雷達探測臨近空間高超聲速目標關鍵技術研究

羅 健

(中國電子科技集團公司第三十八研究所， 安徽合肥 230088)

0 引 言

臨近空間高超聲速目標一般指在臨近空間飛行的航空航天飛行器，能在大氣層和跨大氣層的近空間高速飛行，其飛行速度一般大于5 Ma，目前臨近空間超高聲速武器主要為高超聲速助推滑翔飛行器和高超聲速巡航飛行器[1-2]。臨近空間高超聲速目標以其速度快、高機動、大航程、強突防等特點，可在發射后極短時間內對任意目標進行快速精確打擊，成為打破戰略平衡，奪取未來戰爭主動權的核心手段。

在X-51A、HTV-2等項目關閉之后，美國相繼推出了高速打擊武器(HSSW)、先進高超聲速武器(AHWC)和高超聲速戰略助推滑翔飛行器AHW和TGB等計劃;而俄羅斯宣稱實戰化部署“匕首”高超聲速空射導彈和“先鋒”高超聲速滑翔彈頭，近期其“鋯石”高超聲速反艦巡航導彈連續多次成功試射[3-8]。隨著美、俄等國臨近空間高超聲速武器陸續取得技術突破和試驗成功，臨近空間高超聲速目標帶來的挑戰也逐漸由概念設想轉變為重大現實威脅。

由于臨近空間高超聲速目標“亞軌道飛行”和“高速大機動”的獨特性，其目標特性與隱身飛機類空氣動力目標和進出臨近空間的彈道目標有顯著差別，針對臨近空間超高聲速目標的探測和防御，國內外學者從防御策略、技術分析、性能仿真和試驗驗證等方面取得了許多研究成果[9-11]。其中主要有從雷達探測面臨的問題，分析了臨近空間高超聲速飛行器對雷達探測體系的性能需求，雷達檢測/跟蹤臨空目標在信號處理、數據處理等方面的技術方法，并給出仿真計算結果。從探測技術上分析了對于高速高機動目標不同檢測積累方法，提出探測臨空高超目標的高速高機動目標檢測技術、高速大動態目標跟蹤技術、反等離子鞘套效應措施建議等。在臨近空間目標跟蹤上從動力學模型和運動特性分析、機動模型構建、交互多模型應用和目標軌跡預報方法等方面進行了研究。從OODA探測打擊閉環鏈上提出對預警探測、導彈總體、制導控制等專業帶來的新問題和新需求進行了詳細分析；從探測傳感器組網上提出了在現有裝備體系上發展和建立新型武器防御體系，提出了傳感器協同探測體系構建，武器協同作戰體系，網絡化指揮控制體系建設構思等。

隨著雷達探測臨空高超聲速目標技術研究和試驗仿真的深入，在臨近空間高超聲速目標的亞軌道飛行目標遠域高概率截獲，高速大機動帶來的目標檢測、跟蹤、鞘套目標識別，跨域異構/網絡化協同探測體系的構建與運用、高效探測/打擊OODA鏈閉環等方面還有諸多問題尚待解決和突破。本文以體系作戰為核心思想，從雷達探測關鍵技術、探測體系網絡化、探測-跟蹤-打擊鏈閉環等多個方面進行分析探討，對反臨近空間目標探測研究給出技術發展建議。

1 臨空高超聲速目標的技術挑戰分析

1.1 亞軌道飛行特性及帶來的挑戰

臨近空間一般指高度20～100 km的近地空間過渡區，包括大氣平流層區域、中間大氣層區域和部分電離層區域，臨近空間的顯著特點之一是空氣相對稀薄，為各類臨近空間飛行器的高速化提供了基礎[12]。亞軌道一般指高度在60～120 km的近地空間區域，臨近空間助推滑翔飛行器的“亞軌道”屬性更強，而臨近空間吸氣式高超聲速飛行器一般在“亞軌道”下緣飛行(如圖1所示)。臨近空間高超聲速目標在20～100 km高度幾乎與地面平行的亞軌道“殼層”中飛行，對于以直線/準直線為傳播方式的電磁波、光電等探測手段來說其帶來的影響是致命的。由于地基雷達視距效應極大壓縮雷達探測空間和預警時間(如圖2所示)，從仿真結果看，對于地基探測雷達其水平探測視角20 km高度目標相對100 km高度目標探測視距縮減約55%。同時通過仿真計算表明，10 Ma臨空高超聲速目標相對同樣射程的常規彈道導彈預警時間壓縮約61%，由于滑翔彈道縱向跳躍的高度維大機動也會帶來探測不連續。

圖1 臨空高超目標飛行軌道示意圖

圖2 雷達對不同高度目標探測視距分析

臨空高超聲速目標亞軌道飛行特性給預警探測體系帶來的挑戰是顛覆性的，突破了目前防空預警體系的高界和遠界，由于視距限制極大降低了反導預警系統的遠程探測威力，其靈活多變的發射方式給早期紅外預警帶來很大的不確定性。分析表明，增加雷達單裝探測能力不能從根本上提升系統反臨探測能力，解決亞軌道飛行目標的有效覆蓋必須是構建臨近空間目標預警探測體系，將在第3節深入討論。

1.2 高超聲速及速度隱身特性

高超聲速是臨近空間超高速目標的最大特質之一，由火箭發射的臨近空間助推滑翔飛行器速度一般在8～25 Ma，吸氣式高超聲速巡航飛行器速度一般在3～15 Ma，目前在試在研在役的各類臨近空間超高速目標雷達RCS一般在0.02～0.5 m2[13]，對于高速小目標除了增加功率孔徑積以外，增加波束駐留時間和多普勒域積累是檢測遠程微弱目標的基本途徑。長時間積累對于高速運動目標極易產生跨距離和跨多普勒的“雙跨”現象，對于以積累最大檢測信噪比為優化目標的雷達遠程探測，使常規的雷達脈沖積累得益急劇下降，仿真分析表明相對于600 m/s(1.91 Ma)速度目標，當速度增加到6 000 m/s(19.1 Ma)時由于“雙跨”影響使其信噪比下降10～15 dB[14]，由于目標高超聲速運動特性帶來探測性能下降產生“速度隱身”現象是臨空高超目標的顯性特質。

高超聲速目標的跟蹤-攔截過程也是一個極大的挑戰，對于采用地空導彈攔截高超聲速武器跟蹤-攔截過程，采用蒙特卡洛法模擬仿真分析攔截概率，推算出高超聲速武器不同飛行速度的突防成功概率表明[13-14]，對于5 Ma高超聲速武器目標散射截面(RCS)由1 m2降低到0.5 m2，突防成功概率由57%提高到78%；高超聲速武器目標模型不變(RCS為0.5 m2)，而速度由5 Ma提高到6 Ma，突防成功概率由78%提高到89%[15]，美國“臭鼬工廠”對高超聲速武器攻防對抗的仿真結果類似[16]。理論與仿真表明，速度是高超聲速武器隱身突防的有效途徑。同時高超聲速武器近直線高速度飛行也極大壓縮了OODA鏈的響應時間，仿真表明速度25 Ma/高度100 km的臨空高超目標相對于3 Ma/高度100 km超聲速目標，預警時間僅為后者的1/9，極大壓縮了OODA鏈節點間的響應時間，使得單一裝備不能獨立完成探測-跟蹤-打擊鏈的閉環。高超聲速武器的高速度，壓縮了OODA鏈節點的響應時間，突出了在戰爭中的速度制勝、癱瘓要害的優勢，將導致現有防御系統沒有足夠的預警和反應時間，即使發現目標也難以實施攔截。

1.3 多維高機動特性及技術挑戰

機動特性是飛行目標的通用屬性，目標機動也是雷達從背景噪聲中檢測目標的技術依賴路徑之一，但臨空高超聲速目標機動具有其不同于其他目標的運動復雜性、多樣性和隨機性。其縱向、橫向和加速度均具有較強的機動性和變化率，如圖3所示(其中紅色為近界，藍色為遠界)。高超聲速滑翔武器是一種高升阻比飛行器，一般采用火箭助推的方式從地面送入幾十公里高空，其飛行速度一般為8～25 Ma，依靠空氣動力遠距離彈跳飛行，并最終俯沖至目標完成攻擊任務，最大橫向機動能力約為射程的1/3。

圖3 臨空高超目標橫向機動覆蓋及運動變化圖

高度變化帶來探測空間擴展和目標速域大范圍變化，尤其是橫向機動帶來空域跨度寬和航跡角劇烈變化，如圖4所示。

(a) 目標高度機動圖

臨空高超聲速目標多維高機動特性對雷達帶來的挑戰：一是將探測空間由反遠程彈道類目標的一維空間擴展到二維空間，雷達將消耗更多的資源在持續監視和跟蹤上，如果是多目標場景對探測體系資源消耗將帶來探測能力的大幅降低；二是由于目標機動的復雜性、隨機性和多樣性，對高速大機動目標的穩定跟蹤和精確測量一直是臨空高超聲速探測一個極具挑戰性的技術難題。

1.4 等離子鞘套效應及其影響分析

等離子體與電磁波的作用機理研究歷經半個世紀以上，隨著高超聲速目標的發展，國內外諸多學者圍繞高超目標等離子鞘套效應進行了大量卓有成效的研究[17-25]。但對于雷達探測臨空高超目標等離子鞘套效應的深入研究分析和試驗報道較少，對等離子鞘套效應可能帶來的深刻影響重視不夠，本文針對等離子效應對雷達探測影響從三個角度進行闡述。一是超高速目標對雷達探測等離子鞘套效應存在且影響較大：美國20世紀60年代開展的RAM-C等離子鞘套試驗研究，其試驗數據表明在VHF、C和X波段在35～78 km高度分別出現“黑障”效應和電磁傳播劇烈衰減現象，其中阿波羅13號飛船返回艙出現長達6分鐘的“通信黑障”[26-27]。國內利用測量雷達和氣象雷達觀測返回艙探測試驗，通過多次飛船返回艙的雷達觀測數據分析表明，隨著目標再入高度的變化由于等離子鞘套效應呈現RCS突增、衰減和平穩三個階段，時間一般持續約4分鐘，其返回艙產生等離子鞘套示意圖如圖5所示，國內某氣象雷達觀測“返回艙”等離子鞘套效應表明在RCS衰減段目標是丟失的，如圖6所示[28]。

圖5 “返回艙”等離子鞘套效應示意圖

圖6 某氣象雷達觀測返回艙等離子鞘套效應信號(其中紅色框為RCS衰減段)

二是等離子鞘套對雷達探測影響機理清晰：鞘套等離子體是電離化的氣體，由大量的電子、離子和中性離子混合組成，宏觀上大體呈電中性的傳輸介質，與電磁波作用會產生折射、吸收、碰撞、相移等。飛船返回艙在返回下降過程中速度極高(一般大于20 Ma)，當返回艙進入稀薄大氣層時，由于強烈的激波壓縮和粘性摩擦作用使返回艙周圍的溫度迅速升高至6 000～8 000 K，使空氣發生離解和電離，形成峰值電子數密度為(1010～1014)/cm3的電離層[20-21]，這個包覆在返回艙周體的電離層即為等離子鞘套。理論分析和地面試驗數據表明，當飛行速度小于10 Ma，繞流流場基本沒有發生電離[19，23，30]，流場中的電子、離子密度很低，根據多個通信頻段的測試數據，在飛行速度10 Ma以下的高超聲速目標在飛行過程中無“黑障”現象。三是鞘套對雷達探測影響除了鞘套衰減、還有相位偏移和鞘套拖尾：包覆等離子體除了對電磁波碰撞吸收和折射以外，還對電磁波產生色散和相移影響，導致反射回波出現相位偏移和扭曲，在回波頻譜上出現頻譜分裂產生“虛警”。高速目標包覆等離子體包括等離子鞘套和尾流，尾流長度取決于多種因素，一般為飛行器底部尺寸的10～100倍[21]，鞘套拖尾使目標散射質心偏移，影響目標本體檢測和降低跟蹤精度。

2 雷達探測臨空高超聲速目標關鍵技術

從雷達技術的發展歷程來看，探測技術與目標反探測技術的發展始終是一對矛與盾的較量，對于雷達探測系統來說，不同于以往雷達面臨的新型目標挑戰，臨空高超聲速目標將諸多特性集于一身，對雷達探測技術的挑戰也是全方位的[29-32]。分析表明，臨空高超聲速目標對雷達技術本質的技術挑戰可以歸納為三個主要方面：全隱身特性、高動態特性和亞軌道特性。臨空高超聲速目標的全隱身特性是臨空目標的本體特性，提出的全隱身概念包括目標隱身、速度隱身、鞘套隱身和軌道隱身；高動態指目標高速多維大機動特性，亞軌道是臨空目標獨有的飛行彈道特性；對于雷達探測技術來說，主要是解決全隱身、高動態帶來的問題和挑戰，而亞軌道飛行特性探測主要涉及覆蓋性和時效性，不是單純提高雷達技術和單裝探測性能可有效解決的，需要構建臨空目標預警探測體系進行解決。雷達探測臨空高超聲速目標的關鍵技術也將圍繞這三個方面展開討論。

2.1 臨空高超聲速目標積累檢測技術

隨著雷達反隱身技術的發展，對于極小RCS隱身目標探測技術方法和運用已取得較大進展。對于以積累最大檢測信噪比為優化目標的雷達探測遠程臨空目標過程，臨空超高速目標的高速、高機動運動使得目標的徑向距離變化率出現高階項[33]，表現為“跨距離單元”和“跨多普勒單元”現象，即回波能量在距離維和多普勒維出現擴散。經過最近十幾年的研究，常規高速運動目標雷達檢測方法已經取得了較大進展，在高速目標距離徙動和多普勒擴展補償和積累上開展了大量的研究并取得一定的成果[33-39]，對于高速勻速和勻加速度運動具有較好的解決方法，常規高速運動目標的距離徙動和多普勒擴展補償相參積累取得較好的結果，如圖7、圖8所示，其關鍵算法如Keystone變換、Hough變換和RFT變換均很成熟，在工程實踐中也取得較好的效果。

圖7 高速運動目標距離徙動及補償

圖8 高速運動目標多普勒擴展及補償

臨空高超聲速目標飛行段具有高度跳躍和橫向轉動運動特性，決定了其是一個高速勻速/勻加速度運動和高速/變加速度運動混合模型，尤其是高速變加速度運動模型需要更多的參數來描述目標的運動情況，具有典型的高階運動模型，目前有學者針對該問題建議采用搜索積分類方法，其思路是利用RFT方法向高維參數空間推廣，對距離、速度、加速度進行聯合估計可沿著目標彎曲軌跡進行相參積累，代表方法有二階RFT和RFRFT等[38]，但這類方法存在著運算量大的突出問題。對于具有高階運動特性的臨空高超聲速目標積累檢測仍然存在挑戰：一是目標運動過程的復雜性，高階運動模型的參數化表達本身就比較棘手，其飛行過程中還存在不同運動特性模型交織混合，基于該混合模型的檢測方法目前研究成果較少，對應的目標積累檢測方法也就變得更加復雜；二是目標運動的高動態性，滑翔跳躍過程的變加速度和大角速度的橫向轉動需要尋找一些新的補償思路和算法，需要解決多域走動同時校正問題和聯合補償方法，探索參數空間快速多維搜索和構建廣義濾波器實現補償和積累等[35-37]；三是算法實時性和工程實現性，現在提出的針對高階運動的補償積累處理方法存在運算量大、實現復雜，實時處理難度大等問題，同時目前應用場景一般只考慮單一目標問題，對于多目標的檢測問題是另一個技術難題。

2.2 高超聲速高機動目標精確跟蹤技術

臨空高超聲速目標的高動態特性主要是指基于高速度的三維機動和變加速度，如圖9所示，其縱向、橫向和加速度均具有較強的機動性和變化率，對穩定跟蹤帶來的問題是探測空間擴展、目標運動速域和航跡角變化劇烈、運動模型復雜且不確定等；其對高精度測量帶來的問題是低信噪比、誤差估計模型復雜、等離子鞘套拖尾回波拉伸和探測仰角快速變化帶來的大氣折射/吸收誤差嚴重等，本質上高精度測量與穩定跟蹤是密切關聯的。

圖9 臨空高超目標滑翔飛行運動仿真

臨空高超聲速目標的高動態性是一個共識性問題，國內外多數學者認為相對于發現目標來說，對臨空高超目標的穩定跟蹤和高精度測量是一個更棘手的挑戰，對臨空高超聲速目標的實時高精度跟蹤是攔截打擊目標的基礎。機動目標跟蹤問題本質上是對預測系統的狀態描述，跟蹤算法主要由運動模型與濾波算法組成，濾波算法主要描述量測噪聲的統計分布特性，主要有維納濾波(WF)、卡爾曼濾波(KF)、粒子濾波(PF)算法及擴展，濾波算法對不同運動模式、噪聲環境和量測殘差樣本具有較強的依賴性[39]。臨空高超聲速目標跟蹤的難點主要在于以下兩點：一是運動模型的不確定性和復雜性，具有高速勻速/勻加速度運動和高速/變加速度運動混合模型特征；二是在跟蹤測量過程中，由于探測低信噪比、等離子鞘套拖尾和環境的不確定性，造成測量誤差增大和量測噪聲統計分布特性的不確定。文獻表明在臨空高超目標跟蹤模型、誤差估計等方面針對不同場景已開展諸多研究和仿真工作，提出了包括Singer、CS、IMM等具有代表性的運動模型方法，取得較好的進展并給出具有建設性的方法[40-45]。但目標機動建模主要依賴于先驗運動特性分析，當前大部分關于臨空高超目標跟蹤算法的研究都是基于場景設定機動模型，缺乏足夠的試驗數據支撐，對于實戰化運用還有一定的差距。

其中高超聲速助推滑翔飛行器由于其特殊的跳躍滑行飛行彈道，給雷達跟蹤測量帶來的是全新的運動模型。雷達探測跟蹤主要關注其無動力滑翔段的周期性滑躍式機動飛行，根據滑躍式機動飛行的受力情況分析，其加速度變化范圍非常大，其上升段加速度逐漸降低，在滑躍飛行高點加速度和速度最小，隨后隨著俯沖段加速度逐漸增大，在滑躍飛行低點加速度和速度最大。文獻[41]對高超聲速助推滑翔飛行跟蹤模型開展研究工作，將目標加速度建模為具有正弦波自相關的零均值隨機過程，建立了新的跟蹤模型，仿真結果表明跟蹤精度要高于Singer模型、Jerk模型和基于CV+CA+Singer的交互式多模型。

2.3 等離子鞘套特性目標的檢測與跟蹤技術

等離子鞘套目標的發現和連續觀測是臨空高超聲速目標的獨有挑戰，目前國內外關于臨空高超聲速目標等離子鞘套衰減效應研究和試驗不夠充分，其中一個重要原因是實戰化威脅還沒有到來，因達到產生電離分解速度的高超聲速目標大多還處在試驗和攻關階段，國外列裝的幾型臨空高超聲速目標探測數據報道很少，但不說明我們目前的探測能力就完全與之匹配了。

(1) 等離子體本質上是一種弱電離的氣體，同其他介質一樣具有介電常數、電導率和磁導率，等離子鞘套介電常數和電導率主要由電子密度、等離子特征頻率和碰撞頻率決定，研究表明電磁波在等離子體中的折射率和衰減率與電磁波頻率、等離子特征頻率和碰撞頻率密切關聯，電磁波頻率與等離子特征頻率的比值變化是鞘套目標RCS劇烈變化的主要原因，美國的RAM-C試驗和國內的氣象雷達多次返回艙探測試驗表明，隨著飛船返回艙高度的降低，鞘套目標RCS衰減從低頻段向高頻段依次出現，VHF頻段出現“黑障”效應或目標丟失一般在80～50 km，S和C波段目標丟失一般出現在60～40 km，X波段目標丟失一般出現在40～25 km。我們對不同速度目標的有無鞘套RCS起伏效應也開展仿真研究，如圖10所示，其結論相仿。

(a) 入射角和方位角大于10°(10 Ma(左)，20 Ma(右))

從理論分析和觀測試驗兩方面均表明等離子鞘套效應與電磁波頻率密切相關，一般來說采用不同頻段雷達探測可以解決鞘套包覆目標探測問題，但考慮單部雷達探測的視距效應，對于方位寬開的兩維觀測平面的頻率、視距弧段做到全時段連續觀測，不是一個簡單的雷達頻段選擇問題，如果按照異頻同地部署資源浪費嚴重且成本太大。按照目前國外部署的雷達探測裝備技術參數分析，其遠程低頻段、近程高頻段的雷達頻率覆蓋，與高超聲速目標在不同高度層產生的等離子鞘套頻率效應吻合，需要尋找一個更加合理和高效費比的解決方法。

(2) 鞘套目標跟蹤、目標本體識別是雷達探測臨空高超聲速目標需要解決的另外一個問題，高速目標等離子體包括等離子鞘套和尾流，等離子體鞘套和尾流與飛行器高度、速度、形狀、姿態、燒蝕等因素密切相關且快速變化，尾流長度一般為飛行器底部尺寸的10～100倍，據研究分析最大尾流長度可達數公里量級[18，20]。通過返回艙觀測數據，高度80 km開始產生等離子鞘套其RCS隨著高度降低呈現RCS增加和衰減段，這兩個階段均產生鞘套拖尾使目標散射質心產生偏移，有研究表明鈍錐體再入飛行器雷達回波主要來自于尾跡湍流散射[28]。對于滑翔飛行高超聲速目標其鞘套效應隨速度和目標高度快速變化，仿真及實驗室測試數據表明由于鞘套效應目標RCS起伏超過30 dB。

由于鞘套包覆目標本體識別和散射質心偏移使攔截和打擊效能下降，如何解決目標本體識別是一個亟待解決的技術難題，根據鞘套特性分析采用較高頻段具有穿透包覆鞘套層能力，但較高頻段的傳播衰減、耐候性和跟蹤資源消耗限制其大規模使用。分布式雷達利用空間分集可提高鞘套目標測量精度，且利用不同觀測視角的目標回波包絡起始輔助識別目標本體，但其解算的基本條件是高精度時間同步和同時空間共視，對于采用機掃體制或觀測方向固定雷達來說其空間分集得益較低。

(3) 隨著軌道再入滑翔超聲速和空天跨域打擊武器的發展，超過10 Ma高速目標的等離子鞘套效應對探測影響將會越來越近，而鞘套效應與目標速度、高動態緊密耦合，反鞘套探測也必須與高速、高動態目標檢測、跟蹤聯合處理。一是開展超聲速飛行器本體及繞流RCS特性、亞密湍流尾跡RCS和層流尾跡RCS特性仿真分析和試驗研究；二是開展針對鞘套拖尾散射質心偏移分析不同探測波形和調制方式降低和消除鞘套拖尾帶來的影響；三是針對鞘套色散和相移影響分析不同頻段、帶寬、脈寬、極化等參數和信號處理方法消除和降低影響。

3 臨空高超聲速目標預警探測體系技術

臨空高超聲速目標的高速度帶來戰場時空的巨大壓縮效應，顛覆了傳統戰場的時間、空間概念，其亞軌道飛行特性極大壓縮了預警探測體系的探測空間，多數學者對此開展了研究并提出一些建設性的發展思路[46-52]，其技術挑戰的本質是改變探測體系的覆蓋性、時效性和協同性，僅依靠提高和改善單項雷達技術和單裝探測性能不能從根本上解決問題。其實臨空高超聲速目標作為連接傳統空、天領域的新興作戰空間武器的出現，從某種程度上也倒逼探測體系的升級和發展。

解決反臨預警探測體系必須要解決哪些關鍵技術問題，是構建探測體系必須考慮的前提條件。對于亞軌道飛行目標要達到早期發現與告警，覆蓋性是首先要解決的重點問題，探測平臺升高是較好的選擇，從國外發展路線來看低軌衛星載探測載荷是一個選擇(本文不討論紅外探測技術)。針對低軌低成本衛星平臺雷達載荷探測臨空高超目標開展初步技術研究和性能仿真，初步仿真分析表明對低軌雷達載荷對高度20 km以上飛行的臨空高超目標可實現探測和短弧段跟蹤，如圖11所示，采用600 km軌道/低成本衛星平臺實現南北緯±30°/5 min重訪覆蓋需要180顆衛星，全球預警需要更多的衛星資源。星載平臺的重訪間隔降低了體系的覆蓋性和時效性，同時星載平臺探測跟蹤精度也不能直接支持空/地攔截武器打擊。平流層平臺具有長時滯空和遠程探測能力，但其長時間可提供能源不能滿足探測載荷的遠程探測能力，其全方位覆蓋不夠和抗毀性差是其弱點。空/天基預警廣域覆蓋能力是其突出優點，時效性和高精度是其弱點，地基雷達外延布置也是解決覆蓋性的一個較好路徑。

圖11 低軌雷達預警星座組網及協同探測系統仿真

天基預警可解決早期預警問題，但其時效性和跟蹤精度不能支撐攔截打擊要求，地基或空地聯合探測體系是反臨繞不過去的探測手段。反臨探測體系的時效性是支撐攔截打擊的重要因素，反臨防御最終目的是實現有效攔截打擊，預警探測體系作為OODA環中的重要環節不可或缺，持續監視、協同跟蹤和低時延處理是確保系統時效性的核心關鍵技術。持續監視跟蹤是保證時效性的基本前提，目標丟失或重新捕獲對體系時效性會帶來致命影響，持續監視跟蹤也保證了高速目標的檢測、跟蹤和高精度測量。電磁波的直線傳播特性要覆蓋類似“地殼”的臨空目標飛行曲面，必須采用“擬合”，而多雷達“有機銜接”是解決“擬合”的有效途徑，建立高置信度的持續監視跟蹤能力必須建設高廣度和高深度的協同探測體系，探測節點資源具有分布性、協同性和融合性的特點，其針對具有高速高機動目標的協同探測過程是一項復雜的系統工程。

仿真數據表明探測體系針對臨空高超目標其預警時間壓縮為一般戰斗機的1/10～1/15，如圖12所示。一般意義上的協同探測裝備間信息接力傳遞，重復區域截獲、跟蹤收斂、高精度測量等過程，不能滿足臨空高超目標的時空壓縮要求。

圖12 臨空高超目標速度-預警時間

參照國外主力探測裝備參數進行分析，以現有防空系統的數據率和反導系統的TAS工作方式，進行簡單的探測資源重組和聯合不滿足反臨預警要求[53-57]。依據國外典型的彈道預警系統信息傳遞鏈路來看，其早期預警雷達截獲跟蹤→精密測量跟蹤輸出一般占預警系統反擊1/3時間，對于中近程彈道導彈預警來說一般在3～5 min，而對于臨空高超聲速武器3～5 min基本完成主體攻擊過程，要求探測-跟蹤-打擊閉環一體化才能滿足反臨探測時效性的要求，反臨協同探測的高時效性決定其必須共享探測數據并形成協同跟蹤通道[57-60]，諸多學者研究認為必須建立網絡化協同探測體系才能滿足反臨防御作戰的需求[61-64]。分析表明，低時延處理是反臨系統成敗的關鍵，也是貫穿整個反臨體系最重要的要素，實現對低時延處理就是壓縮反臨體系各環節的時間消耗，除探測、跟蹤、識別外，低時延決策鏈和低時延閉環打擊鏈也是反臨體系的重要環節，但不在本文討論范圍內。

分析表明，從技術實現上針對高速高機動臨空目標的協同探測是一項系統工程，從裝備體系建設上需要重塑預警探測體系，重塑既不是推倒重來也不是簡單組合，如何重塑還是要回到臨空目標對探測體系技術挑戰的本質和根本問題，就是圍繞如何提升探測體系的覆蓋性、時效性和協同性。進一步分析表明，對于高速高機動臨空目標探測來說需要更高的協同性和聚合性，即需要建立按臨空目標飛行走廊進行探測資源聚合新的探測裝備協同模式，其體系架構不是雷達裝備按照一定方式的組合，而是首先構建一個網格體系架構，網絡節點是分布式網絡化雷達裝備，網絡化探測體系結構需滿足統一時空基準、統一數據處理、協同搜索跟蹤、全域共視探測等基本要求。其解決的主要問題有：一是分布式網絡化探測系統分布式協同探測，相鄰陣列協同工作，形成覆蓋目標飛行區的協同探測通道和協同跟蹤通道，基于一體化探測數據聯合處理，避免了多雷達間的多重截獲-跟蹤-識別數據傳遞，協同探測可以快速轉換為協同制導，極大壓縮了預警-跟蹤時間；二是分布式網絡化探測裝備的同時共視協同探測可實現系統的“空時頻能”多維資源聚合，提升整個網絡化探測體系的檢測/跟蹤能力，同時改善臨空高超目標的等離子鞘套效應和本體識別能力；三是探測裝備的蜂窩式協同和相鄰陣列協同工作，共享和聯合處理探測數據可推動生成覆蓋臨空目標飛行走廊的“探測云”，依據“探測云”可獲得探測體系的凝視/準凝視探測能力，得到精確的目標實時速度參數，建立四維(R、α、θ、ν)跟蹤濾波模型，可提升具有高階運動模型特征的臨空目標高精度跟蹤能力。

4 結束語

本文從臨空高超聲速目標特性帶來的全隱身特性、高動態特性和亞軌道特性出發，剖析雷達探測臨空目標的幾個關鍵技術并進行詳細分析，提出高速高機動目標檢測、高動態目標跟蹤和高精度測量及等離子鞘套效應是反臨預警需解決的主要技術問題，針對臨空高超目標的亞軌道特性和反臨高時效性需求，提出必須建立探測-跟蹤-打擊閉環一體化的預警探測體系，針對關鍵技術和探測體系建設給出技術路徑和發展建議。高超聲速目標給預警探測體系帶來的技術挑戰是全方位的，防御和反擊臨空高超聲速目標是一個系統工程，雷達是整個防御反擊鏈中重要的一環，雷達探測高超聲速目標技術難點專業跨度大、技術難度高，目前取得的一些技術成果還缺乏充分的實際數據檢驗，需要各領域各專業的聯合技術攻關，相關技術難題還需要開展大量的探索性研究工作。