反導雷達新進展及有源干擾技術需求分析

徐　沙,黃和國,張夫龍

(1.中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089； 2中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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·情報分析·

反導雷達新進展及有源干擾技術需求分析

徐沙1,黃和國2,張夫龍2

(1.中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089； 2中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

近兩年，以“愛國者”、“宙斯盾”、“薩德”等為代表的典型導彈防御系統悄然取得新進展，基于機載、彈載等平臺的有源干擾將面臨新的技術挑戰。在總結典型反導雷達系統變化的基礎上，分析應對變化的有源干擾技術需求。

反導雷達；有源干擾；認知干擾

0　引言

2016年2月7日，在朝鮮利用彈道導彈技術實現衛星發射后，韓美雙方決定從韓美同盟層面就“薩德”(THAAD)系統部署韓國開始協商。毋庸置疑，“薩德”系統若進駐韓國，美國在東北亞地區將擁有完整的導彈防御體系。近兩年，以 “愛國者”、“宙斯盾”、“薩德”等為代表的典型導彈防御系統悄然取得新進展。其中AN/MPQ-65、AN/SPY-1D(V)、AN/TPY-2等反導雷達以及新型的反導防空雷達(AMDR)是典型導彈防御系統的核心，相應地在技術上進行改進、升級，在戰略上進行新部署，在進展上邁開新步伐，也使得雷達干擾技術面臨新的課題。本文在分析反導雷達系統新進展的基礎上，分析應對反導雷達系統變化的有源干擾技術發展需求。

1　反導雷達新進展

1.1“愛國者”雷達系統升級

2015年2月中旬，雷聲公司宣布已獲得美國政府批準，可以向“愛國者”防空與導彈防御系統合作國出口其新型雷達系統所采用的基于氮化鎵(GaN)的有源電掃陣列(AESA)技術。

雷聲公司制造的基于GaN和AESA雷達采用了3個雷達陣列，提供全方位360°探測能力。基于GaN的AESA陣列朝向主要威脅方向，后面板陣列是主陣面大小的1/4，使系統具備后視和主陣面側視能力，應對來自各方位的威脅。

“愛國者”新舊雷達對比如圖1所示。改進后的雷達外觀上變化不大，不過由于采用了GaN新技術，極大地提高了可靠性、探測距離和覆蓋范圍。GaN的主要優勢是具備更高的功率容量和更高的功率密度，相比上一代的砷化鎵設備，雷達在保持較小尺寸的同時具有更寬的工作頻帶、更大的輸出功率、更高的信噪比以及更好的導熱性和導電性。這些設備在較高的工作溫度下仍能保證較好的技術指標，其平均故障間隔時間提高了1個數量級，其他性能指標也有較大程度的提高。這種新型技術將為用戶帶來360°覆蓋，提高雷達可靠性和性能，降低雷達操作與維護成本，并利于未來的能力升級。

基于GaN的AESA技術已經在美國海軍的新型空中與導彈防御系統和大量美國空軍系統中得以應用。2014年2月，雷聲公司成功演示了升級型“愛國者”雷達的原型。

圖1　“愛國者”新舊雷達對比(左下為新雷達，右上為舊雷達)

1.2“宙斯盾”系統上岸

簡單地說，陸基“宙斯盾”系統就是在艦載“宙斯盾”系統的基礎上按照陸基部署的要求進行相應改進、衍生而來的一種導彈防御系統。奧巴馬對歐洲導彈防御計劃的調整則使一直“待在水上的‘宙斯盾’系統”開始登陸上岸。

在羅馬尼亞和波蘭部署陸基“宙斯盾”導彈防御系統是歐洲推進“分階段適應方案”(PPA)導彈防御計劃的重要內容。根據計劃其第二階段在羅馬尼亞部署陸基“宙斯盾”導彈防御系統，導彈為“標準”-3BlockIB型；2018年之前將在波蘭部署另外一套陸基“宙斯盾”系統，導彈為“標準”-3BlockIIA型，第四階段采用具備洲際導彈攔截能力的“標準”-3BlockIIB型導彈取代上述兩型“標準”-3型系列導彈。

據悉，陸基“宙斯盾”系統為基線9版本的“宙斯盾”系統的陸基部署型號，即基線9E版本，反導軟件則采用5.0版，第二階段將采用5.1版本軟件。陸基“宙斯盾”系統使用的雷達是SPY-1D(V)(如圖2所示)，根據相關資料，該雷達對0.48m2的目標(典型二級液體火箭)的最大作用距離為508km，利用其他信息平臺可增程至600～700km，改進后的雷達最大作用距離甚至達到近1000km。

圖2　陸基“宙斯盾”使用的SPY-1D(V)雷達

2015年12月18日，美國導彈防御局在羅馬尼亞宣布，美國完成了在羅馬尼亞的陸基“宙斯盾”反導系統部署，該系統將于2016年正式投入使用。

另據2015年6月美相關雜志報道，美國國務院批準向韓國銷售“宙斯盾”作戰系統及其相關設備、配件與保障服務，根據協議，韓國將獲得3套“宙斯盾”作戰系統、3套MK-41垂直發射系統、3套通用數據鏈管理系統以及3套AN/UPX-29(V)敵我識別應答器。

日本也有意采購洛·馬公司的陸基“宙斯盾”彈道導彈防御(BMD)單元，包括洛·馬公司的SPY-1D雷達和雷聲公司的“標準”-3導彈。

1.3TPY-2雷達改進及新部署

AN/TPY-2是目前世界上最先進的陸基移動X波段雷達，探測距離達1200km以上，具備搜索、捕獲、探測、跟蹤目標，識別假目標，為攔截彈提供目標實時引導，以及攔截后的毀傷效果評估等功能，具有可移動部署、生存能力強的優勢，且數據兼容性強。

AN/TPY-2雷達具備末段部署和前沿部署兩種模式。作為前沿部署設備，它本身是導彈防御網的一部分，因其尖端的X波段技術而大大提升保護水平，能夠探測和跟蹤處于上升段的彈道導彈，從而增強早期發射的預警能力。當作為末段使用時，AN/TPY-2雷達是整個末段高空防御系統的一部分，可以作為THAAD本身的火力控制系統和攔截飛行器，提供高質量的射擊解決方案。

作為彈道導彈防御系統的一個有機組成部分，AN/TPY-2雷達能夠接收來自“宙斯盾”系統或早期預警衛星的提示信息，自身也能夠搜尋信息。它能夠為“宙斯盾”系統和地基攔截彈以及底層系統(如“愛國者”)提供目標跟蹤指引。

目前該雷達在亞洲主要是部署在日本，2006年，美國在日本北部青森縣部署其首部AN/TPY-2雷達。2014年12月29日，美國國防部宣布已在日本的經岬分屯基地部署了第二部AN/TPY-2導彈防御雷達，旨在為日本和美國的彈道導彈防御“提升傳感器覆蓋”，并協助日本北部青森縣的現有雷達。

1.4AMDR雷達取得進展

作為美國海軍新型空中與導彈防御系統(AMDR)可以有效地對抗各類現役及未來的戰機、彈道導彈及超聲速反艦導彈。AMDR雷達采用先進的雙波段模式，其作戰示意圖如圖3所示，其安裝布置示意圖如圖4所示。完整的AMDR雷達套裝包括1部四面S波段雷達(AMDR-S)、1部三面X波段雷達(AMDR-X)以及1臺雷達控制器(RSC)。S波段雷達用于遠程、高分辨率探測并跟蹤空中和導彈威脅，X波段雷達用于地平線搜索，負責目標的精確跟蹤、與導彈通信以及目標末端照射，雷達控制器為S波段和X波段雷達提供資源管理，協調與“宙斯盾”作戰系統的交互關系。

AMDR于2014年7月完成初步設計評審，2015年4月通過關鍵設計評審，確認了系統軟硬件的有效性。據稱，改進后的“標準”導彈和新型雷達系統取得重大進展，將進一步提高海軍海基和岸基的防空反導能力。美國已確定AMDR裝備編號為SPY-6，預計2018年完成首次部署。

SPY-6雷達系統首次使海軍具備了綜合防空反導能力，應用基于GaN技術的有源電掃陣列，可以實現數字波束形成與更高精度的跟蹤；采用全模塊化可縮放設計，用戶可通過調整模塊數量改變陣列尺寸，以適應不同的電力和冷卻需求。此外，系統具備執行電子攻擊任務的潛能。而系統的軟件則可兼容不同尺寸的陣列。與SPY-1相比，SPY-6的靈敏度提高30倍，探測距離增程兩倍以上，可裝備“阿利伯克”級驅逐艦。

圖3　AMDR雷達作戰示意圖

圖4　AMDR雷達安裝布置示意圖

2　有源干擾技術需求分析

從以上情報資料分析可知，近兩年典型反導雷達系統已取得新進展。反導雷達的發展給有源干擾技術提出了新的發展需求，本文從以下幾方面進行分析。

2.1超寬帶干擾

超寬帶干擾從以下三方面提出需求：

1)適應更寬的工作頻段：AMDR雷達包括S波段雷達和X波段雷達，盡管兩波段雷達分工側重有所不同，有源干擾機可能受到兩部雷達的輪流照射或同時照射。為了有效地掩護目標平臺，有源干擾機需在不同的工作頻段內同時偵收、截獲、識別并引導干擾。另外，飛機、導彈等平臺在作戰過程中可能先后遭遇多部不同頻段的反導雷達的探測跟蹤，干擾機需要偵收不同頻段的雷達威脅信號并產生多頻段的干擾信號。

2)適應更寬的頻率捷變范圍：頻率捷變技術是雷達提高抗干擾能力的重要措施，該技術針對干擾機存在偵收、識別、引導時間的固有缺點，利用雷達載頻在一個頻帶內進行脈間變化或脈組變化。隨著GaN技術的發展，固態器件工作頻率范圍越來越寬，雷達頻率捷變范圍可達10%～20%，甚至超過25%。據資料顯示，“愛國者”雷達工作頻率捷變已達700MHz，每個雷達跳頻點數相當多，可以采用頻率捷變技術使頻率變化做到完全隨機，被干擾機正確預測的概率較低。

3)適應更寬的雷達信號帶寬：GaN技術的發展使得現代反導雷達信號帶寬增大。TPY-2雷達是一種機動式高分辨率X波段雷達，不僅具備搜索、探測、跟蹤等功能，而且具有寬帶雷達識別的功能。為了實現對飛機、導彈等目標的高分辨率一維、二維成像識別功能，其信號帶寬已達1GHz以上。

有源干擾機需要適應以上三方面的變化。為了實現超寬帶干擾，干擾機需從偵收、干擾源、發射等環節解決。隨著高速、高密度器件及數字化技術的發展，單通道數字化接收機的工作帶寬和以數字射頻存儲器(DRFM)為核心的相參干擾源其瞬時帶寬已可達GHz級，可以適應寬帶雷達信號的偵收處理和干擾信號的產生；GaN技術的發展使得干擾功率放大器件可以跨多頻段發射。另外，近年來微波光子技術的發展，使信息載體由電子轉向光子成為發展趨勢，基于光電子技術的信號偵收、信號處理具有超寬帶的技術特點。

2.2大功率干擾

干擾功率一直是有源干擾機的寶貴資源。根據雷達干擾方程，有源干擾機對反導雷達的最小壓制距離與雷達的有效輻射功率的二次開方成正比，而與干擾機輻射功率的二次開方成反比。雷達輻射功率越大，實施壓制干擾越難，干擾機輻射功率越大，對雷達的干擾效果越明顯。

升級后的“愛國者”雷達探測性能的提升，意味著其雷達有效輻射功率的增大。另據報道，美海軍對在研AMDR雷達的要求是在SPY雷達的基礎上性能提升10～25dB ，預計其S波段雷達的輻射功率不低于原SPY-1D(V)雷達輻射功率。

針對雷達的高輻射功率威脅，有源干擾機需要提升其干擾輻射功率。機載干擾機可通過有源相控陣多單元合成方式提高干擾輻射功率；彈載干擾機應用以GaN器件為基礎的寬帶固態功率放大器和微波功率模塊(MPM)提高其干擾輻射功率。

2.3分布式干擾

由AN/SPY-1、AN/TPY-2等多功能相控陣雷達，借助通信手段鏈接成網，并由中心站統一調配，形成了一個有機整體。組網雷達在空域、時域、頻域上交叉覆蓋，探測情報相互交連、補充、應用，網內各雷達的目標航跡信息上報到中心站，綜合處理后形成雷達網覆蓋范圍內的情報信息，并按照戰爭態勢的變化自適應地調整網內各雷達的工作狀態，發揮各個雷達的優勢，從而完成整個覆蓋范圍內的探測、定位和跟蹤等任務。目前，美國海軍“提康德羅加”級巡洋艦和“阿利伯克”級驅逐艦“宙斯盾”系統配備的主要是BMD3.6.1版本軟件，配備該版軟件的“宙斯盾”系統可以使用陸基TPY-2雷達和空間跟蹤與監視系統(STSS)衛星等系統傳感器平臺獲取的數據。在研的AMDR雷達將更加注重與TPY-2雷達、“宙斯盾”雷達的組網作戰能力。

雷達組網使傳統的“一對一”干擾效能大大降低，必須發展“面對面”的干擾。對抗組網雷達有效方式是分布式干擾。根據所要求的目標掩護區域或佯攻區域，合理地布放有源干擾機，以使干擾信號能從雷達主瓣進入，且使多個干擾機在雷達屏幕上產生的主瓣干擾扇面覆蓋所要求的目標掩護區域或佯攻區域。干擾機的干擾時機與干擾持續時間由作戰指揮協同控制，干擾方式根據作戰需要預置或程控、遙控。

近兩年，美空軍提出“作戰云”的概念，基于云概念的干擾是一種更為高級的分布式干擾。每個作戰平臺上的干擾機作為一個云節點，多臺干擾機之間建立自組織無線通信網，每個云節點可自由出云入云，具備輸入輸出特性，各干擾機之間互享偵察信息，采用分布式與集中式相結合的方式進行信息融合和干擾資源動態管理，達到對區域內威脅雷達干擾效果最大化。

2.4認知干擾

典型的有源干擾機在作戰過程中通過將偵收到的輻射源信號與預先存儲的威脅雷達庫比對識別，有針對性地實施干擾。但基于威脅雷達庫的威脅識別存在以下問題：一是現有威脅雷達數據庫不完備，現有反導雷達參數主要是基于一些公開報道的參數及平時偵察處理得到的情報結果。反導雷達的戰時參數有可能與平時參數不一致，威脅雷達庫的不完備對作戰使用帶來風險。二是新型雷達參數可能完全不知。如升級后的“愛國者”雷達、重新設計的TPY-2雷達、下一代AMDR雷達的工作模式、工作波形及參數等，目前可能無法掌握。三是機載、彈載平臺下無法采用地面、艦載等平臺中人在環路的對抗措施。因此，有源干擾機有必要發展認知干擾技術，增強其智能化水平，提升其對未知雷達威脅的對抗能力。

反導雷達認知干擾技術采用基于動態知識庫的“感知→識別→決策→行動→感知”的閉環處理過程，具有感知環境、適應新威脅、避免自擾、波形多變、協同工作、自主學習等能力，以期實現有效對抗反導系統中的多功能、多模式雷達和未來新型反導雷達的作戰效果。認知干擾機工作處理流程如圖5所示。

圖5　認知干擾機工作流程圖

反導雷達認知干擾系統中的認知偵察模塊接收到信號后，基于動態知識庫采用機器學習算法和特征學習技術將該信號分類，分析出該信號的特征，并將特征信息傳給對抗措施合成模塊。對抗措施合成模塊根據認知偵察結果及學習信息進行攻擊策略搜索，制定最佳攻擊策略，同時優化干擾波形，自適應分配干擾資源。智能干擾模塊能根據威脅信號在受到干擾時產生的明顯變化評估干擾效果，同時結合動態知識庫自適應優化干擾策略及根據作戰需要采取新的干擾技術。動態知識庫為上述3個功能模塊提供對應的環境、目標、資源策略等知識，并根據3個模塊的處理結果進行動態更新。

3　結束語

反導雷達干擾與反干擾一直是“矛”與“盾”。本文總結了近兩年內典型反導雷達系統取得的新進展，在此基礎上分析了應對反導雷達變化的有源干擾技術需求。隨著現代反導雷達技術的發展，有源干擾機將面臨新的技術問題，有源干擾技術可能呈現超寬帶、大功率、分布式、認知化、微型化的發展趨勢，這些需求及技術有待研究、發展并被綜合應用于雷達的有源干擾系統中。■

[1]廖平,姜勤波.導彈突防中的電子對抗技術[M].北京:國防工業出版社,2012.

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

[3]熊群力,等.綜合電子戰[M].北京:國防工業出版社,2008.

New progress in anti-missile radar and active jamming techniques requirement

Xu Sha1, Huang Heguo2, Zhang Fulong2

(1.Chinese Flight Test Establishment,Xi′an 710089,Shanxi,China;2.No.8511 Research Institute of CASIC,Nanjing 210007, Jiangsu,China)

In recent years,the Patriot, Aegis and THAAD as the representative of typical missile defense system have quietly made new progress.Active jamming based on airborne and missile borne are facing new technical challenges.The requirement for jamming techniques based on the changes of the typical anti-misssle radar systems is analyzed.

anti-missle radar; active jamming; cognitive jamming

2015-12-20；2016-03-05修回。

徐沙(1983-)，男，工程師，碩士，主要研究方向為雷達及電子戰。

TN97

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