复杂电磁环境对火控雷达的影响及技术对抗途径＊

余 巍 王小念 张树杰 刘 洋

（防空兵学院 郑州 450052）

1 引言

火控雷达与火炮或导弹组成地面自动防空武器系统，火控雷达的作用是搜索、发现、截获、跟踪空中目标，为火炮或导弹提供射击诸元[1]。火控雷达是我军防空体系中非常重要的武器装备，可控制火力进行射击，对空袭兵器造成直接的威胁。因此在现代战争复杂电磁环境下，火控雷达是对方电子干扰的重点，也是对方反辐射武器重点打击的目标之一。研究复杂电磁环境对火控雷达的影响及技术对抗途径，提高火控雷达在复杂电磁环境下的抗干扰能力和生存能力，是非常重要的课题。

2 复杂电磁环境对火控雷达的影响

2.1 搜索发现目标困难

1）无目标指示

复杂电磁环境下，强烈的电磁干扰将影响远方空情通报、近方目标指示雷达发现目标和空情通报，因此，火控雷达在没有目标指示的情况下，只能依靠自身的微波雷达和光学器材来搜索目标，增加了搜索目标的时间和难度，可能贻误战机。

2）发现目标困难

二级以上干扰时，雷达显示器上的噪声将显著增强，接收机开始饱和，目标回波被干扰淹没；随着目标的不断临近，目标回波不断增强，当目标进入暴露区后，雷达能发现目标，但由于信噪比较小，加之目标距离近角速度大，发现目标困难[2]。

3）发现目标距离近

在搜索和发现目标过程中，受到噪声干扰的影响，使雷达发现目标的距离变近，威力范围缩小，降低了搜索的效率；干扰可破坏目标回波的某些特征，影响观察或降低目标信号的能见度，增大发现目标的难度。

4）发现假目标

由于雷达干扰机施放假目标的技术水平不断提高，假目标可以大量复制，在雷达显示器上可能出现满屏的假目标，使操纵手对真目标的判断带来困难，同时使搜索雷达自动录取饱和；而单个假目标的逼真度越来越高，诱使操纵手上当受骗，造成错情、漏情。

2.2 截获跟踪目标能力降低

1）截获目标困难

受到强噪声干扰时，雷达接收机完全饱和，目标回波完全消失，严重时，可使雷达显示器上只看到扫描线或全屏显示，难以进行截获目标的操作[3]，可延缓雷达进入跟踪的时机或使雷达无法进入跟踪状态。

2）跟踪精度差

当雷达受到交叉干扰、闪烁干扰等角度欺骗干扰时，雷达角度跟踪出现抖动，测角误差增大；目标时隐时现，跟踪信号时有时无，使距离跟踪出现暂停，测距误差增大。

3）跟踪中丢失目标

跟踪过程中，当受到距离拖引等欺骗干扰时，可使雷达距离自动跟踪波门误跟干扰，并产生连锁反应，导致在角度上也丢失目标，迫使雷达重新搜索、发现、截获、跟踪目标。

2.3 摧毁目标能力削弱

1）射击诸元误差增大

受压制干扰影响，导致雷达的测量误差增大，从而使火控计算机解算出的射击诸元误差增大，降低了火力系统对目标的毁伤概率；欺骗干扰还可能导致火控雷达控制火力系统向根本没有真实目标的空域进行射击，浪费火力资源。

2）导弹偏离目标甚至失控

在复杂电磁环境下，发射的导弹由于干扰的影响，可能失去制导指令导致无法制导，或错误制导使导弹失控，偏离目标，干扰严重时，可能使导弹误伤己方目标和人员。

3）火力瘫痪

三级强干扰可导致雷达不能发现和跟踪目标，使雷达无法进行解算诸元的操作，从而导致整个火力系统瘫痪。

2.4 自身安全受到极大威胁

1）被反辐射武器摧毁

相比搜索、截获、跟踪过程中受到电子干扰“软杀伤”，火控雷达只是正常功能暂时受到影响，当干扰过后雷达可以恢复正常。在实战复杂电磁环境下对火控雷达威胁最大的是反辐射武器，它直接威胁雷达和雷达操作人员的安全，对火控雷达可造成“硬杀伤”。目前最常用的反辐射武器是反辐射导弹，具有作用距离远、速度快、精度高等特点。随着高功率微波武器等新型反辐射武器的研发和装备，可以预计在不久的未来，将是雷达面临的新的巨大威胁。

2）不敢开机

考虑到反辐射武器对雷达的现实威胁，将对防空兵部队指挥员和雷达操作人员的心理造成很大压力，可能导致没有被摧毁的火控雷达不敢开机，或者大幅压缩开机时间，直接影响雷达的正常作战使用。

3 复杂电磁环境下火控雷达技术对抗途径分析

3.1 采用相控阵天线技术

现代火控雷达为了提高对多个目标的反应速度，往往采用搜索跟踪一体化设计，即采用单独的搜索天线和跟踪天线。随着技术的迅速发展，相控阵天线的价格日趋合理，新型火控雷达常采用相控阵天线做为搜索雷达天线。由于相控阵天线由独立辐射单元或子阵列所组成，根据阵列的不同，相控阵天线可以获得高增益和低副瓣的特性，相较于抛物面天线的副瓣电平为－20dB～－30dB，相控阵天线的副瓣电平可达－40dB～－50dB甚至更低。由于副瓣电平低，使掩护式干扰机的等效干扰功率增大，迫使干扰机增加干扰功率；与常规的高峰值功率雷达相比，相控阵雷达的峰值功率可低3～4个数量级[4]，但平均功率可以很高，这就要求干扰机中的侦察接收机灵敏度大幅提高，增加了干扰机研制的难度。相控阵天线波束电控，变化方式多样，在对抗反辐射导弹上也有特殊的优点，例如发现反辐射导弹来袭时，相控阵天线可以在来袭方向上形成自适应零点，缩短被发现和跟踪的距离；天线的低副瓣特性，可以防止反辐射导弹从副瓣进行攻击。

3.2 采用单脉冲体制

相较于采用圆锥扫描体制的火控雷达，采用单脉冲体制的火控雷达抗干扰能力大幅增加，原因在于：单脉冲体制雷达提取跟踪误差信息仅用一个目标回波就可获得角误差信号，而圆锥扫描体制雷达至少需要一个圆锥扫描周期后才能获得角误差信息，在这个圆锥扫描周期内，干扰机就可以取出圆锥扫描信号的调制包络，进行倒相放大再发射回来，圆锥扫描体制雷达接收到干扰信号后，天线轴线就跟踪到错误方向上，单脉冲体制雷达则不受此类干扰的影响。此外单脉冲体制雷达还具有跟踪目标快、测角精度高等优点，目前的火控雷达在跟踪雷达上已很少使用圆锥扫描体制，普遍采用单脉冲体制。但由于单脉冲体制雷达需要多个性能完善的宽频带馈源和高频和差比较器，多路接收机要求性能一致，因此技术复杂，加工工艺要求高[5]。

3.3 采用展宽频段技术

1）跳频

频率在较宽的范围内随机地跳变，使雷达不断跳到不受干扰的频率上工作。频率跳变的速度越快、范围越大、随机性越强，则抗干扰能力就越强。相较于传统的手动跳频或电子跳频，现代火控雷达常常采用自适应跳频的方式，即根据实时干扰环境，对雷达接收的干扰信号进行干扰谱分析，找出干扰强度最弱的频点，然后控制雷达发射信号的载频跳变到干扰最弱的频点，这是目前有效的抗宽带阻塞干扰措施之一。采用该种跳频方式的火控雷达在正常雷达基础上还必须包括宽频带干扰侦察接收机、干扰谱实时分析器和最佳频率代码产生器等器件。

2）频率分集

频率分集和频率捷变技术一样，也是基于迫使干扰机在宽带内分散其干扰功率，从而削弱其干扰作用。所不同的是，频率分集是用多部发射机同时工作在不同的频率上，使雷达同时占有较宽的频段，以削弱干扰强度，而频率捷变是在极短的时间内依次或无规律地占有一个频带。频率分集雷达每一工作频率的子脉冲构成一个完整的脉冲信号序列，这使雷达侦察机对接收到信号进行分选时容易错误地将频率分集雷达信号分裂为多个脉冲雷达信号[6]。

3）扩展新频段

传统火控雷达主要的工作波段集中在S、C、X波段，而外军特别是美军对这几个波段的干扰、压制和摧毁能力非常强。一个雷达或雷达网占有频段越多，抗干扰能力就越强。现代火控雷达主要是向高频方向拓展，常采用毫米波段。毫米波段（1mm～10mm）相对应的频率为30Ghz～300GHz，其低端毗邻厘米波段，具有厘米波段全天候的特点，高端邻接红外波段，具有红外波的高分辨力特点。毫米波雷达波束窄，角分辨力高，频带宽，隐蔽性好，抗干扰能力强，体积小，重量轻。与红外、激光设备相比较，它具有很好的穿透烟、尘、雨、雾的传播特性。对于干扰而言，由于毫米波雷达脉冲宽度和波束宽度一般比较窄，雷达分辨单元体积小于干扰分布体积，大大地减小了进入雷达接收机的干扰，提高了雷达的信干比，同时对抑制云雨、雪、雾等气象干扰也是有利的。随着毫米波器件的发展，火控雷达在毫米波段的频率已逐步从35GHz扩展到94GHz和140GHz等窗口。

3.4 采用复杂信号处理技术

1）动目标检测（MTD）技术

在严重干扰背景中改善动目标检测能力，要求动目标改善因子达50dB以上，传统的动目标显示（MTI）已不能完全满足要求。根据雷达理论，当雷达高频系统稳定性不高时，将使固定地杂波回波谱产生一部分接近均匀的杂散分量，它将限制改善因子可能达到的最大值。火控雷达多采用动目标检测（MTD）技术，并使用全相参的功率放大式发射机代替传统的锁相相参的单级振荡器，整个系统的高频稳定性有明显的提高。随着数字信号处理能力的迅速提高，现代火控雷达可以采用更复杂的信号处理机来实现自适应动目标检测，可根据实际杂波回波的功率电平、谱形状、谱宽度、多普勒频移等特性变化，实现杂波背景下的最佳滤波，获得接近理论上最佳的处理效果并提高杂波背景下检测信号的能力。

2）脉冲压缩技术

脉冲压缩，是指发射机发射载频按一定规律变化的宽脉冲信号，然后将目标回波信号在接收机中压缩成窄脉冲信号。这种技术采用宽脉冲发射以提高发射平均功率，保证足够远的探测距离，接收时，采用相应的脉冲压缩技术获得窄脉冲回波以保证良好的距离分辨力，因而有效地解决了探测距离与距离分辨力之间的矛盾。火控雷达常采用多种脉宽的线性调频脉压或相位编码脉压技术，在近程跟踪时采用窄脉冲，远距离搜索时采用宽脉冲，既解决雷达近距离跟踪和威力的矛盾，同时降低发射信号被侦测的概率。

3）多维信号处理技术

目前先进的多维信号处理技术可根据目标回波和干扰杂波在时间、方向、极化、幅度、多普勒频率、反射系数和统计方面的信息差异，从干扰杂波背景中提取目标信息。采用多功能、可编程、自适应雷达多维信号处理技术，能够解决多目标、高分辨率和高精度的定向定位问题，大大提高雷达抗干扰能力，是火控雷达的一个技术发展趋势。

3.5 采用光电结合技术

表1 火控雷达常用工作方式

采用光电结合技术，在火控雷达上配属各种光电设备已成为一种普遍和重要的辅助手段和抗干扰措施。常配属的光电设备有光学指挥仪、遥控指挥镜、激光测距机、红外跟踪系统和电视跟踪系统等，这些光电设备不受各种微波有源和无源干扰的影响，既可独立完成测角测距功能，也可和雷达协同完成测角测距功能，有多种工作方式，表1列出配备光电设备后常用的火控雷达工作方式及使用说明。现代火控雷达常采用红外跟踪、电视跟踪和激光测距相结合的方式，这种方式全天候工作能力强，测量精度高，抗干扰能力强，提供目标信息直观、全面。值得注意的是，由于散热、综合设计等原因，火控雷达配备的激光测距机连续工作时间一般只有几分钟，常做为雷达测距的临时替代。

3.6 采用诱饵技术

由于反辐射导弹自身存在的局限性，使其对分辨角内的多个辐射源分选能力偏弱，尤其是对信号频率、脉冲宽度、脉冲重复频率等参数相同的雷达信号，难以进行区分[7～8]。依据这一特性，可以在距雷达一定距离的位置分置一个或多个诱饵源，利用诱饵源的发射信号使反辐射导弹无法跟踪或者无法正确跟踪雷达的信号，从而起到掩护或保护雷达的安全，这是目前行之有效被广泛采取的诱饵技术。例如美国“爱国者”导弹的AN／MPQ253相控阵雷达就使用了两部诱饵机，能模拟雷达信号波形和特征参数，并保持与雷达工作的同步、同频和全相参，能有效地引偏反辐射导弹。从提高战场生存能力来看，高价值的重要雷达包括火控雷达都应配备诱饵。

3.7 采用组网技术

现代防空作战是体系和体系间的对抗，火控雷达只有采用组网技术，成为防空网络的一个节点，才能发挥其最大作战效能。火控雷达接入防空指挥控制网络后，可接收上级下传的空情通播、目标指示、目标分配、作战命令等信息；雷达可根据收到的上级目标指示和分配完成目标截获、跟踪；可上报本地空情。现代火控雷达常采用的另一个组网技术是火控组网[9～10]，即可直接接收友邻火控雷达的目标信息并利用该信息进行目标导引、火控解算，也可将本地目标跟踪信息发送到火控网络供友邻火控雷达使用。采用组网技术后，网内的多部雷达可以相互补充，信息精确共享，只要有一部雷达正常工作，网络内其他雷达都可使用该雷达捕获的目标信息，防空系统的火力威胁仍然存在。此外雷达网中处在空袭方反辐射武器探测攻击范围内的雷达，可以不加高压、保持雷达静默，利用其它雷达探测的目标信息仍然可实现捕获跟踪目标，并计算射击诸元。这使雷达位置不易被对方侦察到，隐藏性强，提高了战场中雷达的生存能力和整体抗毁性能。

4 结语

未来战场的复杂电磁环境，给火控雷达带来了极大的挑战，雷达要想更好地生存下去，有效地提高战斗力，首要的还是要研究先进的抗干扰技术，只有以技术作为基础，才能更好地采取战术手段和熟练的操作来有效地进行对抗。多种抗干扰技术的应用，将大大地增强火控雷达抗干扰能力。随着电子战作用的日益突出，必须深入研究新的雷达抗干扰技术和体制，以适应火控雷达发展的需要。

[1]王智.防空兵火控雷达的现状与发展趋势[J].火控雷达技术，2006，35（9）：43－46.

[2]王小念.复杂电磁环境下雷达反干扰[M].北京：解放军出版社，2008：1－7.

[3]王小念.复杂电磁环境下火控雷达反干扰操作[M].北京：解放军出版社，2008：11－18.

[4]张锡祥.新体制雷达对抗导论[M].北京：北京理工大学出版社，2010：267－270.

[5]丁鹭飞.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002：285－309.

[6]王汝群.战场电磁环境[M].北京：解放军出版社，2006：105－120.

[7]杨小龙.组网火控雷达抗ARM跟踪技术[J].计算机测量与控制，2012，20（8）：2174－2176.

[8]李洪升.反辐射导弹诱偏性能分析[J].火控雷达技术，2006，35（3）：42－44.

[9]任永胜.现代防空火控系统的现状及发展方向[J].火力与指挥控制，2001，26（4）：6－11.

[10]陈康.火控系统发展方向及亟待研究的几个问题[J].舰载武器，2002（1）：25－28.