劉建言，艾俊強(qiáng)，王 健

(中國(guó)航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710089)

反隱身預(yù)警雷達(dá)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與新技術(shù)*

劉建言*，艾俊強(qiáng)，王 健

(中國(guó)航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710089)

預(yù)警雷達(dá)一直是戰(zhàn)場(chǎng)防空和國(guó)土防御的基本裝備之一，而隱身飛行器的出現(xiàn)迫使現(xiàn)代預(yù)警雷達(dá)必須提高其反隱身能力。首先從雷達(dá)的工作頻率、目標(biāo)的極化信息和非后向散射特性剖析了現(xiàn)代預(yù)警雷達(dá)的反隱身關(guān)鍵技術(shù)，然后根據(jù)不同的雷達(dá)體制對(duì)典型反隱身預(yù)警雷達(dá)進(jìn)行分類綜述，最后總結(jié)了多輸入多輸出、低截獲概率、太赫茲超寬帶、微波光子相控陣、第三代半導(dǎo)體和基于數(shù)學(xué)模型的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等新技術(shù)的特點(diǎn)和難點(diǎn)，并展望了反隱身預(yù)警雷達(dá)需進(jìn)一步研究的方向，以期為反隱身預(yù)警雷達(dá)相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供一定的幫助和參考。

預(yù)警雷達(dá)；反隱身；有源相控陣；無(wú)源雷達(dá)；新技術(shù)

1 引 言

預(yù)警雷達(dá)是現(xiàn)代防空系統(tǒng)的重要組成部分，能夠?qū)﹄[身飛行器和彈道導(dǎo)彈等先進(jìn)武器平臺(tái)進(jìn)行定位、識(shí)別與跟蹤，是現(xiàn)代防空系統(tǒng)探測(cè)空中目標(biāo)的重要手段。近年來(lái)的多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)或沖突，美軍總是以干擾或摧毀對(duì)方的預(yù)警雷達(dá)為先導(dǎo)，然后進(jìn)行大規(guī)模的空中作戰(zhàn)和地面攻擊。在最近一次的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美英聯(lián)軍發(fā)動(dòng)“斬首”和“震懾”大規(guī)模空襲和地面攻勢(shì)，在短短數(shù)天的時(shí)間摧毀了伊境內(nèi)大部分預(yù)警系統(tǒng)，從而贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的制空權(quán)，由此預(yù)警雷達(dá)在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中的地位可見一斑。

可追溯的預(yù)警雷達(dá)起源于第二次世界大戰(zhàn)的低頻短波雷達(dá)，但是其作用距離短，分辨率和測(cè)量精度低，信號(hào)處理能力差，因此各國(guó)開始競(jìng)相研制頻段更高的預(yù)警雷達(dá)，預(yù)警頻段也從短波向微波發(fā)展?，F(xiàn)代航空宇航技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)預(yù)警雷達(dá)提出了遠(yuǎn)距離、多目標(biāo)、高精度、高分辨力和抗干擾等諸多要求，特別是隱身飛行器的出現(xiàn)對(duì)其提出了更加嚴(yán)苛的要求。近年來(lái)，電子與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代預(yù)警雷達(dá)的反隱身提供了更多實(shí)現(xiàn)途徑。

本文第2節(jié)根據(jù)隱身目標(biāo)的特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)代預(yù)警雷達(dá)的反隱身關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，第3節(jié)根據(jù)雷達(dá)體制論述了有源相控陣?yán)走_(dá)和無(wú)源雷達(dá)的特點(diǎn)和發(fā)展動(dòng)態(tài)，第4節(jié)歸納總結(jié)反隱身預(yù)警雷達(dá)的部分新技術(shù)，最后歸納目前存在的問題同時(shí)展望進(jìn)一步的研究方向。

2 預(yù)警雷達(dá)的反隱身關(guān)鍵技術(shù)

隱身飛行器極低的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)能夠延緩預(yù)警雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)時(shí)間，縮小它的探測(cè)距離并且迫使其提高發(fā)射功率從而增強(qiáng)己方電子偵察系統(tǒng)的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)[1]。圖1展示了幾款典型反隱身預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)距離與目標(biāo)RCS的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從中可以看出目標(biāo)的RCS越低，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)探測(cè)距離就越大。目標(biāo)的RCS與預(yù)警雷達(dá)的工作頻率、極化方式和部署樣式緊密相關(guān)。

圖1 雷達(dá)探測(cè)距離與目標(biāo)RCS關(guān)系Fig.1 Relationship between radar detection range and RCS

2.1 優(yōu)選雷達(dá)的工作頻率

目標(biāo)的隱身特性對(duì)電磁波頻率十分敏感，目標(biāo)在光學(xué)區(qū)的隱身性能往往優(yōu)于瑞利區(qū)，而在諧振區(qū)的目標(biāo)RCS隨電磁波頻率劇烈變化，因此預(yù)警雷達(dá)工作頻率的選擇對(duì)其探測(cè)性能具有重要影響。

從表1可以看出，在不考慮俯仰角的情況下，垂直極化時(shí)某典型隱身飛行器[2]在300 MHz和1 GHz的頭向RCS均值相差達(dá)到14 dB。這說明通過頻點(diǎn)的優(yōu)選，可以使預(yù)警雷達(dá)的作用距離增大約93%[3]。當(dāng)目標(biāo)處于諧振區(qū)時(shí)，目標(biāo)散射信號(hào)由諸多諧振分量組成，并且目標(biāo)諧振頻率(極點(diǎn))不隨方位變化，這為預(yù)警雷達(dá)的頻率優(yōu)選提供了理論可能。

表1 某典型隱身飛行器的方位RCSTab.1 Orientation RCS of a stealth aircraft

圖2展示了某典型隱身飛行器水平極化的高低頻RCS，可以看出在絕大多數(shù)角域內(nèi)，該目標(biāo)的低頻RCS要高于高頻RCS，這是因?yàn)榈皖l雷達(dá)波波長(zhǎng)更接近于目標(biāo)的幾何尺寸，因此更容易使目標(biāo)在波峰產(chǎn)生諧振。實(shí)際上，很多目標(biāo)也滿足類似規(guī)律。頻域反隱身的關(guān)鍵在于尋找合適的頻點(diǎn)使目標(biāo)在波峰產(chǎn)生諧振。通過自適應(yīng)選頻，可以從目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇目標(biāo)的諧振頻率作為預(yù)警雷達(dá)當(dāng)前的工作頻率，然而目前構(gòu)造目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)還存在諸多挑戰(zhàn)[4]。

圖2 某典型隱身飛行器的高低頻RCSFig.2 High and low frequency RCS of a stealth aircraft

2.2 挖掘目標(biāo)的極化信息

與頻率、幅值和相位一樣，信號(hào)的極化狀態(tài)也是表征其屬性的重要參數(shù)。目標(biāo)的隱身特性是針對(duì)特定極化狀態(tài)的雷達(dá)波而言的，而絕大多數(shù)預(yù)警雷達(dá)的極化方式是單一不變的。

圖3展示了采用隱身措施前后垂直極化和水平極化的目標(biāo)RCS，其中目標(biāo)是菱形翼，翼尖處翼型尺寸很小，可近似為一個(gè)點(diǎn)，隱身措施是減小翼根處翼型的前緣半徑。從圖3可以看出，當(dāng)采用隱身措施后，目標(biāo)的RCS在垂直極化時(shí)下降多，水平極化時(shí)下降少。事實(shí)上，很多目標(biāo)也滿足類似規(guī)律。

(a)垂直極化

(b)水平極化圖3 采用隱身措施前后目標(biāo)的垂直和水平極化RCSFig.3 Vertical and horizontal polarization RCS of the target before and after adopting stealth measure

2.3 利用目標(biāo)的非后向散射

與傳統(tǒng)目標(biāo)相比，隱身目標(biāo)的后向RCS下降多，雙站RCS下降少，前向RCS基本不下降，因此可以利用目標(biāo)的非后向散射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的反隱身，也稱空域反隱身。圖4展示了1.12 GHz水平極化無(wú)俯仰時(shí)某典型隱身飛行器的單站后向散射RCS與雙站非后向散射RCS，其中紅線是雷達(dá)發(fā)射機(jī)置于飛行器正前方，雷達(dá)接收機(jī)分別置于不同方位角時(shí)的RCS(雙站非后向散射RCS)，藍(lán)線是雷達(dá)發(fā)射機(jī)置于飛行器正前方，以雷達(dá)接收機(jī)置于飛行器正前方時(shí)RCS(單站后向散射RCS)為半徑的圓。通過比較可以看出當(dāng)發(fā)射機(jī)置于飛行器正前方時(shí)，該隱身飛行器在絕大多數(shù)扇區(qū)內(nèi)的雙站非后向散射RCS均超過其單站后向散射RCS。

圖4 某典型隱身飛行器的雙站RCSFig.4 Biostatic RCS of a typical stealth aircraft

3 反隱身預(yù)警雷達(dá)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

從天線體制來(lái)看，預(yù)警雷達(dá)主要經(jīng)歷了二坐標(biāo)雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)、相控陣及基于相控陣技術(shù)的新型天線陣列雷達(dá)和無(wú)源雷達(dá)等階段；從掃描體制來(lái)看，預(yù)警雷達(dá)主要經(jīng)歷了機(jī)械掃描、機(jī)相掃結(jié)合和全固態(tài)有源相掃等階段[5]。表2列出了部分典型預(yù)警雷達(dá)體制的特點(diǎn)及適用范圍。

表2 部分雷達(dá)體制的特點(diǎn)及適用范圍Tab.2 Characteristics and application ranges of some radar systems

3.1 有源相控陣?yán)走_(dá)

有源相控陣?yán)走_(dá)的顯著特點(diǎn)是它的每個(gè)輻射單元都裝備收發(fā)組件，具備波束掃描快、波形變化靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功率孔徑積大和易于全固態(tài)化等特點(diǎn)[6]。

3.1.1 先進(jìn)米波雷達(dá)

由俄羅斯諾夫哥羅德無(wú)線電工程研究所(NNIIRT)研制的米波三坐標(biāo)雷達(dá)Nebo-UE由一個(gè)水平天線和測(cè)高天線組合而成，采用兩個(gè)扇形波束而非筆形波束實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)的測(cè)量，因此其不能稱之為嚴(yán)格意義上的現(xiàn)代三坐標(biāo)雷達(dá)體制，并且依舊存在傳統(tǒng)米波雷達(dá)的缺陷。Nebo系列米波三坐標(biāo)雷達(dá)的后續(xù)型號(hào)主要包括Nebo-SVU、Nebo-M、Nebo-ME和最新型的Nebo-UME[7]，它們都是有源相控陣體制。其中Nebo-UME采用3種天線：有源相控陣天線用于俯仰角范圍的掃描，測(cè)距VHF天線用于監(jiān)視模式，測(cè)高L天線用于監(jiān)視、精確跟蹤以及目標(biāo)坐標(biāo)分布的測(cè)量[8]。由此可以推測(cè)Nebo-UME雖然采用了有源相控陣體制，但米波測(cè)高問題并未完全解決，仍需要其他輔助測(cè)高手段。

3.1.2 新型X頻段預(yù)警雷達(dá)

為了對(duì)陸基中段防御系統(tǒng)提供識(shí)別支持，美國(guó)不斷增加超遠(yuǎn)程大型X頻段陸基雷達(dá)(Ground-based Radar，GBR)的研制預(yù)算[9]。GBR可以發(fā)射和接收一個(gè)很窄的波束，絕大部分能量都集中在主波束中。GBR擁有非常多的收發(fā)組件，可以提高目標(biāo)的跟蹤精度，但卻犧牲了孔徑功率，這種設(shè)計(jì)體現(xiàn)GBR著重目標(biāo)的跟蹤與遠(yuǎn)距離識(shí)別能力。

海基X頻段雷達(dá)(Sea-based X-band Radar，SBX)實(shí)際是GBR的?；吞?hào)，采用了先進(jìn)的有源相控陣和信號(hào)處理技術(shù)，而且具備更高的機(jī)動(dòng)性。SBX是迄今為止世界上最大最復(fù)雜的相控陣機(jī)電掃描X頻段雷達(dá)。雖然它的掃描范圍很大，但跟其他雷達(dá)系統(tǒng)一樣也受到雷達(dá)視距的限制，SBX發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力完全取決于雷達(dá)系統(tǒng)的部署位置。

3.1.3 雙頻段艦載預(yù)警雷達(dá)

防空反導(dǎo)雷達(dá)(Air and Missile Defense Radar，AMDR)是美海軍第一部同時(shí)執(zhí)行防空和反導(dǎo)任務(wù)的一體化固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。AMDR采用S和X雙頻段，S頻段負(fù)責(zé)立體搜索、跟蹤和彈道導(dǎo)彈識(shí)別，而X頻段雷達(dá)將提供水平搜索、精確跟蹤、導(dǎo)彈通信和末端照射功能。

在AMDR的研制過程中，美海軍曾提出將搜索雷達(dá)天線頻段從L頻段變?yōu)镾頻段，因?yàn)镾頻段在高濕度環(huán)境中具備更好的搜索性能。與“宙斯盾”的SPY-1雷達(dá)相比，AMDR具備更高的靈敏度和帶寬，但是AMDR放大器的低效率導(dǎo)致雷達(dá)效率較低。提高雷達(dá)效率的一種途徑是使用更大的發(fā)射功率，這對(duì)雷達(dá)的電源和冷卻系統(tǒng)提出了更高的要求。由雷錫恩公司(Raytheon)提出并已取得一定進(jìn)展的氮化鎵(GaN)功率放大器代替砷化鎵(GaAs)功率器件方案就是一條有效途徑。

3.1.4 共形陣預(yù)警雷達(dá)

共形陣?yán)走_(dá)能夠?qū)⑻炀€通過鑲嵌、封閉等方式共形到隱身平臺(tái)中，避免復(fù)雜的天線分布，優(yōu)化平臺(tái)的隱身性能。共形陣天線往往能夠充分利用平臺(tái)表面區(qū)域，增加平臺(tái)有效載荷，擴(kuò)大天線口徑，在保形不影響氣動(dòng)性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)反隱身。目前已經(jīng)有共形陣天線應(yīng)用于隱身飛行器和隱身艦船[10]。EL/M-2248是以色列埃爾塔系統(tǒng)公司(Elta)為新一代軍用艦船設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程對(duì)空共形陣預(yù)警雷達(dá)，能夠從復(fù)雜電磁環(huán)境中捕獲快速和低RCS目標(biāo)。共形陣預(yù)警雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括共形天線的架構(gòu)設(shè)計(jì)，共形陣幅度、相位和極化控制方法以及分布式陣面控制。

并非所有載機(jī)均適合采用共形天線。對(duì)于下單翼飛行器，機(jī)身共形天線可以兩側(cè)共形以獲得較大的完整口徑。機(jī)身兩側(cè)共形的機(jī)頭/尾還需要集成額外天線以實(shí)現(xiàn)頭/尾探測(cè)，而對(duì)于上單翼飛行器，由于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)電磁輻射的嚴(yán)重遮擋，機(jī)身共形天線只能前后分塊，較小的單塊面積限制了雷達(dá)威力。

3.2 無(wú)源預(yù)警雷達(dá)

與有源雷達(dá)不同，無(wú)源雷達(dá)自身不會(huì)輻射電磁波，而是一種借助非協(xié)同外部輻射源實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和定位的被動(dòng)式雷達(dá)。非協(xié)同外部輻射源指輻射源和無(wú)源雷達(dá)沒有直接的協(xié)同作戰(zhàn)關(guān)系，因此探測(cè)設(shè)備和反輻射導(dǎo)彈就無(wú)法利用電磁信號(hào)對(duì)無(wú)源雷達(dá)進(jìn)行定位、跟蹤和攻擊，也不存在被干擾的問題，從而提高了它的戰(zhàn)時(shí)生存力。非協(xié)同外部輻射源可能是調(diào)頻廣播、電視臺(tái)、通信臺(tái)和其他平臺(tái)的有源雷達(dá)等，也可能是目標(biāo)本身或其攜帶輻射源。

與有源雷達(dá)相比，無(wú)源雷達(dá)沒有高功率發(fā)射機(jī)和收發(fā)開關(guān)及其相關(guān)電子設(shè)備，大大降低了系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本，并且可以全天候和全天時(shí)有效工作。無(wú)源雷達(dá)也不需要頻率分配，因此可以部署在常規(guī)雷達(dá)無(wú)法部署的地區(qū)。

不斷增加的外部輻射源種類對(duì)無(wú)源雷達(dá)的信息處理能力提出了更高的要求。為了盡可能地提高目標(biāo)定位能力，可以將不同平臺(tái)的無(wú)源雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)。如果網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)無(wú)源雷達(dá)都接收到了同一輻射源信號(hào)，那么要完成目標(biāo)定位，無(wú)源雷達(dá)還必須具備有效的定位算法。另外，當(dāng)外部輻射設(shè)備關(guān)閉或無(wú)法利用時(shí)，無(wú)源雷達(dá)就無(wú)法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)定位，因此可以將無(wú)源雷達(dá)與有源雷達(dá)結(jié)合使用。

鑒于無(wú)源雷達(dá)的工作特點(diǎn)，為了保證在復(fù)雜電磁環(huán)境下能夠通過每個(gè)電磁信號(hào)的細(xì)微差別來(lái)區(qū)別定位發(fā)射或反射該電磁信號(hào)的目標(biāo)，無(wú)源雷達(dá)還必須具備快速而精細(xì)的信號(hào)鑒別和分析能力。

3.2.1 基于外部輻射源的照射

這類無(wú)源雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)本身不輻射電磁波。無(wú)源雷達(dá)利用外部非協(xié)同輻射源的直射波和該輻射源照射目標(biāo)后形成的反射波或散射波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、定位和跟蹤。這類無(wú)源雷達(dá)的探測(cè)距離也與外部非協(xié)同輻射源的種類緊密相關(guān)。

美國(guó)洛馬公司(Lockheed Martin)研制的“沉默哨兵”(Silent Sentry)和法國(guó)泰利斯公司研制的“警戒者”HA-100都是利用調(diào)頻廣播和電視臺(tái)發(fā)射的連續(xù)波信號(hào)對(duì)監(jiān)視區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤與監(jiān)視。

由我國(guó)西南電子設(shè)備研究所研制的DWL002是一種能夠?qū)﹃懞？漳繕?biāo)進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤的三維無(wú)源雷達(dá)。該系統(tǒng)利用對(duì)流層散射特性，具備超視距能力。DWL002可以根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)采取不同的部署方式，也可以與有源雷達(dá)結(jié)合部署。

3.2.2 基于目標(biāo)自身的輻射

在被探測(cè)目標(biāo)本身就是輻射源或者攜帶輻射源的情況下，無(wú)源雷達(dá)利用探測(cè)目標(biāo)自身輻射的電磁波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、定位和跟蹤。

“維拉”系列無(wú)源雷達(dá)由捷克研制，最新型號(hào)“維拉”-E是一種能夠?qū)﹃懞？漳繕?biāo)進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤的可移動(dòng)電子情報(bào)監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1個(gè)居中的分析處理中心和3個(gè)呈圓弧分布并且間隔超過50 km的信號(hào)接收站組成。“維拉”-E能夠提供目前只有有源雷達(dá)才能提供的功能。

由以色列埃爾塔公司研制的無(wú)源雷達(dá)EL/L-8388是ESM/ELINT三坐標(biāo)警戒系統(tǒng)的一部分。EL/L-8388可以根據(jù)對(duì)飛行器、艦船和陸基發(fā)射機(jī)的動(dòng)態(tài)跟蹤并結(jié)合已知的位置信息創(chuàng)建能夠與由有源雷達(dá)創(chuàng)建的傳統(tǒng)空情圖相媲美的三維態(tài)勢(shì)圖。無(wú)源空情圖還改善了目標(biāo)識(shí)別，具備更強(qiáng)的測(cè)距和低空雜波穿透能力。

4 反隱身預(yù)警雷達(dá)的新技術(shù)

4.1 MIMO技術(shù)

為了提高信號(hào)的低截獲性能與雷達(dá)的抗干擾能力，一些學(xué)者提出多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷達(dá)概念并在本世紀(jì)初的雷達(dá)會(huì)議上引起的廣泛關(guān)注[11-14]。MIMO雷達(dá)可分為密集式MIMO雷達(dá)和分布式MIMO雷達(dá)。

MIMO米波雷達(dá)采用收發(fā)分置的雷達(dá)體制與寬頻米波天線，空間并存的多觀測(cè)通道使其能夠?qū)崟r(shí)采集攜帶不同幅值與相位的目標(biāo)回波信息，具備高空隱身目標(biāo)探測(cè)與多目標(biāo)成像的能力。實(shí)踐證明，MIMO雷達(dá)體制能夠克服米波雷達(dá)測(cè)高的多路徑干擾。作為一種多頻MIMO 雷達(dá)，米波稀布陣綜合脈沖孔徑雷達(dá)不僅能夠有效提高測(cè)高精度，同時(shí)還能夠獲得很高的方位分辨率和方位測(cè)量精度。MIMO雷達(dá)需要長(zhǎng)時(shí)間的積累來(lái)彌補(bǔ)發(fā)射增益的損失，并不能適用于所有應(yīng)用場(chǎng)合。文獻(xiàn)[15-16]在MIMO技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同地形的大量試驗(yàn)和研究，將超分辨技術(shù)成功應(yīng)用于米波雷達(dá)低仰角測(cè)高問題。此外，與傳統(tǒng)的雷達(dá)組網(wǎng)相比，統(tǒng)計(jì)MIMO雷達(dá)組網(wǎng)的探測(cè)能力更強(qiáng)，抗干擾能力更強(qiáng)，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)間的干擾更弱。目前MIMO雷達(dá)的研究聚焦于如何更高效地獲取和利用多觀測(cè)通道數(shù)據(jù)。

4.2 低截獲概率技術(shù)

低截獲概率(Low Probability of Interception，LPI)技術(shù)指能夠讓對(duì)方雷達(dá)偵察接收機(jī)很難甚至不能截獲雷達(dá)的輻射信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)LPI的技術(shù)。LPI技術(shù)的探索可以追溯至20世紀(jì)70年代末，目前已經(jīng)發(fā)展出一套比較完善的理論體系[17-18]。

現(xiàn)代雷達(dá)嘗試采用多載頻調(diào)制來(lái)擴(kuò)大信號(hào)帶寬，從而提高信號(hào)的LPI性能。近年來(lái)發(fā)展的基于正交頻分復(fù)用技術(shù)的多載頻調(diào)制信號(hào)，具備時(shí)寬帶寬積大、頻譜利用率高、調(diào)制解調(diào)技術(shù)易實(shí)現(xiàn)和波形設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。此外，低副瓣波束捷變掃描、掩護(hù)脈沖和低脈沖功率波形等也是有效的LPI手段。

4.3 太赫茲超寬頻帶技術(shù)

太赫茲(Terahertz，THz)波指頻率為1011～1013Hz的電磁波，屬于遠(yuǎn)紅外頻段，也是宏觀電子向微觀光子的過渡頻段。由于缺乏有效的產(chǎn)生和檢測(cè)方法，其發(fā)展一度受到很大限制。超快光電子技術(shù)和低尺度半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，為THz波提供了合適的光源和檢測(cè)手段。近年來(lái)，隨著THz理論和實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)運(yùn)行于THz頻段的雷達(dá)能夠?yàn)榈蚏CS目標(biāo)的探測(cè)提供一種新手段。

THz超寬帶雷達(dá)具備極高的頻率，并且能夠在很寬的頻段內(nèi)工作，而隱身飛行器通常僅在一段較窄的頻帶內(nèi)具備良好的隱身性能，因此THz超寬帶雷達(dá)具備極強(qiáng)的反隱身能力。與微波相比，THz波的波束更窄，方向性更好，可以探測(cè)隱身性能更好的目標(biāo)，并且定位更精確。THz波的波長(zhǎng)比微波更短，因此天線尺寸更小。此外，THz波還可用于高頻段的縮比模型目標(biāo)散射特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試[19]。

THz波的大氣衰減很大，尤其是大氣中水對(duì)THz波吸收最為強(qiáng)烈，因此地面THz雷達(dá)系統(tǒng)的作用距離往往較短，而機(jī)載THz雷達(dá)系統(tǒng)則可以避開THz波在地面?zhèn)鞑サ拇髶p耗。此外，THz波還存在輻射功率低、成像速度慢等問題。

4.4 微波光子相控陣技術(shù)

為了提高對(duì)目標(biāo)的分辨、識(shí)別和成像能力，同時(shí)降低雷達(dá)信號(hào)被探測(cè)和截獲的概率，相控陣?yán)走_(dá)應(yīng)該具備大瞬時(shí)帶寬。當(dāng)大角度掃描時(shí)，孔徑效應(yīng)和渡越時(shí)間(空間色散和時(shí)間色散)會(huì)使基于移相器相控陣?yán)走_(dá)的瞬時(shí)帶寬受到限制。為了解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)在子陣級(jí)上引入微波實(shí)時(shí)延遲線(True Time Delay，TTD)，而光控相控陣在子陣級(jí)上引入光波實(shí)時(shí)延遲線(Optical True Time Delay,OTTD)[20-25]。

微波光子技術(shù)將微波信號(hào)調(diào)制到光載波上，充分利用光纖傳輸?shù)乃矔r(shí)帶寬大、體積質(zhì)量小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[26-27]，在不改變信號(hào)頻相特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的分配、傳輸和加權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)大瞬時(shí)帶寬的信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏?。基于波分?fù)用技術(shù)，光控相控陣?yán)走_(dá)可以實(shí)現(xiàn)光載波數(shù)目與相控陣天線子陣數(shù)目一一對(duì)應(yīng)，便于同時(shí)控制多子陣延時(shí)[28]。傳統(tǒng)相控陣與光控相控陣的對(duì)比如表3所示。

表3 傳統(tǒng)相控陣天線與光控相控陣天線比較Tab.3 Comparison between PAA and OCPAA

相比于傳統(tǒng)TTD波導(dǎo)或同軸電纜，光纖的傳輸損耗要低很多，因此允許雷達(dá)更長(zhǎng)的主機(jī)與天線間距，提高了雷達(dá)的戰(zhàn)時(shí)生存能力。光纖和大量光波器件均為介質(zhì)材料，無(wú)電磁輻射，而電纜會(huì)向外輻射電磁能量，因此具備更好的隱身以及抗電磁干擾和脈沖性能。此外，光纖傳輸對(duì)于所有頻率信號(hào)的損耗均一樣，有利于信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸分配和雷達(dá)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制[29]。目前國(guó)外光探測(cè)器的頻率可達(dá)520 GHz，而高速大功率光電二極管是光控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的一個(gè)制約因素[30]。未來(lái)光控相控陣還可能應(yīng)用于天基預(yù)警平臺(tái)和艦載多功能射頻系統(tǒng)等[31]。

4.5 第三代半導(dǎo)體技術(shù)

與以GaAs為代表的第二代半導(dǎo)體技術(shù)相比，以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體技術(shù)更優(yōu)異。GaN高電子遷移率晶體管可以提供更高的發(fā)射功率[32]，并且GaN芯片具備更寬的工作頻帶，從而增加了有源相控陣?yán)走_(dá)的探測(cè)距離和搜索范圍，基于GaN芯片的有源相控陣?yán)走_(dá)還具備更強(qiáng)的電子攻擊能力。GaN芯片比GaAs芯片具備更高的熱穩(wěn)定性。此外，GaN芯片允許雷達(dá)電源不需要像其他設(shè)計(jì)那樣必須靠近天線陣列，從而放寬對(duì)雷達(dá)電源安裝位置的約束，有助于天線陣列的安裝。

2009年美國(guó)雷錫恩公司對(duì)GaN芯片進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1 000 h的可靠性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明GaN器件向工程實(shí)用化邁出了重要的一步。2011年美國(guó)諾格公司(Northrop Grumman)為GaN收發(fā)組件建立了新標(biāo)準(zhǔn)[33]，同年日本富士實(shí)驗(yàn)室(Fuji Laboratory)宣布成功研制出應(yīng)用GaN高電子遷移率晶體管技術(shù)的收發(fā)組件。

4.6 基于數(shù)學(xué)模型的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)

傳統(tǒng)對(duì)空情報(bào)雷達(dá)組網(wǎng)立足于單雷達(dá)在檢飛基礎(chǔ)上所繪制的波瓣圖和雷達(dá)探測(cè)威力圖，考慮了各組網(wǎng)雷達(dá)在距離、高度和頻段上的相互銜接與補(bǔ)充，并保持了一定的冗余，然而一旦面臨對(duì)方電子干擾導(dǎo)致雷達(dá)性能發(fā)生變化時(shí)，在主要方向上缺乏嚴(yán)格數(shù)學(xué)規(guī)劃的部署，將會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)、低效重復(fù)甚至自我干擾[34]。基于數(shù)學(xué)模型的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)是在綜合考慮所有因素的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)模型優(yōu)化雷達(dá)部署方法，屬于多目標(biāo)優(yōu)化和決策問題。

雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)能夠提高信息獲取能力和數(shù)據(jù)處理能力，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力，同時(shí)改善網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)的新組合能力。針對(duì)雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，很多學(xué)者已經(jīng)發(fā)表了相關(guān)研究成果[35]。

5 結(jié)束語(yǔ)

如今在以信息為主導(dǎo)的陸?？仗煲惑w化戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)下，反隱身預(yù)警雷達(dá)的作戰(zhàn)環(huán)境、任務(wù)和對(duì)象不斷發(fā)生著變化[36]。為適應(yīng)不斷發(fā)展的突防技術(shù)，反隱身預(yù)警雷達(dá)需要不斷提高其探測(cè)距離、精度和概率，同時(shí)增強(qiáng)其戰(zhàn)時(shí)生存力，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步深入研究：

(1)目前很多反隱身預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)的預(yù)警范圍比較有限，預(yù)警方式也比較單一，而預(yù)警范圍廣的反隱身預(yù)警雷達(dá)往往系統(tǒng)較復(fù)雜，質(zhì)量體積較大，機(jī)動(dòng)性較差甚至無(wú)機(jī)動(dòng)性，未來(lái)可以開展更多高機(jī)動(dòng)性新體制反隱身預(yù)警雷達(dá)的研制以及多種新體制反隱身預(yù)警雷達(dá)相結(jié)合的研究工作；

(2)大力發(fā)展臨近空間和太空預(yù)警系統(tǒng)，利用天基雷達(dá)建立地空天一體化的反隱身預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)保證不同平臺(tái)之間信息數(shù)據(jù)的高效融合以發(fā)揮系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)；

(3)反突防的關(guān)鍵之一是目標(biāo)識(shí)別，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)電磁環(huán)境的愈加復(fù)雜，需要不斷增強(qiáng)反隱身預(yù)警雷達(dá)的信號(hào)識(shí)別能力，同時(shí)提高雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力；

(4)目前已有部分模塊化設(shè)計(jì)的反隱身預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)，未來(lái)可以嘗試更多將模塊化與開放式相結(jié)合的設(shè)計(jì)工作，在保證系統(tǒng)可維護(hù)性的同時(shí)提高它的靈活性和可擴(kuò)展性。

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Recent Development and New Technology of Anti-stealth Early Warning Radars

LIU Jianyan，AI Junqiang，WANG Jian
(AVIC The First Aircraft Institute,Xi′an 710089,China)

The early warning radar(EWR) has been one of the basic equipment of air defense both on the battlefield and the national territory. The appearance of the stealth aircraft forces the modern EWR to enhance its anti-stealth ability. First the anti-stealth key technology of modern EWR is listed in terms of the radar’s working frequency,the target’s polarization information and non-backscattering characteristics. Then typical EWRs are classified and clarified according to different radar systems. To predict the possible trends of future EWR,characteristics and challenges of new technology are summarized,including multiple-input multiple-output(MIMO),low probability of interception(LPI),terahertz ultra-wideband(THz UWB),microwave optics phased array,the third generation of semiconductor and network optimization based on mathematical models,and open issues for future research on EWR are pointed out. All of these are supposed to provide some help and reference for designing anti-stealth EWRs.

early warning radar(EWR);anti-stealth;active phased array;passive radar;new technology

2016-06-08；

2016-09-22 Received date:2016-06-08；Revised date：2016-09-22

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.02.020

劉建言，艾俊強(qiáng)，王健.反隱身預(yù)警雷達(dá)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與新技術(shù)[J].電訊技術(shù)，2017,57(2):243-250.[LIU Jianyan，AI Junqiang，WANG Jian.Recent development and new technology of anti-stealth early warning radars[J].Telecommunication Engineering,2017,57(2):243-250.]

TN958

A

1001-893X(2017)02-0243-08

劉建言(1991—)，男，四川巴中人，2014年于西北工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為助理工程師，主要研究方向?yàn)轱w行器隱身設(shè)計(jì)；

Email：ljy_fai@163.com

艾俊強(qiáng)(1961—)，男，陜西西安人，研究員，主要從事飛機(jī)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)工作；

王 健(1980—)，男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，主要從事飛行器總體設(shè)計(jì)工作。

*通信作者：357233440@qq.com Corresponding author：357233440@qq.com