提升岸基對海雷達綜合效能的幾點思考

葉顯武

(海裝上海局駐南京地區第二軍事代表室,南京 211153)

0 引 言

對雷達綜合效能的定義和內涵界定目前有不同的關注角度和描述方式[1],相關研究的重點集中于雷達的探測效能和復雜電磁環境適應性[2-3],而對人機結合和戰場生存等關注較少。

本文從實際作戰使用需求出發,將雷達綜合效能定義為雷達完成使命任務所需多種能力的滿足程度,包括探測效能和作戰適用性兩個部分:探測效能主要指雷達搜索跟蹤、目標識別、情報處理等方面的功能性能;作戰適用性主要指雷達人機結合和適應戰場的能力。岸基對海雷達的主要使命任務是及時發現、穩定跟蹤、正確識別海面不同尺度和運動特征的目標,同時兼顧低空目標探測,及時完成重點目標信息的錄取上報,其綜合效能即該型雷達完成該使命任務所需的探測效能和作戰適用性的滿足程度。具體而言,岸基對海雷達的探測效能主要指對海目標的探測識別能力、對低空目標的探測識別能力和情報顯控處理能力,作戰適用性主要指人機交互等作戰使用適用性、自然和對抗環境下的作戰環境適用性和維修保障等作戰保障適用性。

隨著器件、算法和通用計算平臺等軟硬件技術的快速迭代升級,岸基對海雷達正在向數字化、智能化和集成化方向發展,取得了長足的進步,但和實際作戰使用需求相比,岸基對海雷達效能在某些方面還存在一些不足,如自動錄取、目標識別、探測能力評估和戰場生存能力等,需要改進提高。

1 探測效能

1.1 自動錄取

岸基對海雷達通常架設在海邊高處,重點探測視距以內的海面和低空目標,這種部署場景給雷達探測帶來了較大的難度,主要表現為以下兩方面:

一是近海往往有大量的漁船、商船等民用目標,這些目標尺度相差大、運動速度快慢不一,再加上不同海情下海雜波的影響,要在這樣的背景條件下及時發現、穩定跟蹤和正確識別軍船等重點目標,難度很大;

二是雷達架設在海邊,處于岸海交接處,岸邊的建筑、植被等地物和近海的錨地、養殖場、島嶼等給雷達探測增加了難度。特別是近年來,海上風電場快速發展,在沿海布設的點位和面積持續快速增加,給雷達探測增加了新的不利因素。

為了在這樣的復雜環境下有效探測目標,岸基雷達一般采取自動和人工相結合的目標錄取方式,由操作人員根據視頻回波完成航跡起始和過程補點,其他工作由雷達自動完成。這種工作方式對操作人員的經驗和操作水平提出了很高的要求。在某些近海海域,雷達探測范圍內常常有數百批大小不同的目標,包括停泊、切向行駛、航跡交叉、航跡遮擋等多種復雜情形,要求操作人員在真假目標回波信號密集的顯控終端,及時發現和錄取新出現目標、正確處理航跡交叉時的混批和航跡遮擋時的跟蹤不連續等問題,難度很大。即使是經過嚴格訓練、具備長期操作經驗的操作人員,也難免出現發現不及時、處置不當等問題,導致探測效果受影響。而且,這種工作方式要求操作人員始終保持非常專注的狀態,精神高度集中,手眼密切配合,工作負荷很重,容易因疲勞影響長時間工作的質量。

少人化乃至無人化是雷達發展的重要方向,自動錄取是實現這個目標的前提之一。事實上,導航雷達因為其特定的使用場景,早已實現了無人值守。實現自動錄取的關鍵是要解決好3個問題:雜波抑制、雜波剩余中目標的正確發現以及目標穩定跟蹤。其中第一個問題和雷達軟硬件都密切相關,硬件上需要選擇適當的工作頻段、極化方式、波束寬度、信號帶寬等,軟件上需要根據雜波特征采取適當的信號形式和處理方式[4]。雜波抑制得越好,后續的目標發現和跟蹤就越容易做好。第二、第三個問題主要和雷達軟件算法有關,關鍵是解決好剩余雜波中的真假目標回波分辨問題,以降低虛警率和誤相關率。

對于岸基對海雷達而言,要解決好上述問題,除了常規手段外,還應該充分利用一個重要的有利條件,就是該類型雷達都架設在固定地點、觀測的是固定海域。這意味著雷達所面對的地理環境、氣象水文環境和部分目標的特征一定程度上是已知的,可以更精確地統計獲取海雜波和氣象雜波特征等信息,以完善相關算法。出于狀態控制的考慮,架設在不同地點的同型號岸基對海雷達的軟硬件狀態往往都要求一致,但也可以考慮根據各架設點情況,從軟件上做精細化的適配工作,實現更好的探測效果。人工智能技術也可用于改進自動錄取水平,文獻[5]、[6]將航跡起始問題轉換為真假航跡的二分類問題,應用卷積神經網絡和深度學習方法,提高了航跡起始概率,并降低了虛警率。

1.2 目標識別

岸基對海雷達雖然需要全面掌握任務海域的目標態勢,但核心任務是及時發現和穩定跟蹤重要敏感目標以支持作戰決策,因而在同時存在的數百批目標中正確識別該類型目標至關重要。岸基對海雷達的目標識別一般采用內外部信息結合進行綜合識別:外部信息包括AIS信息、IFF信息、電子偵察信息、外部通報信息、光電圖像信息等;內部信息包括窄帶回波信息、寬帶一維距離像信息等。利用這種識別方式,平時可以識別大部分目標類型,但并不能完全滿足任務要求,原因主要有3點:一是重要敏感目標往往缺少AIS、IFF等外部信息;二是窄帶回波信息量有限,只能用于粗分類或輔助識別;三是寬帶一維距離像信息受到數據庫和分類算法的制約,識別正確率存在不確定性。另外,有些雷達的目標識別仍采用手動、逐個識別的方式,效率低,容易忽略重要敏感目標。

正確識別目標是作戰決策的重要前提,也是岸基對海雷達需要重點提升的方面之一。提高識別正確率的途徑不外乎兩個:一是增加識別可利用的信息來源和質量;二是提高利用信息進行識別的水平。對于重要敏感目標,AIS、IFF等對方配合信息往往不可得或不可信,只能依靠增加主被動探測手段增加識別信息來源,如電子偵察、通信偵察和光電探測信息等。但光電探測受環境影響大、探測距離受限,電子偵察和通信偵察信息只有在對方電子裝備工作時才有可能獲取,都存在比較大的不確定性。能夠由我方控制的主要識別信息來源是窄帶回波信息和寬帶一維距離像,獲取和利用好這些信息是提高岸基對海雷達敏感目標識別能力的關鍵,其他信息可作為輔助識別信息。

目前,雷達目標識別有基于回波起伏和調制譜特征、基于極點分布特征、基于高分辨力雷達成像特征和基于極化特征的多種目標識別技術[7],基本識別流程一般由特征信號提取、特征空間變換和分類器等組成[8],識別正確率最高可達到90%以上。但由于岸基對海雷達的目標識別是要從海上各種艦船目標中識別出其具體類型,上述識別技術中可能只有高分辨力雷達成像特征技術最適用,窄帶回波信息只能用于提供輔助識別。

此外,由于岸基對海雷達固定架設,目前基于ISAR二維圖像進行目標識別的技術尚不成熟,比較可行的是利用寬帶一維像進行目標識別。常用的寬帶一維像目標識別方法主要有相關濾波方法、模糊模式識別方法、神經網絡識別方法、支持向量機識別方法和數據融合方法等[9-10],目前發展最快的是利用深度學習和卷積神經網絡進行目標識別[11-12],已經具有很好的識別正確率,可考慮將其嘗試應用于岸基對海雷達的目標識別。利用一維距離像進行目標識別要解決的另一個重要問題就是識別和作戰過程的結合。最理想的情況是對每一個探測發現的目標都進行識別,但形成一維距離像需要特殊的信號形式和工作方式,會占用雷達資源,需要權衡對雷達其他性能造成的影響。解決這個問題的途徑有兩個:一是雷達設置單獨的用于目標識別的寬帶硬件通道和處理通道,與目標探測獨立,協同工作互不影響;二是按照一定的準則對已發現目標進行粗分類或威脅判斷后,只針對重點目標進行一維距離像識別。無論采用哪種方式,識別都應該自動進行,并及時標識識別結果,提示識別出的敏感目標。

2 作戰適用性

2.1 作戰使用適用性

與技術說明書給出的典型場景下的戰技指標相比,雷達對特定目標的探測能力受內外部多種因素影響:內部影響因素主要有輻射功率、天線增益和接收靈敏度等,外部影響因素主要有氣象、水文和干擾等。這些因素的組合變化可能造成雷達探測性能發生顯著變化,特別是當出現嚴重的電磁干擾和大氣波導等特殊情形時,雷達的探測能力可能和正常水平有數量級的差別。及時獲取這些影響因素,并通過分析處理,讓指揮員和操作員動態、準確地掌握雷達當前的探測能力,對岸基對海雷達的作戰使用有重要意義。

內部影響因素可以通過雷達的BIT功能來獲取,外部影響因素的獲取有兩種途徑:一是可以通過雷達自身感知,如外部干擾信息;二是通過外部渠道獲取,如氣象水文信息。獲取這些內外部信息后,可以基于雷達探測性能評估模型,通過計算和校準預測雷達針對各類目標的探測性能[13]。對于岸基對海雷達,還有一個很方便有效的方法預測雷達當前的探測性能,就是利用探測范圍內的固定目標,如島嶼、燈塔等。可以利用固定目標已知的位置信息,校正雷達的距離、方位精度,還可以結合距離和信噪比信息預測雷達的威力。

為了更好地支持作戰使用,雷達的能力預測應該與作戰使用流程密切配合,支持預警探測方案制定、預警探測資源調度、顯示控制等環節工作高效開展。

2.2 作戰環境適應性

復雜電磁環境是電子裝備實戰必須面對的考驗,為了提高實戰背景下的作戰效能,岸基對海雷達必須具備良好的干擾感知和對抗能力。

除了在單裝層面采取反異步、頻率捷變、窄脈沖剔除、副瓣匿影等常規抗干擾措施外,重點要加強體系層面的措施,如利用電子偵察信息輔助雷達頻率捷變,利用不同頻段雷達協同工作增加對方偵察難度、降低干擾功率密度,利用多源信息融合提高目標發現概率、改善跟蹤連續性,利用干擾源測角和多點交叉定位進行目標跟蹤等。這些措施要求多方協同,對作戰指揮、資源調度、信息處理等有較高的要求,必須通過試驗探索建立協同流程,并模擬實戰對抗場景反復演練進行改進完善,才能在實戰時有效運用。

岸基對海雷達因為長年架設在固定地點,其位置信息很可能已被敵方事前掌握,戰時面臨的生存威脅巨大,其中主要威脅是反輻射導彈攻擊和無人機自殺式攻擊。對于反輻射導彈,誘餌是對抗的有效手段。戰時應為岸基對海雷達配備并正確布設仿真度高的主動誘餌[14-15],與雷達協同工作,誘使來襲導彈襲擊錯誤目標,保護高價值雷達目標。無人機自殺式攻擊隱蔽性強、成本低,發現和對抗難度大,是對海雷達實戰面臨的最大生存威脅。雖然岸基對海雷達的主要探測對象為海面目標,但為了對抗反輻射導彈和無人機的攻擊,應重視并提高對該類型目標的探測跟蹤能力,并通過自身采取誘偏、靜默、干擾等措施進行應對,及時將相關信息上報,從體系層面采取對抗措施。

3 結束語

岸基對海雷達是海戰場預警探測體系的最后端,是海戰場預警探測體系的重要組成部分,從實戰角度審視發現和持續改進其效能的薄弱環節,具有重要的現實意義。除了通常關注的雷達探測發現能力外,尤其要關注平時如何在眾多目標中識別發現敏感目標,在戰時如何適應復雜對抗環境并提高生存能力。只有解決好這兩個問題,岸基對海雷達才能完成好自己承擔的使命任務。