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第14章 跟踪雷达(5)

(4)无人机载系统。战场无人侦察机常为小型无人机。该机体积小,红外线和雷达很难发现,但载荷空间和重量有限,所以传统所载的侦察传感器主要为照相、CCD或IR等光学成像设备,这些侦察画面有较高的分辨力,但受天时和气候条件严重限制。适应全天候工作的无人机载战场侦察雷达系统,不但避免了飞行人员的伤亡,并可逼近战场前沿或深入敌区侦察,从而克服了敌军利用山坡地形特征隐蔽部队的观察死角。机载雷达采用动目标显示和合成孔径雷达两种体制,既可对战场关注的局部区域进行动目标探测和跟踪定位,还能以合成孔径雷达模式对固定目标进行成像识别。探测距离可达几十公里,分辨力为1米左右。142

机载战场侦察雷达系统因载机平台类型不同,在机载设备量、雷达体制、功能/性能和战术应用方面也有一定区别,但基本组成可概括为两大部分:空中系统部分和车载地面站系统。空中部分包含载机、机载雷达、计算机及数据记录设备、空地通信设备、显示控制操纵台、电子侦察及干扰设备以及全球卫星导航系统/惯性导航系统等。车载地面站用来接收、处理和转发机载雷达提供的目标数据信息,并向载机提供侦察任务请求。

载机。载机是机载战场侦察雷达升空不可缺少的平台,载机性能对侦察雷达的正常工作、最大威力的发挥以及战术任务的执行等直接起制约作用:如飞行高度和续航时间会影响雷达的探测距离和侦察监视的覆盖区域;飞行速度和航程会影响远区的部署速度;飞行稳定性会影响雷达的检测性能和工作模式;载机可允许负荷空间和重量又会制约机载雷达设备的重量和尺寸等。机载远程战场侦察雷达的主要平台是固定翼飞机。143

雷达。作为战场侦察、监视、目标指示的主要信息传感器,机载远程战场侦察雷达应具有以下基本战术功能:宽域远距离(100千米以上)探测和跟踪敌方地面、海面和低空运动目标,查明敌前沿和后续部队的作战动态;通过实时高分辨力合成孔径/逆合成孔径雷达成像,查明敌前线和后方的固定军事设施、火力基地及部队集结部位;实时完成雷达原始数据的处理,形成战区敌我态势图,对重点目标进行跟踪、定位,并经通信数据链把信息分发给地面站,供机上或地面站指挥员使用;执行空中战场侦察情报综合中心和指挥控制中心的任务,实时引导己方空中和地面力量实施攻击,并实时地评估攻击效果。

车载地面站。地面站的设备量和功能根据空中监视平台的不同有较大差别,无人或小型机因载重量和空间有限,因此把部分设备从空中平台移向地面站。一般来说,地面站是一个战术数据处理、评估、信息分发和指挥控制中心,它需通过双向数据链接收、处理由空中监视平台传送来的图像和目标信息,并将它们存储在大容量的存储器内,同时使其他传感器传来的数据通过数据融合处理形成战场数据,显示在工作站的彩色光栅显示屏幕上供操作员和指挥员使用,并通过通信系统把数据传送给其他用户,或根据指挥员的意图通过通信链向机上人员传达新的作战计划(包括侦察区域和工作模式要求等)。144

JSTARS是一个功能完善的地面战场综合管理系统(GSM),是当代机载远程战场侦察雷达的代表性产品,JSTARS系统除了完成雷达本身的任务外,还要起指挥、控制、武器定位、战场监视、信息数据融合和分发作用。

四、关键技术及发展前景

机载远程战场侦察雷达是一种高技术全相参脉冲多普勒多模雷达,它的主要关键技术有:多模低副辦宽角扫描相控阵天线;高品质频率源;实时高分辨力合成孔径雷达成像;强地物杂波抑制;地面慢速动目标检测;目标跟踪和航迹建立;图像识别;系统软件设计;宽带保密数据通信;多传感器信息融合;机载环境下的电磁兼容设计。

经过海湾战争和在前南斯拉夫波斯尼亚地区维和活动方面的应用表明,机载远程战场侦察雷达已被公认为是夺取地面(或海面)战争主动权的重要军事装备,是近年来军用雷达发展中最活跃的一个领域。同时工作的地面动目标显示/合成孔径雷达或具有动目标成像能力的合成孔径雷达,将成为今后空中侦察、监视、火控等机载雷达的标准模式。今后除了对现有系统及时作改进外,在新系统的研究开发上注重廉价、小型和适合多种平台用的模块化式的多功能雷达。

直升机机载雷达

机载雷达是装在飞机上的各种雷达的总称。主要用于控制和制导武器,实施空中警戒、侦察,保障准确航行和飞行安全。机载雷达的基本原理和组成与其他军用雷达相同,其特点是:一般都有天线平台稳定系统或数据稳定装置;通常采用3厘米以下的波段;体积小,重量轻;具有良好的防震性能。

一、概况

直升机机载雷达按使用场合可分为陆用型和海用型。陆用型直升机机载雷达主要用于战场侦察,直升机机载战场侦察雷达已成为陆军C3I系统中重要的信息获取手段,发展方向是雷达、红外与通信的高度集成和系统综合,以及地面动目标检测和战场高分辨成像技术的应用。海用型直升机机载雷达,主要用于海面战术态势显示,潜艇通气管、潜望镜的探测,海面舰船目标检测,反舰导弹超视距攻击的中继目标指示和中继制导以及直升机预警。海用雷达发展对空功能、采用先进的相控阵技术,全面提升直升机预警的功能和性能以及实现系统综合,是直升机机载雷达的发展趋势。145146

二、优点及功能

舰载直升机雷达具有以下主要优点:

舰载直升机雷达易于在前沿阵地布置,可随舰艇出动,能获得较长的预警时间;

机载雷达比舰载雷达视距大,对探测水面目标来说,扩大了监视海域的范围;

舰载预警直升机能提前发现低空入侵的飞机,弥补舰载雷达因为视距的原因,不能在中远距离上发现低空入侵飞机的缺陷,为舰艇防卫赢得了较多的准备时间;

作为舰舰导弹攻击来说,机载雷达可跨接在敌我舰艇中间,不仅能提早截获、跟踪敌舰,确定攻击目标,帮助导弹瞄准,提高导弹攻击的命中率,而且还能观测导弹攻击的效果;

机载反潜雷达是反潜艇的重要装备,反潜飞机能迅速接近潜艇,进行反潜攻击,还能灵活地避开敌人的攻击;

机载雷达可对大海域、纵深地带进行搜索侦察,为指挥员制定作战方案提供信息;

舰载直升机机载雷达,广泛使用于没有实力装备大型预警机的中小国家,是中小国家扩大海洋预警范围的低成本的首选装备。

国外的舰载机分为固定翼飞机和直升机两种,由于各国舰载平台的装载能力和作战策略不同,所以在机载雷达平台种类的选用上也各有侧重,如对机载预警雷达平台的选用,美国因航空母舰多,所以大多采用装有高性能雷达的大型固定翼飞机,如E-]B、E-2C海上预警机;而英国在马岛战争前既没有海上预警机,也没有警戒机,但因马岛战争初期的巨大损失,在“猎迷”预警机不能使用的情况下被迫采取紧急措施,于1982年6月开始仅用8周半时间就将“搜水”海上监视雷达加装到了“SH-3海王”直升机上,作为应急预警机。

由于直升机加装雷达投资少,见效快,简便易行,而且可借助载舰扩大监视、警戒能力,所以海用直升机机载雷达在中小国家得到了足够的重视,如法国ThalesAirbomeSystems(原汤姆逊-CSF公司)研制的直升机警戒雷达ORB32系列雷达,英国莱卡雷达防御系统公司(原ThotnEMI公司)研制成功的Searchwatet雷达。

受直升机平台(尤其是舰载直升机)体积、重量和机上初级电源容量的限制,机载雷达通常以一两种功能为主,兼顾其他功能;雷达作用距离中等;为减小天线尺寸,雷达频率大多数选用X频段;天线安装主要考虑前视和下视。

随着技术的进步,信号处理能力的提高,舰载直升机机载雷达向系统综合、多功能、大威力的方向发展。雷达技术的长足进步也在一定程度上减小了直升机平台的局限性。

三、技术特点

舰载直升机雷达探测的重点目标是海面运动或静止的舰艇、潜艇及潜艇露出海面的潜望镜和通气孔,探测的背景是复杂多变的海面,因而舰载直升机雷达的主要技术特点是:

①海杂波抑制和探测小目标

对于舰载直升机雷达,海杂波和海岸地杂波会降低其对目标,特别是对小目标的检测能力,因此,除了采用频率捷变技术和低副辦天线来减小地面和海面杂波影响外,还必须重点提高距离分辨力和方位分辨力。由于载机不允许雷达天线水平口径做得过大,雷达方位分辨力受到限制,因而多数舰载直升机雷达采用宽带、超宽带信号。

②大动态范围接收机

雷达目标截面积范围大,大的有上万平方米,而小目标只有1米左右,所以雷达接收机应具有大动态范围信号处理能力,接收机的动态范围需在90分贝以上。

③高天线转速与变天线转速

舰载直升机雷达天线转速较地面雷达高得多,而且因任务不同而对转速有不同的要求。如果为了在高海情时有效地探测近距离小目标及反海浪干扰,就要求雷达天线转速高;如果搜索远距离目标,由于海杂波影响较小,雷达天线则采用低转速,增加每次扫过目标的回波数,以提高雷达的探测能力。例如,美国的AN/APS-134雷达,在反潜工作状态下,雷达天线转速为150转/分;对远距离搜索和导航工作状态,雷达天线转速为6转/分。

④频率捷变

频率捷变有随机型和正弦型两种,它可提高雷达抗干扰能力。在高海情时,频率捷变能有效地抑制海杂波,提高信杂比。这种技术措施已成为舰载直升机雷达的必备技术。

⑤多目标跟踪

舰舰、空舰导弹攻击已成为当前战争的主要进攻手段,目标指示和导弹制导也就成了舰载直升机雷达的重要功能。因此,雷达应具有多目标处理和跟踪能力以及较高的测量精度。

⑥多种信号形式147

多种脉冲信号形式是舰载直升机雷达的一大特点。窄脉冲能提高距离分辨力、减小距离波门内的杂波强度和在强海杂波下有效地探测近距离小目标。探测远距离目标时,应采用时宽较大的脉冲压缩信号。在跟踪目标过程中,采用宽带脉冲压缩技术来获得极窄脉冲信号(毫微秒量级),这种脉冲信号可用于识别舰艇的类型,如ShortHorn雷达脉冲信号的宽度有0.01μs、0.4μs和1.8μs等多种。

⑦相参体制

雷达应以全相参数字锁相环作频率源,采用主振放大式栅控行波管发射机的收发相参体制。该体制具有先进性和灵活性,特别是能方便地提供各种工作方式所需的多信号波形。

⑧ 恒虚警处理技术

当海杂波干扰和敌方人为干扰强度比内部噪声高得多时,雷达检测虚警率将大大增加,致使大量虚假目标被录取,从而造成计算机过载饱和。为了保持原有虚警率,必须提高检测门限,这将导致信噪比损失。恒虚警率(CFAR)是一种自适应门限检测方法,它能随输入信号强弱自动调整检测门限,以保持恒定的虚警。因此,恒虚警率在直升机机载雷达中已成为提高抗于扰性能的一个重要组成部分。

需求的牵引,使得舰载直升机机载雷达不仅要求在海杂波背景下探测海面舰船目标,而且要求雷达具有在海杂波背景下探测低空的飞机目标,包括掠海飞行的导弹。因此,雷达抗海杂波干扰能力、小目标的检测能力和多功能(反潜、反舰、预警、气象)的技术特点就更为鲜明。

超视距雷达工作原理

超视距雷达工作在短波波段,它利用电磁波在电离层与地面之间的反射和电磁波沿地球表面的绕射(TH)传输高频能量,从而可探测到常规雷达无法探测到超远距离目标,其作用距离不受地球曲率限制。

一、概述

美国空军和海军在20世纪50年代研制的“梯皮”后向散射超视距雷达成为美国后来发展的许多超视距雷达的基础。到了60年代,美国海军研究实验室研制成作用距离达900~4000千米的“麦德雷”高频超视距雷达,首先向人们证明了超视距雷达的能力,其中包括对低空飞机、弹道导弹和水面舰艇的探测能力。148

二、种类

随着世界反雷达技术的日益进步和发展,超视距雷达在现代防空体系中的作用就显得越来越突出。超视距雷达作为对地地导弹、轨道武器和战略轰炸机的早期预警手段之一,可在洲际导弹发射后1分钟发现目标,3分钟提供预警信息,预警时间为30分钟。超视距雷达在警戒低空、超低空突防的飞机,巡航导弹和水面舰艇时,可在200~400千米的距离内捕获目标。与微波雷达相比,对空中目标的预警时间提高了5~10倍,对水面目标的预警时间提高了30~50倍。

电波传播的主要方式有如下四种。

(一)表面波传播。表面波传播时电波沿地球表面传播,传播路径是弯曲的,因而无视距的限制,雷达可以利用这种传播方式观测视距以外的目标,常称为地波超视距雷达。

(二)对流层传播。对流层的高度通常在100千米以下,电波在对流层中传播路径是直线,因而观测低空目标时有视距限制,常规微波雷达主要采用对流层传播方式。

(三)电离层传播。超视距雷达一般工作在短波波段,而短波一般是难以穿过电离层的,往往碰到电离层,就会折回地面,遇到目标时,经散射后的一部分能量沿原路径返回,且被设在同一处或相隔不远的接收机所接收。这种利用电离层折射效应观测视距以外目标的雷达,常称为天波超视距雷达。

(四)散射传播。由于大气或电离层的不均匀性,电磁波被散射,散射效应可用于通信或气象雷达中。

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