侦察设备单站脉幅定位研究*

汪海锐　邵　伟　林明胜

(海军蚌埠士官学校　蚌埠　233012)

WANG Hairui　SHAO Wei　LIN Mingsheng

(Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu　233012)



侦察设备单站脉幅定位研究*

汪海锐邵伟林明胜

(海军蚌埠士官学校蚌埠233012)

针对雷达设备探测定位所具有的不足之处，说明无源雷达所具有的优点，并通过雷达方程、侦察方程建模过程的分析，以侦察设备对非合作辐射信号侦察、接收、测量的过程，说明以脉幅来测定辐射源与侦察设备距离的依据。

技术侦察; 定位; 脉幅; 无源雷达

WANG HairuiSHAO WeiLIN Mingsheng

(Bengbu Navy Petty Officer Academy, Bengbu233012)

Class NumberTN971.1

1　引言

辐射源定位是电子战系统的一个基本功能与要求，明确目标的具体位置具有极大的意义，首先，确定目标的位置，有助于了解敌方的军事部署；其次，在精确定位目标之后，就可以使用带有定位系统的精确制导武器进行攻击；最后，同一区域中集中的不同类型的辐射源的相关信息可以用来分析该区域中敌方的部队的类型[1]。

常用的对辐射源定位的方法主要可以分为雷达探测定位、侦察设备定位。

对于雷达探测定位来说，在对目标进行搜索定位的同时，会主动辐射出电磁波，从而使得在对目标进行搜索、探测的同时，也将自己的位置、电磁特性暴露无遗，被其他的目标侦察、截获。雷达的使用，使得己方被敌方发现的概率增大，也容易造成被敌方攻击，同时，雷达探测定位也存在角度欺骗、距离欺骗等问题，而且雷达极易被无源假目标干扰，造成探测定位中的失误。

相对于雷达探测定位来说，侦察设备的探测定位则更具有优势，侦察设备只接收被侦测方辐射出的电磁波，不主动发射，因此，被发现的概率大大的降低，具有极大的隐蔽性。由侦察设备构成的无源探测和定位系统，其工作机理、定位方法和系统配置使它具有优越的反隐身性能，作用距离远、隐蔽性强、不易被对方发觉，可免遭反辐射导弹、低空飞机、巡航导弹等袭击，在军事行动中，生存能力相对较强。

因此，采用侦察设备定位的方法较雷达探测定位更具有优势。

2　侦察设备测向与定位技术

2.1传统侦察定位方法

在传统的侦察设备的定位中，一般以测向为主，主要的测向方式有：搜索式测向、比幅法测向、比相法测向、时差法测向等[2～3]。在侦察设备进行测向之后，通过三角定位法、角度与距离法、多距离测量法、双角度与已知距离差分法、单部移动式截获接收机的多角度测量法五种基本定位方法之一实现其定位[4]。在具体的装备中，一般采用飞越目标法、方位/仰角定位法、测向交叉定位法、测时差无源定位法、多站无源定位法、单站机动定位法等方法进行测向定位[5]。

通过测向后采用相关方法进行定位时，都存在着辐射源信号的甄别问题，一般的定位方法中，因为需要对被测信号进行确认，保证侦察接收机接收到的信号来自同一被侦察目标，甚至需要确认被测试的电磁波信号来自同一目标的同一波束。如：在三角定位法中，需要确保两部不同的接收机接收到的是同一个信号源辐射出的信号，这个给信号的识别、分选工作提出了较高的要求。而采用时差法进行定位时，在平面上至少需要三个站，在立体空间至少需要四个站，才有可能对目标进行定位，而且在定位过程中，需要保证几个接收站接收到的信号是同一辐射源发射出的同一信号，在测频和测时时均需要较高精度的频率基准，使得测向定位的难度增大[6]。在整个测向定位过程中，定位精度受到目标和该系统的相对几何关系制约，尤其受到各接收站之间的构形的制约，存在着是站址误差、时差测量误差标准差等问题[7]。采用单站脉幅定位法，则只需要对接收的电磁波信号进行简单的分选，不需要对电磁波信号进行同一波束的确认。

较之其他的定位方法，使用侦察设备进行单站测向、脉幅定位具有很明显的优势。

2.2侦察设备的构成

当前的侦察设备大多具有较高的测向精度，但仅限于测向；对于测距还得借助其他相关设备配合进行。典型雷达侦察设备的基本组成如下[8]：

由图1可知，在测向天线阵进行测向的同时，测频天线也在进行信号的处理，测频天线主要针对信号的fRF,tTOA,Ap,τpw,F参数进行预处理。其中，可以判定非合作辐射源与当前侦察设备距离的信号参数为信号脉冲幅度Ap。在实际的工作中，通过对侦察装备长期使用发现，非合作辐射源的脉冲幅度Ap与侦察设备之间的距离有一种内在的联系。

通过对雷达方程、侦察方程模型的理解，可以得出侦察设备测距的公式。

图1　典型雷达侦察设备的基本组成

2.3雷达方程与侦察方程

脉冲雷达的作用距离，一般按以下模型建立，进行定性分析、定量计算[9～10]。

当天线按最大接收方向标定，即：天线方向图的最大值对准辐射源时，有效接收面积就可以达到最大值Amax，天线在其它位置时，A=Amaxρ2(θ,φ)，式中ρ(θ,φ)表示天线电场方向图单位标称值。

在雷达测距进行定量分析时，充分考虑到了各种可能影响测距的因素，但相对而言，雷达接收机，在接收信号时，进行的是反射回波的接收与处理，而采用侦察设备，则可以直接对非合作辐射源进行信号处理。

利用雷达侦察设备进行测距的有多种方法[11]，利用侦察方程测距、功率测量法，在侦察设备上最直观的显示是侦察设备接收到信号的脉冲幅度。

利用侦察方程的建模及公式推导过程如下：

综合考虑传输损耗、大气衰减以及地面或海面反射等因素的影响，得到修正后的侦察方程，修正侦察方程主要考虑有关馈线和装置损耗等情况。其中，辐射信号在传输、接收、处理过程中，主要损耗如下：

1)从雷达发射机到雷达发射天线之间的馈线损耗L1≈3.5dB；

2)雷达发射天线波束非矩形损失L2≈1.6dB～2dB；

3)侦察天线波束非矩形损失L3≈1.6dB～2dB；

4)侦察天线增益在宽频带内变化所引起的损失L4≈2dB～3dB；

5)侦察天线与雷达信号极化失配损失L5≈3dB；

6)从侦察天线到接收机输入端的馈线损耗L6≈3dB；

对于侦察设备而言，其主要过程是接收到非合作源的辐射信号，其接收过程与处理的实质与无源雷达相同，因此，该侦察方程也可以作为无源雷达的距离方程。

在其他的建模过程中，基于同等的假设，也可以得到无源雷达距离方程的另一种表现形式，当无源雷达探测信号来自目标自身辐射电磁信号时，无源雷达的距离方程可以表示为：

式中：Pt为辐射源的脉冲功率；Gt为辐射源天线平均旁瓣增益；Gr为被动站接收天线增益，即侦察设备接收天线的增益；λ为工作波长；SPG为被动站信号处理增益；S/N为侦察设备工作信噪比；L为各种损耗之积；Pmin为被动站接收机极限灵敏度，Pmin=kTBrNr，k为波尔兹曼常数，T为接收机等效温度，290K，Br为接收机带宽；Nr为接收机噪声系数[7]。

在实际的使用过程中，即使接收机的灵敏度略小于雷达接收机的灵敏度，也能保证作用距离大于被侦察雷达的作用距离，从而有助于侦察工作的隐蔽性，使得侦察设备的测距相对于雷达测距而言，具有明显的优势。

3　脉幅定位研究

3.1侦察设备脉幅测距公式

在发送端与接收端的功率比值为：

对该式进行分析可知，对于某型固定的非合作辐射信号源而言，其中发射信号的电平幅值Aut、等效内阻rot、辐射源天线平均旁瓣增益Gt、信号波长λ均为固定值(该值对侦察设备而言，为已知值；若非合作辐射源为频率捷变雷达，则该值相对于单个具体的脉冲，为固定值。)；侦察接收设备方面，侦察接收天线增益Gr、等效内阻ror也为固定值。

由此得出结论：当辐射信号的频率为定值时，侦察设备侦测到目标的距离与观测到的信号幅度近似成简单的反比关系。

3.2侦察设备脉幅定位

精确度需求不高的场合，可以认为，非合作辐射源的信号幅度与距离成简单的反比关系。

在侦察方程中，对测距精度影响比较大的因素主要是发散损耗，而如果发射功率电平和接收功率电平都是已知的，就可能计算出信号发射的距离，由于该技术只用于不需要高精度测距的一些电子战系统中，通常忽略除发散(即空间)损耗外的所有因素。

发散损耗由下式计算：LS=32.4+10logF+20logR，其中：LS为发散损耗(dB)；F为发射频率(MHz)；R为传输路径长度(Km)。

在真实的侦察设备进行监测过程中，可以通过大量的观测数据得出距离和发散损耗之间的关系，从而得到在一定环境(如某种海况、某气象)条件下的发散损耗之值，从而对侦察测距公式进行修正，再联合侦察方程，可以得到较为精确的脉幅与距离之间的关系。

3.3侦察设备脉幅测距中存在的问题

在实际的侦察设备中，为了保证对水平极化与垂直极化的电磁波信号的侦测与接收的问题，在真实的侦察装备中，对非合作辐射源的信号进行处理，使得不同极化的辐射信号在侦察接收机中，其功率被不同的衰减，这个也造成了脉幅测距的因不同类型的辐射源的信号而得到不同的幅度的问题。

在实际的侦察设备采用脉幅进行测距的过程中，由于非合作辐射源相对于侦察设备有着运动轨迹，在整个侦测过程中，综合雷达设备的测距观测，发现：

1) 某型非合作辐射源在与侦察设备进行直线相对飞行时，脉冲幅度比较稳定，在接近过程中，脉冲幅度由弱到强的变化极为明显，距离测算较为准确。

2) 某型非合作辐射源围绕侦察设备做圆周运动时，在飞行至侦察设备左右舷某个角度区间时，脉冲幅度无明显变化，距离测算较为准确；在飞行至侦察设备另某个角度区间时，脉冲幅度由强忽然变弱，距离测算过程中，误差明显。

3) 某型非合作辐射源背对侦察设备远离时，脉冲幅度由强到弱变化明显，距离测算较为准确。

4) 由于舰载侦察设备的观测方位角会有限制，因此，某型非合作辐射源的飞行高度对脉冲幅度也会影响，但相对而言，其脉幅与距离近似成反比关系。

在实际通过脉冲幅度测距定位过程中，也发现：

1) 当固定频率非合作辐射源与侦察设备相对行进时，被侦测信号的脉冲幅度变化缓慢，距离如果由远及近，则脉冲幅度由弱及强。

2) 当固定频率非合作辐射源对侦察设备作圆周运动时，脉冲强度变化无明显特征。在实际侦测过程中，由于侦察设备接收天线的限制，会出现在侦察设备的某一个角度区域内出现接收的脉冲幅度变化不明显的情况。这时，需要通过侦察设备的测向装置再次判定被侦测目标的实际运动情况来进行定位。

3) 当频率捷变型非合作辐射源相对侦察设备进行运动时，脉冲幅度会随时变化，其变化规律与频率捷变型非合作辐射源频率变化的规律相同。

4　结语

对于单站脉幅定位法具有其他定位方法所不具备的优点，如：不需要对被侦测目标进行电磁波信号的同源确认，不需要对接收到的信号进行分选，但是，单站脉幅定位法需要前期长时间的信号侦测作为基础，在侦察得到信号后，辅之先验知识确认，可以很清楚地判定其相对位置与距离。该方法已经被美国研制并投放装备中进行使用[12]，在具体的装备使用过程中，需要长期的经验积累。

而通过长期技术侦察观测与数据的积累，能解决这个问题，如何利用长期积累的大量观测数据进行分析与处理，得出具体某型非合作源辐射信号脉幅与距离更精准的关系，是以后有待更一步细化研究的内容。

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[12] 柏华.无源雷达及其定位技术[J].电子工程，2010(2)：43-47.

Location of Single Station Pulse in Reconnaissance Equipment*

Focused on the disadvantages of radar detection and location, this paper illustrated the advantages of the passive radar. Through the analysis of the radar equation, reconnaissance equation modeling process, the reconnaissance equipment on non cooperative emitter signal reconnaissance, receiving, measurement process, this paper illustrated the basis of the method by the pulse amplitude to measure radiation source and reconnaissance distance.

reconnaissance, orientation, plus amplitude, passive radar

2016年2月7日,

2016年3月26日

汪海锐,男,硕士研究生，助理讲师，研究方向：电子对抗、数据挖掘。邵伟,男,副教授,研究方向：电子对抗、信息作战研究。林明胜,男,副教授,研究方向：通信与信息系统。

TN971.1

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.018