机载远程监视雷达的体制研究

武洪云，赵玉民

(1.河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄050200;2.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081)

0 引言

随着电子技术的发展和应用需求的不断变化，机载雷达在作用距离、目标分辨力和识别能力、抗干扰能力和可靠性等方面将进一步发展。为了随时准确掌握动态情报信息，提出了使探测器升空、对广域纵深地域远程监视的迫切需求。为此，美、欧和俄罗斯等发达国家均投巨资研制、生产机载预警雷达和机载侦察/监视系统，作为空中预警(AEW)力量的补充系统。

在进行雷达体制研究时，要充分考虑雷达面临的攻击、截获、低空/超低空及综合电子干扰等4大威胁。不同的升空平台和不同的雷达体制成本差异较大，因此在选择方案时应综合考虑雷达性能与成本因素。本文基于上述考虑提出的雷达体制方案，既可以为解决CW雷达收发隔离难题提供一种有效而巧妙的解决方法，同时雷达又具有优良战术性能和低截获、抗干扰与对抗ARM攻击的能力。

1 雷达系统性能要求

机载远程监视雷达系统是一个远程的全天候广域监视传感器，要求具有对地面(海面)和低空运动目标进行大范围监视能力。最为关键的有3个基本要求［1］。

1.1 数据率立体覆盖和全天候全天时工作能力

该能力体现在以下5个方面:

①雷达的立体覆盖域和探测距离要求:国外典型机载远程监视雷达系统［2－5］的作用距离和覆盖域如图1所示，监视范围0 km表示战区前沿。

图1 国外典型远程监视雷达系统之覆盖域

②对雷达的探测监视能力，即传感器的可视性和探测率要求:典型数据为检测概率≥0．6～0．9以上，虚警率≤10－6以下。

③检测目标的分辨能力和测量精度要求:理论上要求距离上分辨和方位上分辨均应具有与被探测目标同等数量级尺寸，即10～30 m左右。因此要求雷达必须采用脉冲压缩(窄脉冲)和方位窄波束来达到目标分辨率和测量精度要求。

④速度分辨和检测慢速运动目标的能力要求:典型数据是最低可检测慢速目标速度≤2 km/h，最小速度分辨≤1 m/s。

⑤多目标检测、定位跟踪和识别能力的要求:实现对多批目标的边扫描边跟踪处理。

1．2 较强的抑制杂波能力

机载雷达与地基固定雷达不同，面临着严重的杂波(地杂波、海杂波)干扰问题:① 是强大杂波可能会遮蔽有用目标信号;② 杂波存在着与飞机速度、方位有关的多普勒频移，使杂波频谱展宽，压窄了运动目标检测区。

1．3 电子对抗及生存能力

现代电子战环境对雷达提出基本要求是“隐身”和抗干扰能力。

①低截获概率(LPI)和低检测概率(LPD):要求雷达发现目标距离大于Rτ或远大于目标(如ARM导弹等)侦收到本雷达距离Rr:Rτ＞Rr。

②抗干扰能力(AT):具有适应电子战对抗环境的多种抗干扰、隐蔽的宽带调频(捷变频)扩频、信号波形库与工作能力，包括抗环境杂波与无源干扰(如箔条等)、抗同频异步脉冲干扰、瞄准式干扰、噪声干扰等压制式干扰和抗欺骗性干扰。

2 最佳雷达体制方案选择

根据上述作战需求，该雷达系统的基本功能要求是在机载与对抗环境下检测、定位跟踪与识别地面(或海面)、低空的运动目标和通过不同分辨力的地图测绘来检测、定位不同尺寸的地面静止目标。因此，满足这样要求的理想雷达体制应该是:合成孔径成像(SAR)与动目标显示(MTI)或动目标检测(MTD)等多功能复合的“寂静”雷达体制。因为只有这种体制可以对抗强杂波干扰完成对广阔纵深地域的运动目标、静止目标的探测监视与定位跟踪，同时又因为“寂静”雷达故具有较强的抗截获、抗侦收、抗干扰及对抗ARM攻击的能力。

3 方案探讨与设计

3．1 雷达体制选择和方案基本考虑

首先，要求雷达具有一定的地面静目标探测能力，同时对于运动中的车辆、装备等运动目标识别、定位跟踪，分辨其规模数量［6］。

其次，雷达要有一定的抗截获、抗干扰生存能力。

根据上述两点考虑，具体提出了一种采用直升机作空中平台和采用连续波跳频加直接序列扩频的“寂静”雷达体制方案，同时采用PD/MTI信号处理加波束压缩的准成像处理实现多种功能复合的雷达方案。其突出优点是:

①采用极低峰值功率的CW波扩频波形，既具有无多普勒测速、逼近图钉型模糊函数等CW雷达突出优点，同时又具有较强的低截获、抗干扰和抗反辐射导弹攻击的能力是很有发展前景的低截获概率(LPI)，即“寂静”雷达体制。

②采用全相参脉冲多卜勒(PD)与脉冲压缩(PC)的信号处理，因而兼容具有PD/MTI雷达的一切好处，抗有源干扰能力强;同时采用真实孔径成像加波束压缩算法，大大提高了固定目标、运动目标的探测、定位能力和作战效能。

③CW雷达的发射机功率利用率/效率高，发射机体积小、重量轻和成本低等，有利直升机载工作。

④对于CW波雷达的收发隔离问题，由于以上设计的信号形式是调频加扩频，恰巧为这关键难题提供了一种有效而巧妙的可行解决方案，采用频分加码分方法再加适当自适应对消方法，可使发射机泄露的影响降低到与噪声相当或更小的可忽略水平。

3．2 信号设计和系统参数选择

3．2．1 信号波形设计

上述提出的FH-DSSS信号波形的设计要点如下:

根据需要抑制的发射机泄露与邻近地杂波/海波干扰之距离范围或要求的雷达最近作用距离Rmin，选择跳频(FH)间隔周期Th:

式中，C为光速。

根据距离分辨率要求ΔRc，选择直接序列扩频(DS)码码元宽度τ:

按照最大无模糊测距要求Rmax选择FH－DS码序列重复周期Tr:

为了简化发射、接收和信号处理，选择跳频(FH)码重复周期Tr最好是DS码周期的整数倍，这样以便2种码同步。即假若FH码长度为M，则DS码长度N应有如下关系:

3．2．2 杂波抑制方法和天线设计

(1)杂波抑制方法

进入接收机的杂波通常分为3类:高度杂波、主波瓣杂波和旁瓣杂波［7］。

高度杂波和发射机泄露信号的抑制:采用前述的选择跳频间隔时间TH，使Rmin＞飞机的最高飞行高度;因高度杂波fd≈0，故还可同时采用零多卜勒滤波器滤除。

旁瓣杂波的抑制:因其分布面积大，频谱扩展宽，无法简单方法抑制，可从天线设计、制造上尽可能降低天线旁瓣电平［8］，从而使从旁瓣进入杂波降至可忽略，当采用 LPRF时，天线旁瓣要求应低于－35 dB以下。

主波瓣杂波抑制方法:是该雷达最关键问题之一，已有大量文献研究，采用性能最优的“时空自适应处理”(STAP)方法。但大多数STAP方法存在着2个基本问题:①需要采用多个干涉仪相干子口径与信道并需仔细校准，带来生产、维护成本高昂;② 在非均匀杂波环境中其性能欠缺［9，10］。所以从根据采用天线的方案和杂波抑制有效性出发，选用最简STAP方法，即双端口或三端口干涉仪天线方案，用以解决该雷达关键问题:检测强杂波背景中的、其他方法检测不到而杂波淹没的地(海)面慢速目标;精确定位并跟踪地(海)面的运动目标。

(2)天线参数选择与设计

选择天线为:3．6 m×0．6 m的宽频带平级波导缝隙天线阵。其主要参数如下:

总的波瓣宽度:A—0．65°，E—3．6°;

天线增益:38 dB;

低旁瓣:最大副瓣≤－30 dB，平均副瓣≤－40 dB;

机械扫描:360°或扇扫±60°。

3．3 信号处理方案选择

如前所述，该雷达是一个多功能的复合体制雷达，因此信号处理方案选择必须解决多种体制、多种技术之间的兼容、共存问题;同时这种共容不能简单地设备堆积，还必须将之综合集成，公用软硬件应兼容使用，标准化、系列化和模块化设计。分析前述系统体制与技术之间关系，对信号处理方案选择应考虑以下3种情况:

①前述方案提出采用提高雷达距离分辨力和角分辨力来检测地面有价值的军事目标(如导弹发射架等)的问题，提出了采用脉冲雷达的脉冲压缩(PC)处理和广域运动目标检测MTI或PD处理技术兼容性。这两者虽采用了不同技术，但应用器件、系统条件和处理能力均有共性，技术间无矛盾，是可以同时使用的技术。

②提高角分辨力的波束压缩与采用STAP干涉仪抑制杂波处理的信号处理技术。因二者是一致的，可统一兼容考虑集成，使之具有良好二维运动补偿和检测地面慢速运动目标的能力，同时提高角分辨和对运动目标精确定位能力。

③脉冲多普勒(PD)或MTI处理技术和捷变频或跳频的兼容性问题。原则上肯定是不相兼容的，因MTI技术要求被处理的回波序列是全相参的，而在脉冲雷达中脉间跳频时不同载频的回波是不相参的。不同载波的地杂波回波fdc、相位也在变化，难以从频域区分动目标，进而fd滤波器无法滤除杂波。因而过去脉冲雷达只有脉组跳频同MTI的兼容。但近年海湾战争伊方的惨痛教训，迫使雷达设计师必须考虑抗干扰技术，而跳频是抗干扰最有效的方法，所以已有不少作者研制成功解决此兼容性的信号处理机［11］，可作为参考方案。另外在连续波(CW)雷达中可以实现脉间跳频时的全相参，这正是CW的优势，不同载频间地物杂波fdc变化可采用文献［12］的fdci/fi比处理方法，保证了全一致性，也可实现跳频与MTI兼容。

4 结束语

本文从机载远程监视雷达系统的基本要求出发，论述了该雷达的系统体制、主要技术参数选择等。表明本文提出的FH－DS扩频雷达体制具有优良性能:可获得高距离的多普勒测量分辨率;可获得高的信号处理增益和降低脉压的时间旁瓣，对杂波有良好的抑制能力;具有优良的LPI、AJ和抗ARM攻击的能力;同时还为解决CW雷达收发隔离问题和采用单天线收发提供了一种巧妙而有效的解决方案。因此是具有良好发展前景的可行方案。

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