷達協同的點跡處理的同時，應采用基于雷達視頻、甚至中頻的關聯與信號綜合處理。以有效實現對目標回波特征(模式集）研究的基礎上，通過多源數據挖掘、證據理論等多維模式識別，以及綜合專家系統技術等，實現對隱身目標的有效探測和信息特征獲取。

2 多平臺協同反隱身探測系統評估方法研究

針對現代隱身目標的威脅特性，對如何提高和保證反隱身探測裝備體系的戰技性能，特別是作戰使用中的實際效能提出了更高的要求。因此，對反隱身探測系統的評估應以實際試驗環境下信息獲取質量、信息利用和戰術應用能力為準則，以實現多平臺協同反隱身探測系統的技術性能、戰術功能和使用效能等進行全面客觀評價。

2.1 多平臺協同反隱身探測系統技術性能評估

該評估主要用于規定和要求反隱身探測體系在設計和研制過程中理想環境下的技術要求，主要包括雷達設備層、探測通道層、系統設備層、可協同接口能力層等技術性能。其規范要求主要有:

(1）雷達固有資源(體制、時空頻能和極化域）有效性及其功能、模式的可控性;

(2）多平臺協同探測的統一多域基準和信息交互能力;

(3）多平臺協同探測的低信噪比弱小信號獲取和關聯處理能力;

(4）多平臺協同探測的目標檢測、跟蹤與識別的準確性能;

(5）多平臺協同探測設備間及其與指揮控制、武器系統接口能力;

(6）系統裝備的適裝性能、可靠性能、保障性能等。

2.2 多平臺協同反隱身探測系統戰術功能評估

該評估主要用于典型和模擬環境下多平臺雷達協同隱身目標探測的戰術功能要求，主要包括探測系統信息獲取層、信息認知層、系統對抗層、信息匹配層及其與指揮和武器間的信息鉸鏈層等的戰術功能。其規范要求主要有:

(1）多平臺反隱身探測體系動態重構(組）能力及其探測模式的實時性和匹配性;

(2）多平臺協同反隱身探測系統對典型隱身目標的發現能力;

(3）典型復雜電子干擾和多種雜波背景下多平臺協同反隱身探測系統的體系對抗能力;

(4）多平臺協同對典型隱身目標模式下信息交互與綜合檢測、跟蹤與識別能力;

(5）多平臺協同探測信息與指揮控制系統和武器系統的快速鉸鏈、分發能力;

2.3 多平臺協同反隱身探測系統使用效能評估

該評估主要用于基于實際使用和戰術動態體系對抗的條件下，對實際戰術應用的隱身目標的探測效能要求，主要包括探測體系重構層、資源與目標適配層、探測系統環境背景適配層、探測系統綜合干擾對抗層、探測系統資源綜合應用層、綜合信息利用層等的使用效能。其規范要求主要有:

(1）實戰條件下隱身目標特性與多平臺協同反隱身探測系統資源的協同有效性;

(2）實戰條件下反隱身探測應用模式與環境、目標和協同流程匹配構建的實時優化效能;

(3）實戰條件下信息交互與綜合探測、信息認知的有效性;

(4）實戰條件下目標信息檢測與目標識別的準確性;

(5）復雜動態對抗條件下的信息獲取與信息利用的有效性;

(6）系統設備的可用度。

3 結束語

多平臺協同反隱身探測技術是一項涉及多領域的系統技術，本文僅探討了一種多平臺協同反隱身探測系統集成與評估方法要求，其進一步的研究尚需充分和更為詳細的研究目標的散射特性、細微特征和機動特點，雷達多域探測效能，多平臺反隱身探測的協同要素、協同實現和協同效能，以及與實際應用中復雜環境的匹配、多探測任務的兼容等各類技術。