舰载火控雷达的发展

金永明

（海军驻上海江南造船（集团）有限责任公司军事代表室）

0 引言

舰载火控雷达是一种精密跟踪雷达，是一种能将战术目标跟踪信息与火炮武器、导弹武器、信息化武器联系在一起的雷达，主要包括导弹制导雷达和炮瞄雷达，在雷达领域和现代舰艇防御系统中占有重要的地位。

1 舰载火控雷达的发展

舰载火控雷达的发展与目标特性的变化、武器系统的发展、作战环境的日益复杂以及新式作战方式的生成密切相关。

为了满足对付隐身高速等各类高威胁目标、适配新型作战武器、保证复杂条件下的目标跟踪能力、支持协同作战等方面的需求，未来舰载火控雷达的战术性能发展呈现出以下4个趋势[1-2]。

1.1 向适应三高一低目标跟踪的方向发展

舰载火控雷达必须具备抗击高倍音速、高隐身、高机动、超低空飞行的新一代反舰导弹、反辐射导弹以及垂直攻击的精确制导炸弹、非对称作战中低小慢目标等多样化威胁手段的能力。

弹道导弹是现代防空系统的重要威胁，由于舰艇易于实现编队式前沿部署，在弹道导弹的上升段就可以完成探测，进而赢得充足的反应时间，故海基反导系统是弹道导弹防御的有效方式。舰载火控雷达的反导功能需具备精确探测、跟踪能力，目标识别能力及摧毁打击效能评估能力。

舰载火控雷达在进行低空探测时，近海杂波信号会严重影响雷达的探测能力，其分布形式复杂多变，较为典型的包括对数正态分布、瑞利分布、K分布、韦布尔分布等，目前主要根据杂波分布的先验知识形成先进算法以抑制近海杂波,近海杂波抑制已成为舰载火控雷达实现低空探测亟须解决的关键技术之一。毋庸置疑，舰载火控雷达近海强杂波下的作战能力亟需提高[3]。

1.2 向多功能、多维域、多源综合化发展

发展快速、精准火控雷达，搜索、跟踪、火控解算、制导、识别、评估一体化设计，发展具备同时多任务、同时多波束、多功能动态重构——即“两同一重构”的多目标探测能力，满足未来高精度定向能武器、信息化弹药火炮武器、中近程防空导弹武器等精确打击武器的需求；利用多维域信息、多源传感器管理和信息综合，保证全天候、复杂电磁环境下的精密跟踪能力。

由于舰船的空间有限，故舰载火控雷达未来发展趋势是集搜索、跟踪、目标指引、火控、制导、识别等多功能于一体的同时多任务、同时多波束、多功能动态重构综合化电子平台。相控阵作为近年来发展最为迅猛的雷达技术，是实现以上多功能集成的有效途径。多功能集成化相控阵雷达系统的优势在于：易于实现系统资源合理分配调度、可靠性高、易于实现共形设计、抗干扰性能优越等。相控阵技术与DBF技术相结合，可实现多波束多发多收、干扰自适应置零，从而在实现多任务共同进行的同时，大幅度提高雷达在日益复杂的电磁环境下的抗饱和电磁干扰能力，成为相控阵雷达的发展方向。

1.3 向提高环境适应性、抗干扰方向发展

发展感知海上环境技术和目标特性技术，采用动态配置方式调整工作模式和参数，适应环境，并对目标进行最佳匹配，在复杂干扰环境下保证雷达对目标的持续、精密跟踪，以保证武器的命中概率。

雷达利用天线向空间辐射高功率发射信号，对回波信号进行处理从而实现全天候实时目标探测，敌方对雷达发射信号进行实时侦收，由此确定该雷达的发射信号，定位其基地位置，进而对该雷达实现人为干扰，甚至是摧毁性打击。战争实践表明，获取准确的空中情报信息，关系到整个防空作战的最终胜负[4]。

1.4 向协同探测和协同武器控制方向发展

探测系统的预警时间随着探测目标的隐身技术和低空突防技术变的越来越短，舰载火控雷达系统面对现代战场全方位、高密度的饱和电磁攻击，其搜索跟踪功能和火控制导功能只有实现传感器至武器的高效互联，才能完成作战任务。

在协同作战方式下，通过多平台传感器协同探测，共享扩大探测范围，可以更快、更可靠、更精确地发现目标，实现发现即打击能力；火控雷达数据共享，增强对作战空间的一致性理解，支持火力协同打击功能，网内任一火力单元可利用其他单元火控雷达的数据进行射击，以实施最佳的打击方案；在干扰条件下，多传感器的组合可维持战场态势图。

2 舰载火控雷达的特点

随着新技术和新材料的发展，舰载火控雷达技术发展具有智能化、隐身化、通用化、网络化、数字化等特点。

2.1 智能化

发展认知技术，对场景和电磁环境特征检测，通过系统配置来提高雷达系统在复杂环境下探测、跟踪与识别目标的性能。

雷达利用多维处理，可以在时间、频率、幅度，包括空域和极化域等多域实现信号检测、定位，信号处理系统根据回波信号和干扰/杂波信号在幅度、到达时间、方向、极化、多普勒频率等各方面的差异，进而实现复杂电磁环境下的目标信息提取，大幅提高系统抗干扰能力。具有成像能力的超宽带雷达，利用其对目标散射特性的探测能力，可大幅提高雷达目标分类识别能力。此外，利用红外、可见光、ESM等探测信息作为雷达探测的补充,将以上获得的信息进一步融合，所得到的不同域交叉信息，可明显提高雷达在复杂电磁环境下提高其检测能力[5]。

2.2 隐身化

舰艇平台隐身设计已成为舰载火控雷达的发展趋势。众所周知，天线作为辐射源，直接降低了舰艇平台的隐身性能，而现阶段舰艇上布置的各类天线大多未考虑与舰体的共形设计；另一方面，现阶段在役的舰载火控雷达大多未采用LPI设计，其发射信号极易被侦收，故提高舰艇平台隐身设计已成为亟待解决的问题。此外，舰载火控雷达间、舰载火控雷达与其它电子系统间的电磁兼容问题已成为制约舰载电子系统作战效能的关键因素。

现代雷达隐身化设计主要采用与武器平台共形技术和天线隐身技术，支持武器平台和舰体平台的隐身设计；采用扩谱波形和电磁能量控制管理实现雷达低截获（LPI）的射频隐身；实现多功能雷达系统一体化设计，实现集搜索、跟踪、目标指引、火控、制导、识别等多功能于一体的同时多任务、同时多波束、多功能动态重构综合化电子平台，从而减少天线的数量，实现雷达系统与作战平台的共形设计，从而有效提高舰载电子系统作战效能。

2.3 通用化

实现多平台、多频段火控雷达的通用化、小型化与统一优化设计，使其具有较强的多平台适装能力和维护能力；采用软件化思想，硬件具有开放性，通过软件配置使雷达具有较强的功能扩展性。

雷达系统的发展依赖于软件和硬件的同时发展，同时以软件发展推动硬件的性能提升，以硬件的发展促进软件的功能优化，相互促进，加快雷达技术的高速发展。通用化雷达的特点在于：使雷达系统具有高度的标准化，可扩展，多粒度，解耦合等优点；大大缩短研制周期，降低研制成本，减少研制人员；使雷达技术的发展更加依赖于雷达相关技术，算法本身。

2.4 网络化

利用编队行动的舰艇内安置的众多传感器可按需求构成网络化分布式雷达系统，用于应对隐身目标和电磁干扰，此外，多传感器融合还可大幅提高探测精度及对目标的发现概率。网络化分布式雷达系统在反隐身平台方面具有得天独厚的优势，目前隐身飞行器的作用机理在于依靠缩减鼻锥方向的RCS，该参数随收、发基地角变化而变化,故可以达到反隐身效果。目前，随着空间、时间、相位同步等关键技术得到突破，网络化分布式雷达技术在新型雷达发展中得到了愈发广泛的应用。网络化分布式雷达系统间的数据级和信号级的融合技术在近年来也得到了蓬勃发展：其中数据级融合在降低航迹起始时间、提高系统发现概率、提高航迹精度等方面具有独特的优势；信号级融合可以大幅度提高雷达探测距离。但随着作战环境的日益复杂，舰载分布式雷达仍需解决动数据配准、数据关联、平台同步、滤波估值、数据传输等问题。

利用多部雷达组网协同工作，网络信息综合分发、处理和应用，实现空、时、频、极化、信息等各种资源的最大化利用效率，提升探测跟踪性能，提高抗反辐射导弹和抗干扰的能力，从而提升武器系统作战效能。

2.5 数字化

随着国内外器件水平的不断发展与进步，数字化在射频前端的应用愈发广泛，在此基础上的先进信息处理技术和软件无线电技术也得到了推广与应用。数字化雷达系统可以提高探测系统对资源整合利用、自由调度的能力，并在提高探测系统的自适应抗干扰性能、动态性能、可重构性等方面发挥着重要的作用。现阶段，MIMO、STAP、SIAR等新研技术在数字化雷达系统提高低截获、抗干扰、反隐身能力方面具有巨大的发挥空间。目前，SOC、MMCM、 MMIC和ASIC等芯片级组装技术的发展制约着数字化雷达系统的发展。故进一步开展高性能器件的研发和芯片级组装技术的研究对于数字化雷达系统的发展至关重要。

3 舰载火控雷达技术展望

现代舰载火控雷达构架呈现为四化：探测分布化、平台一体化、流程智能化、协同体系化[6]。

（1）探测分布化

利用舰艇表面空间集成分布式孔径，多孔径间进行MIMO处理。探测分布化设计可增大孔径面积，改善可观测目标的发现能力；系统自由度增大，改善系统的抗杂波、抗干扰能力，尤其对非均匀杂波的抑制能力；并且对单个孔径的增益要求降低，可增加系统的带宽，有望实现雷达、通信、侦察一体化。

（2）平台一体化

通过将雷达与平台一体化设计，实现雷达与平台设计的优化权衡。主要包括以下几个方面：利用平台表面面积，拓展天线口径；与舰艇结构一体化，减小整机重量；与舰艇表面一体化，提高隐身性能。

（3）流程智能化

通过对目标、地理环境、电磁环境的自适应认知，智能地调整雷达视场、发射波形、能量和处理方法。流程智能化具有改善抗干扰和反杂波性能，提高雷达探测能力的巨大潜力。

（4）协同体系化

通过各类数据链将多个作战平台链接在一起，能够实现各平台雷达之间的优势互补，构成全方位、立体化、多层次的作战体系；同时能够实时、全面、主动获取探测区域的目标信息，为各类作战平台武器系统实现精确打击提供有力的支持[7]。

未来科技发展，微系统和光电子将成为推动相控阵雷达变革的两项关键技术。

以微/纳米级的设计和制造技术为基础的微系统技术，集成了微电子、光电子、微机电等多种器件。主要优势在于：应用于天线阵面中可确保轻薄化、可重构、低成本；应用于后端处理可获取更高的传输带宽和运算能力。

微系统技术在舰载火控雷达中典型应用主要包括：基于 MEMS技术的各微波芯片可实现支撑阵列技术的重构化、宽带化；微系统高密度三维集成技术实现天线重量密度级减小，后端平台处理能力量级提升；宽禁带半导体技术提高阵面功率及效率；微纳热控技术实现高效率散热。

光电子技术在舰载火控雷达领域的应用除了传统的定时、控制信号，特别是大量波束控制信号与数据信号传输外，在微波领域的应用主要特点是：产生更高频谱纯度的信号，易于实现大瞬时带宽；在阵列宽带扫描、多波束形成方面的优势明显。

在舰载火控雷达发射信号的分配网络中，光电子技术主要用于：简化发射信号功率分配网络的结构设计、提高功率分配系统对温度变化的稳定性、降低对EMI的响应及通道间的信号串扰、降低对大阵列系统的频蔽/接地要求。

用光纤实现本振信号分配网络的方式与发射信号的分配网络相同，由于功率电平较低，更易于实现、采用光纤实现接收多波束形成网络。故在相控阵雷达接收阵数字波束形成网络中光电子技术的应用主要在于：本振信号的功率分配网络与传输、第二本振信号与中频参考信号的分配网络与传输[8]。

由于接收信号的动态范围较宽，需考虑接收信号通道中光纤传输的动态范围。实现该动态范围，主要采用以下两种方式：利用光纤延时线取代微波移相器实现雷达信号的相位转换；利用光纤实现实时延时线，解决天线阵瞬时宽带信号工作能力问题。

4 总结

我国相控阵雷达技术发展现阶段已达到了国际先进水平，目前舰载火控雷达基本可完成空海远中近程作战任务。亟待发展的新一代舰载火控雷达应根据国际新型号雷达的关键技术，广泛吸收相关学科的最新研究成果，加强多功能雷达系统一体化技术的研究，提高雷达低截获性能，加强雷达抗有源、无源干扰能力，普及应用新型半导体技术和数字化技术。我国舰载火控雷达未来发展重点在于进一步提升自主创新能力，实现探测分布化、平台一体化、流程智能化、协同体系化，重点解决多任务下的资源整合、复杂电磁作战环境下的抗杂波和干扰、近地海高/低速小目标检测、雷达隐身、智能化识别等问题，从而有效提升舰载火控雷达在日益复杂电磁作战环境下的工作效能。

[1]李可达.现代雷达基本抗干扰技术[J].航天电子对抗,2004,20(2):15-19.

[2]蒋勇.黄双华搜索雷达抗干扰效果评估[J].舰船电子工程,2005,25(3):113-116.

[3]陈德煌,陈万美.F-22战斗机的综合航空电子系统[J].电光与控制,2003,10(1):50-53.

[4]吕连元,龚金楦.综合电子战系统[C].北京:电子科学院,1994.

[5]张锡祥.新体制雷达的对抗与发展及其干扰统一方程[C].航天电子信息配套发展战略论坛论文集,2005.

[6]张光义.相控阵雷达技术[M].北京:电子工业出版社,2006.

[7]张明友.数字阵列雷达和软件化雷达[M].北京:电子工业出版社,2008.

[8]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.