復(fù)雜電磁環(huán)境對火控雷達(dá)的影響及技術(shù)對抗途徑＊

余 巍 王小念 張樹杰 劉 洋

（防空兵學(xué)院 鄭州 450052）

1 引言

火控雷達(dá)與火炮或?qū)椊M成地面自動防空武器系統(tǒng)，火控雷達(dá)的作用是搜索、發(fā)現(xiàn)、截獲、跟蹤空中目標(biāo)，為火炮或?qū)椞峁┥鋼糁T元[1]。火控雷達(dá)是我軍防空體系中非常重要的武器裝備，可控制火力進(jìn)行射擊，對空襲兵器造成直接的威脅。因此在現(xiàn)代戰(zhàn)爭復(fù)雜電磁環(huán)境下，火控雷達(dá)是對方電子干擾的重點，也是對方反輻射武器重點打擊的目標(biāo)之一。研究復(fù)雜電磁環(huán)境對火控雷達(dá)的影響及技術(shù)對抗途徑，提高火控雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力和生存能力，是非常重要的課題。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對火控雷達(dá)的影響

2.1 搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)困難

1）無目標(biāo)指示

復(fù)雜電磁環(huán)境下，強(qiáng)烈的電磁干擾將影響遠(yuǎn)方空情通報、近方目標(biāo)指示雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和空情通報，因此，火控雷達(dá)在沒有目標(biāo)指示的情況下，只能依靠自身的微波雷達(dá)和光學(xué)器材來搜索目標(biāo)，增加了搜索目標(biāo)的時間和難度，可能貽誤戰(zhàn)機(jī)。

2）發(fā)現(xiàn)目標(biāo)困難

二級以上干擾時，雷達(dá)顯示器上的噪聲將顯著增強(qiáng)，接收機(jī)開始飽和，目標(biāo)回波被干擾淹沒；隨著目標(biāo)的不斷臨近，目標(biāo)回波不斷增強(qiáng)，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入暴露區(qū)后，雷達(dá)能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，但由于信噪比較小，加之目標(biāo)距離近角速度大，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)困難[2]。

3）發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離近

在搜索和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)過程中，受到噪聲干擾的影響，使雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離變近，威力范圍縮小，降低了搜索的效率；干擾可破壞目標(biāo)回波的某些特征，影響觀察或降低目標(biāo)信號的能見度，增大發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的難度。

4）發(fā)現(xiàn)假目標(biāo)

由于雷達(dá)干擾機(jī)施放假目標(biāo)的技術(shù)水平不斷提高，假目標(biāo)可以大量復(fù)制，在雷達(dá)顯示器上可能出現(xiàn)滿屏的假目標(biāo)，使操縱手對真目標(biāo)的判斷帶來困難，同時使搜索雷達(dá)自動錄取飽和；而單個假目標(biāo)的逼真度越來越高，誘使操縱手上當(dāng)受騙，造成錯情、漏情。

2.2 截獲跟蹤目標(biāo)能力降低

1）截獲目標(biāo)困難

受到強(qiáng)噪聲干擾時，雷達(dá)接收機(jī)完全飽和，目標(biāo)回波完全消失，嚴(yán)重時，可使雷達(dá)顯示器上只看到掃描線或全屏顯示，難以進(jìn)行截獲目標(biāo)的操作[3]，可延緩雷達(dá)進(jìn)入跟蹤的時機(jī)或使雷達(dá)無法進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。

2）跟蹤精度差

當(dāng)雷達(dá)受到交叉干擾、閃爍干擾等角度欺騙干擾時，雷達(dá)角度跟蹤出現(xiàn)抖動，測角誤差增大；目標(biāo)時隱時現(xiàn)，跟蹤信號時有時無，使距離跟蹤出現(xiàn)暫停，測距誤差增大。

3）跟蹤中丟失目標(biāo)

跟蹤過程中，當(dāng)受到距離拖引等欺騙干擾時，可使雷達(dá)距離自動跟蹤波門誤跟干擾，并產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致在角度上也丟失目標(biāo)，迫使雷達(dá)重新搜索、發(fā)現(xiàn)、截獲、跟蹤目標(biāo)。

2.3 摧毀目標(biāo)能力削弱

1）射擊諸元誤差增大

受壓制干擾影響，導(dǎo)致雷達(dá)的測量誤差增大，從而使火控計算機(jī)解算出的射擊諸元誤差增大，降低了火力系統(tǒng)對目標(biāo)的毀傷概率；欺騙干擾還可能導(dǎo)致火控雷達(dá)控制火力系統(tǒng)向根本沒有真實目標(biāo)的空域進(jìn)行射擊，浪費火力資源。

2）導(dǎo)彈偏離目標(biāo)甚至失控

在復(fù)雜電磁環(huán)境下，發(fā)射的導(dǎo)彈由于干擾的影響，可能失去制導(dǎo)指令導(dǎo)致無法制導(dǎo)，或錯誤制導(dǎo)使導(dǎo)彈失控，偏離目標(biāo)，干擾嚴(yán)重時，可能使導(dǎo)彈誤傷己方目標(biāo)和人員。

3）火力癱瘓

三級強(qiáng)干擾可導(dǎo)致雷達(dá)不能發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)，使雷達(dá)無法進(jìn)行解算諸元的操作，從而導(dǎo)致整個火力系統(tǒng)癱瘓。

2.4 自身安全受到極大威脅

1）被反輻射武器摧毀

相比搜索、截獲、跟蹤過程中受到電子干擾“軟殺傷”，火控雷達(dá)只是正常功能暫時受到影響，當(dāng)干擾過后雷達(dá)可以恢復(fù)正常。在實戰(zhàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下對火控雷達(dá)威脅最大的是反輻射武器，它直接威脅雷達(dá)和雷達(dá)操作人員的安全，對火控雷達(dá)可造成“硬殺傷”。目前最常用的反輻射武器是反輻射導(dǎo)彈，具有作用距離遠(yuǎn)、速度快、精度高等特點。隨著高功率微波武器等新型反輻射武器的研發(fā)和裝備，可以預(yù)計在不久的未來，將是雷達(dá)面臨的新的巨大威脅。

2）不敢開機(jī)

考慮到反輻射武器對雷達(dá)的現(xiàn)實威脅，將對防空兵部隊指揮員和雷達(dá)操作人員的心理造成很大壓力，可能導(dǎo)致沒有被摧毀的火控雷達(dá)不敢開機(jī)，或者大幅壓縮開機(jī)時間，直接影響雷達(dá)的正常作戰(zhàn)使用。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境下火控雷達(dá)技術(shù)對抗途徑分析

3.1 采用相控陣天線技術(shù)

現(xiàn)代火控雷達(dá)為了提高對多個目標(biāo)的反應(yīng)速度，往往采用搜索跟蹤一體化設(shè)計，即采用單獨的搜索天線和跟蹤天線。隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，相控陣天線的價格日趨合理，新型火控雷達(dá)常采用相控陣天線做為搜索雷達(dá)天線。由于相控陣天線由獨立輻射單元或子陣列所組成，根據(jù)陣列的不同，相控陣天線可以獲得高增益和低副瓣的特性，相較于拋物面天線的副瓣電平為－20dB～－30dB，相控陣天線的副瓣電平可達(dá)－40dB～－50dB甚至更低。由于副瓣電平低，使掩護(hù)式干擾機(jī)的等效干擾功率增大，迫使干擾機(jī)增加干擾功率；與常規(guī)的高峰值功率雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)的峰值功率可低3～4個數(shù)量級[4]，但平均功率可以很高，這就要求干擾機(jī)中的偵察接收機(jī)靈敏度大幅提高，增加了干擾機(jī)研制的難度。相控陣天線波束電控，變化方式多樣，在對抗反輻射導(dǎo)彈上也有特殊的優(yōu)點，例如發(fā)現(xiàn)反輻射導(dǎo)彈來襲時，相控陣天線可以在來襲方向上形成自適應(yīng)零點，縮短被發(fā)現(xiàn)和跟蹤的距離；天線的低副瓣特性，可以防止反輻射導(dǎo)彈從副瓣進(jìn)行攻擊。

3.2 采用單脈沖體制

相較于采用圓錐掃描體制的火控雷達(dá)，采用單脈沖體制的火控雷達(dá)抗干擾能力大幅增加，原因在于：單脈沖體制雷達(dá)提取跟蹤誤差信息僅用一個目標(biāo)回波就可獲得角誤差信號，而圓錐掃描體制雷達(dá)至少需要一個圓錐掃描周期后才能獲得角誤差信息，在這個圓錐掃描周期內(nèi)，干擾機(jī)就可以取出圓錐掃描信號的調(diào)制包絡(luò)，進(jìn)行倒相放大再發(fā)射回來，圓錐掃描體制雷達(dá)接收到干擾信號后，天線軸線就跟蹤到錯誤方向上，單脈沖體制雷達(dá)則不受此類干擾的影響。此外單脈沖體制雷達(dá)還具有跟蹤目標(biāo)快、測角精度高等優(yōu)點，目前的火控雷達(dá)在跟蹤雷達(dá)上已很少使用圓錐掃描體制，普遍采用單脈沖體制。但由于單脈沖體制雷達(dá)需要多個性能完善的寬頻帶饋源和高頻和差比較器，多路接收機(jī)要求性能一致，因此技術(shù)復(fù)雜，加工工藝要求高[5]。

3.3 采用展寬頻段技術(shù)

1）跳頻

頻率在較寬的范圍內(nèi)隨機(jī)地跳變，使雷達(dá)不斷跳到不受干擾的頻率上工作。頻率跳變的速度越快、范圍越大、隨機(jī)性越強(qiáng)，則抗干擾能力就越強(qiáng)。相較于傳統(tǒng)的手動跳頻或電子跳頻，現(xiàn)代火控雷達(dá)常常采用自適應(yīng)跳頻的方式，即根據(jù)實時干擾環(huán)境，對雷達(dá)接收的干擾信號進(jìn)行干擾譜分析，找出干擾強(qiáng)度最弱的頻點，然后控制雷達(dá)發(fā)射信號的載頻跳變到干擾最弱的頻點，這是目前有效的抗寬帶阻塞干擾措施之一。采用該種跳頻方式的火控雷達(dá)在正常雷達(dá)基礎(chǔ)上還必須包括寬頻帶干擾偵察接收機(jī)、干擾譜實時分析器和最佳頻率代碼產(chǎn)生器等器件。

2）頻率分集

頻率分集和頻率捷變技術(shù)一樣，也是基于迫使干擾機(jī)在寬帶內(nèi)分散其干擾功率，從而削弱其干擾作用。所不同的是，頻率分集是用多部發(fā)射機(jī)同時工作在不同的頻率上，使雷達(dá)同時占有較寬的頻段，以削弱干擾強(qiáng)度，而頻率捷變是在極短的時間內(nèi)依次或無規(guī)律地占有一個頻帶。頻率分集雷達(dá)每一工作頻率的子脈沖構(gòu)成一個完整的脈沖信號序列，這使雷達(dá)偵察機(jī)對接收到信號進(jìn)行分選時容易錯誤地將頻率分集雷達(dá)信號分裂為多個脈沖雷達(dá)信號[6]。

3）擴(kuò)展新頻段

傳統(tǒng)火控雷達(dá)主要的工作波段集中在S、C、X波段，而外軍特別是美軍對這幾個波段的干擾、壓制和摧毀能力非常強(qiáng)。一個雷達(dá)或雷達(dá)網(wǎng)占有頻段越多，抗干擾能力就越強(qiáng)。現(xiàn)代火控雷達(dá)主要是向高頻方向拓展，常采用毫米波段。毫米波段（1mm～10mm）相對應(yīng)的頻率為30Ghz～300GHz，其低端毗鄰厘米波段，具有厘米波段全天候的特點，高端鄰接紅外波段，具有紅外波的高分辨力特點。毫米波雷達(dá)波束窄，角分辨力高，頻帶寬，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，重量輕。與紅外、激光設(shè)備相比較，它具有很好的穿透煙、塵、雨、霧的傳播特性。對于干擾而言，由于毫米波雷達(dá)脈沖寬度和波束寬度一般比較窄，雷達(dá)分辨單元體積小于干擾分布體積，大大地減小了進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的干擾，提高了雷達(dá)的信干比，同時對抑制云雨、雪、霧等氣象干擾也是有利的。隨著毫米波器件的發(fā)展，火控雷達(dá)在毫米波段的頻率已逐步從35GHz擴(kuò)展到94GHz和140GHz等窗口。

3.4 采用復(fù)雜信號處理技術(shù)

1）動目標(biāo)檢測（MTD）技術(shù)

在嚴(yán)重干擾背景中改善動目標(biāo)檢測能力，要求動目標(biāo)改善因子達(dá)50dB以上，傳統(tǒng)的動目標(biāo)顯示（MTI）已不能完全滿足要求。根據(jù)雷達(dá)理論，當(dāng)雷達(dá)高頻系統(tǒng)穩(wěn)定性不高時，將使固定地雜波回波譜產(chǎn)生一部分接近均勻的雜散分量，它將限制改善因子可能達(dá)到的最大值。火控雷達(dá)多采用動目標(biāo)檢測（MTD）技術(shù)，并使用全相參的功率放大式發(fā)射機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鎖相相參的單級振蕩器，整個系統(tǒng)的高頻穩(wěn)定性有明顯的提高。隨著數(shù)字信號處理能力的迅速提高，現(xiàn)代火控雷達(dá)可以采用更復(fù)雜的信號處理機(jī)來實現(xiàn)自適應(yīng)動目標(biāo)檢測，可根據(jù)實際雜波回波的功率電平、譜形狀、譜寬度、多普勒頻移等特性變化，實現(xiàn)雜波背景下的最佳濾波，獲得接近理論上最佳的處理效果并提高雜波背景下檢測信號的能力。

2）脈沖壓縮技術(shù)

脈沖壓縮，是指發(fā)射機(jī)發(fā)射載頻按一定規(guī)律變化的寬脈沖信號，然后將目標(biāo)回波信號在接收機(jī)中壓縮成窄脈沖信號。這種技術(shù)采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射平均功率，保證足夠遠(yuǎn)的探測距離，接收時，采用相應(yīng)的脈沖壓縮技術(shù)獲得窄脈沖回波以保證良好的距離分辨力，因而有效地解決了探測距離與距離分辨力之間的矛盾。火控雷達(dá)常采用多種脈寬的線性調(diào)頻脈壓或相位編碼脈壓技術(shù)，在近程跟蹤時采用窄脈沖，遠(yuǎn)距離搜索時采用寬脈沖，既解決雷達(dá)近距離跟蹤和威力的矛盾，同時降低發(fā)射信號被偵測的概率。

3）多維信號處理技術(shù)

目前先進(jìn)的多維信號處理技術(shù)可根據(jù)目標(biāo)回波和干擾雜波在時間、方向、極化、幅度、多普勒頻率、反射系數(shù)和統(tǒng)計方面的信息差異，從干擾雜波背景中提取目標(biāo)信息。采用多功能、可編程、自適應(yīng)雷達(dá)多維信號處理技術(shù)，能夠解決多目標(biāo)、高分辨率和高精度的定向定位問題，大大提高雷達(dá)抗干擾能力，是火控雷達(dá)的一個技術(shù)發(fā)展趨勢。

3.5 采用光電結(jié)合技術(shù)

表1 火控雷達(dá)常用工作方式

采用光電結(jié)合技術(shù)，在火控雷達(dá)上配屬各種光電設(shè)備已成為一種普遍和重要的輔助手段和抗干擾措施。常配屬的光電設(shè)備有光學(xué)指揮儀、遙控指揮鏡、激光測距機(jī)、紅外跟蹤系統(tǒng)和電視跟蹤系統(tǒng)等，這些光電設(shè)備不受各種微波有源和無源干擾的影響，既可獨立完成測角測距功能，也可和雷達(dá)協(xié)同完成測角測距功能，有多種工作方式，表1列出配備光電設(shè)備后常用的火控雷達(dá)工作方式及使用說明。現(xiàn)代火控雷達(dá)常采用紅外跟蹤、電視跟蹤和激光測距相結(jié)合的方式，這種方式全天候工作能力強(qiáng)，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，提供目標(biāo)信息直觀、全面。值得注意的是，由于散熱、綜合設(shè)計等原因，火控雷達(dá)配備的激光測距機(jī)連續(xù)工作時間一般只有幾分鐘，常做為雷達(dá)測距的臨時替代。

3.6 采用誘餌技術(shù)

由于反輻射導(dǎo)彈自身存在的局限性，使其對分辨角內(nèi)的多個輻射源分選能力偏弱，尤其是對信號頻率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率等參數(shù)相同的雷達(dá)信號，難以進(jìn)行區(qū)分[7～8]。依據(jù)這一特性，可以在距雷達(dá)一定距離的位置分置一個或多個誘餌源，利用誘餌源的發(fā)射信號使反輻射導(dǎo)彈無法跟蹤或者無法正確跟蹤雷達(dá)的信號，從而起到掩護(hù)或保護(hù)雷達(dá)的安全，這是目前行之有效被廣泛采取的誘餌技術(shù)。例如美國“愛國者”導(dǎo)彈的AN／MPQ253相控陣?yán)走_(dá)就使用了兩部誘餌機(jī)，能模擬雷達(dá)信號波形和特征參數(shù)，并保持與雷達(dá)工作的同步、同頻和全相參，能有效地引偏反輻射導(dǎo)彈。從提高戰(zhàn)場生存能力來看，高價值的重要雷達(dá)包括火控雷達(dá)都應(yīng)配備誘餌。

3.7 采用組網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)代防空作戰(zhàn)是體系和體系間的對抗，火控雷達(dá)只有采用組網(wǎng)技術(shù)，成為防空網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，才能發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能。火控雷達(dá)接入防空指揮控制網(wǎng)絡(luò)后，可接收上級下傳的空情通播、目標(biāo)指示、目標(biāo)分配、作戰(zhàn)命令等信息；雷達(dá)可根據(jù)收到的上級目標(biāo)指示和分配完成目標(biāo)截獲、跟蹤；可上報本地空情。現(xiàn)代火控雷達(dá)常采用的另一個組網(wǎng)技術(shù)是火控組網(wǎng)[9～10]，即可直接接收友鄰火控雷達(dá)的目標(biāo)信息并利用該信息進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)引、火控解算，也可將本地目標(biāo)跟蹤信息發(fā)送到火控網(wǎng)絡(luò)供友鄰火控雷達(dá)使用。采用組網(wǎng)技術(shù)后，網(wǎng)內(nèi)的多部雷達(dá)可以相互補(bǔ)充，信息精確共享，只要有一部雷達(dá)正常工作，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他雷達(dá)都可使用該雷達(dá)捕獲的目標(biāo)信息，防空系統(tǒng)的火力威脅仍然存在。此外雷達(dá)網(wǎng)中處在空襲方反輻射武器探測攻擊范圍內(nèi)的雷達(dá)，可以不加高壓、保持雷達(dá)靜默，利用其它雷達(dá)探測的目標(biāo)信息仍然可實現(xiàn)捕獲跟蹤目標(biāo)，并計算射擊諸元。這使雷達(dá)位置不易被對方偵察到，隱藏性強(qiáng)，提高了戰(zhàn)場中雷達(dá)的生存能力和整體抗毀性能。

4 結(jié)語

未來戰(zhàn)場的復(fù)雜電磁環(huán)境，給火控雷達(dá)帶來了極大的挑戰(zhàn)，雷達(dá)要想更好地生存下去，有效地提高戰(zhàn)斗力，首要的還是要研究先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，只有以技術(shù)作為基礎(chǔ)，才能更好地采取戰(zhàn)術(shù)手段和熟練的操作來有效地進(jìn)行對抗。多種抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，將大大地增強(qiáng)火控雷達(dá)抗干擾能力。隨著電子戰(zhàn)作用的日益突出，必須深入研究新的雷達(dá)抗干擾技術(shù)和體制，以適應(yīng)火控雷達(dá)發(fā)展的需要。

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