连续波战场侦察雷达技术发展综述

陈 黎，温 博，李新欣，张 驰

(1.陆军北京军代局驻石家庄地区军代室，河北 石家庄 050081；2.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

连续波战场侦察雷达技术发展综述

陈 黎1，温 博2，李新欣2，张 驰2

(1.陆军北京军代局驻石家庄地区军代室，河北 石家庄 050081；2.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

连续波战场侦察雷达相比脉冲体制雷达，具备发射功率低、能量低截获和抗杂波能力强的技术特点，被广范应用于地面监视、低空搜索和要地防护等领域，是现代战场侦察的重要装备。介绍了连续波战场侦察雷达的发展历程，分析了连续波战场侦察雷达的技术优势，说明连续波战场侦察雷达在低功耗和小型化、低截获和抗干扰以及低慢小目标检测中具有明显优势。结合国内外最新研究进展，提出了连续波战场侦察雷达技术的发展趋势。

战场侦察雷达；连续波雷达；脉冲雷达

0 引言

战场侦察雷达是探测战场上各种军事目标，以获取战场情报用的各种侦察雷达的总称，它可以在复杂的地杂波环境中检测地面低速运动目标和低空飞行目标，已成为现代战场上不可缺少的重要侦察装备。在和平时期，用来保护国家重点项目、国家边防、防御走私偷渡和恐怖分子[1]。因此战场侦察雷达无论是在战时还是在平时，均对国家安全发挥着重要作用。战场侦察雷达按发射的信号波形可分为连续波体制和脉冲体制2种。连续波战场侦察雷达具备发射功率低、能量低截获和抗杂波能力强的特点，在体积功耗、隐蔽侦察和低慢小目标探测方面，有着明显技术优势[2]。

但目前国内针对连续波战场侦察雷达的产品特点分析、技术发展趋势和工程应用问题等的研究很少。因此，本文对连续波战场监视雷达的技术发展趋势进行了分析，从连续波雷达技术层面重点介绍了多重收发隔离技术、雷达通信一体化技术和高费效比片上雷达技术，为连续波战场侦察雷达的技术研究提供参考。

1 连续波战场侦察雷达发展历程

1.1 早期发展阶段

20世纪40年代后期至70年代中期，该阶段为战场侦察雷达的早期发展阶段，以连续波体制为主，由于技术发展的主要方向为增大雷达侦察范围，提高微波器件功率，而最终出现了以“拉希特”雷达为代表的中程脉冲体制雷达[3]。

早期的战场侦察雷达大多是近程便携式，采用调频连续波体制；主要用在隘口、桥梁和交通要道等重要地点，监视敌方部队的活动情况，侦察的范围比较窄小[4]。随着微波器件功率的增加，中程和远程战场侦察雷达相继发展起来。苏联在60年代初已在陆军部队中装备了“斯纳尔”6型中程战场侦察雷达，扩大了侦察范围。60年代中期，美国研制成功AN/PPS-9近程伪随机编码调相连续波战场侦察雷达，并装备部队。70年代中期，法国研制成功了“拉西特”中程脉冲多普勒战场侦察雷达，为北大西洋公约组织的一些国家地面部队广泛采用[5]。海湾战争中，美国及多国部队使用百余部拉西特侦察雷达，用以监视伊军人员、车辆活动情况，提高了作战效果。我国于60年代初开始研制战场侦察雷达，70年代初开始装备部队。

1.2 快速发展阶段

20世纪80年代中期至21世纪初期，该阶段为战场侦察雷达的快速发展阶段。技术发展的主要方向为固态化和数字化。特别是计算机技术和信号处理技术的迅猛发展和广泛使用，促使地面战场侦察雷达采用更先进的技术，例如相控阵、脉冲压缩、低截获概率和雷达组网等技术，出现了一批性能优良的战场侦察雷达，主要有美国的AR-SS、英国的MSTAR、俄罗斯的FARA-1、德国的BOR-A550、荷兰的SQEIRE和以色列的EL/M-2140NG等。国内研制的主要产品包括JY-17和BAL-210等[6]。

据统计有近20个国家进行战场侦察雷达研制，已知型号超过150种。其中连续波和脉冲2种体制并行发展，主流厂商的雷达产品呈现系列化、专用化。而在中近程防御、低空探测和要地防护等应用领域，连续波战场侦察雷达的轻型化、低截获和抗杂波的技术优势逐渐凸显，占有了较大市场份额[7]。

1.3 新技术发展阶段

当前全球战争形态演变为以局部作战、区域防护和反恐维稳为主。而进入21世纪，低空无人机等新型平台的大量普及并参与作战，并进一步影响作战模式。随着战场侦察的空间变化、新型威胁目标的出现，为新型战场侦察雷达的技术发展带来了机遇和挑战。未来战场侦察雷达将处于新技术发展阶段，随着各种新理论、新方法和新设计的不断引入，技术发展方向将更加多元化。

以战场侦察的空间范围为例，由之前以地面战场为主，涵盖低空、超低空，逐步延伸到近海、近岸和岛礁等区域，甚至拓展至受植被、建筑和舱体等遮掩的隐蔽区域[8]。由此衍生出了低空搜索雷达、岸基监视雷达、岛礁雷达、穿树雷达和穿墙雷达等多种产品形态。

2 连续波战场侦察雷达技术优势

2.1 低功耗和小型化

目前国内外大部分连续波战场侦察雷达的峰值发射功率在百瓦以内，对中型地面车辆(RCS约10 m2)的最大作用距离可达50 km，可满足中近程战场侦察需求。而在同等探测威力下，脉冲体制战场侦察雷达至少在数kW量级。而进一步分别考虑发射机和电源的转换效率，以X频段为例，在目前主流技术水平和一定效费比条件下，发射机功放效率的通常不超过15%，开关电源效率在85%左右，同时假定发射机以外的其他部件(主要包括频综、接收机和信号处理机等)占整机功耗的50%，则可估算出连续波战场侦察雷达发射功率100 W，则整机功耗在1.5 kW左右，而峰值发射功率1 kW的脉冲体制雷达，整机功耗至少为15 kW[9]。因此，连续波战场侦察雷达属于典型的低功耗装备。

尽管仅相差一个数量级水平，但在功耗敏感或电力保障困难的应用场合，连续波战场侦察雷达尤其适用，例如单兵携行或者工作于偏远边境和孤立岛礁。同时系统低功耗意味着设备发热量低、部件寿命长，更加利于小型化和可靠性设计。这对于边境和岛礁环境下的维护周期长和无人值守等需求极为重要。

例如，法国泰利斯荷兰分公司的“护卫”(Squire)是第一部采用调频连续波体制的地面监视雷达，能够探测48 km的移动目标。低功率的FMCW技术提高了雷达的可靠性并能减少辐射危害，适用于多种场合，包括边境监视、重要位置防护、部队防火及战场监视。SQUIRE的小型部件可装在2个背包里携带，包括电池在内的每个背包的重量不超过25 kg。到2013年泰利斯已售出400多部Squire雷达[10]。

2.2 低截获和抗干扰

连续波战场侦察雷达发射功率低，具有天然的能量低截获优势。而低截获通常是抗干扰的重要前提。国外典型的低截获体制雷达，均采用了连续波体制。例如，英格兰Philips实验室和荷兰Signal公司联合研制的“引航”(PILOT)船用导航雷达，于1988年研制成功，是FMCW体制LPI雷达的标志性产品[11]。随后PILOT改名为Scout 雷达。1989年12月交付了第一部Scout产品；1993年12月，Scout雷达被瑞典海军YSM-2000和YSB隐身舰计划选用[12]。工作在X频段，发射功率包括1 W、0.1 W、0.01 W和0.001 W四种。该雷达采用标准天线对抗战术机载ESM(-60 dBmi)时的低截获性能试验数据如表1所示。可见，即使最大发射功率1 W情况下，Scout雷达仍具备良好低截获性，其截获概率因子在0.1以下，达到了超低截获概率雷达的范畴。

表1 Scout雷达低截获性能试验数据

而另一方面采用大时宽信号，更利于调制宽带波形，实现信号低截获。例如采用伪随机码调相波形的连续波战场侦察雷达，发射与通信信号类似的扩频信号，使得雷达侦收机难以实现信号分选。此外，还包括Frank码、P3/ P4多相码等更为复杂的连续波雷达波形。

2.3 低慢小目标检测

低慢小目标的检测一直以来都是雷达探测领域的需要克服的技术难点。尤其在低空和超低空目标探测方面，来自小型无人机的威胁越来越多。低慢小目标的检测的难点来自两方面：首先目标的雷达散射截面积小，不利于雷达探测；其次目标受地物杂波遮蔽，不易分辨[13]。而连续波雷达在两方面具备优势，首先在同等功率条件下，连续波雷达照射目标的积累时间更长，得到更大信噪比增益。其次，连续波雷达发射信号无时宽限制，多普勒频谱分辨力高，以伪随机码调相连续波雷达为例，其多普勒分辨力可达几赫兹量级[14]。在严重地杂波环境下，通过多普勒高分辨能力，并结合超杂波检测技术，可实现低慢小目标杂波下可见，而不引入杂波导致的虚警[15]。

以国内某连续波侦察雷达为例，采用LFMCW发射信号，对尺寸20 cm的微型四旋翼无人机进行探测，探测距离可达到5 km以上，而虚警率则低于1次/24 h。该雷达对微型旋翼无人机探测的航迹如图1所示，发射功率仅2 W。微型旋翼无人机探测的试验场景如图2所示。可见，该试验过程属于典型的低慢小目标探测，在复杂地杂波环境下，该连续波雷达获得了微型旋翼无人机的稳定轨迹，且几乎不存在虚警。

图1 连续波侦察雷达对微型旋翼无人机的探测航迹

图2 连续波侦察雷达微型旋翼无人机探测试验场景

3 连续波战场侦察雷达技术发展趋势

随着战场需求演变和牵引，连续波战场侦察雷达的技术优势凸显；而雷达及相关领域的技术革新，也进一步推动了连续波战场侦察雷达的技术发展。从雷达通用技术而言，例如相控阵技术、数字波束形成技术和抗有源干扰等，也代表了连续波战场侦察雷达的重要技术发展方向[16]，本文不再赘述。本文重点从连续波雷达技术层面，分析连续波战场侦察雷达的技术发展趋势。此外，连续波雷达在民用应用广范，随着近几年无人机自主导航、汽车自动驾驶的迅速发展，民用连续波雷达在毫米波雷达技术和芯片化雷达方面取得了重要突破[17]。在军民融合的政策背景下，关注民用连续波雷达技术进步和发展并进行成果转化，对连续波战场侦察雷达的发展尤为重要。

3.1 多重收发隔离技术

连续波战场侦察雷达最大短板在于侦察距离受限，不能满足中远程侦察需求[18]。根本原因在于连续波体制收发同时所导致的信号泄漏，对接信道形成严重干扰，使得发射功率受限，影响雷达威力。连续波雷达收发隔离技术，是解决该问题的主要技术手段。理论上连续波雷达收发隔离度每提高12 dB，雷达威力可提高1倍。因此收发隔离技术一直以来都是连续波雷达发展的核心技术[19]。

传统收发隔离技术以空间隔离为主，通常采用收发天线分置方式提高隔离度。以X频段雷达为例，空间隔离度最高在80 dB左右，可提升的空间有限。近几年以采取相位隔离方式的信号对消技术再次受到关注，其中包括射频对消、中频对消和基带对消等多种技术途径。例如，中国电科五十四所研制的X频段射频对消器，对100 MHz带宽的连续波雷达信号，可达到20 dB以上隔离度改善，并已在实际产品中应用。

从连续波战场侦察雷达系统设计角度而言，综合采用多重收发隔离技术，是未来提高连续波战场侦察雷达探测范围的主要技术手段。

3.2 雷达通信一体化技术

雷达通信一体化技术从系统设计角度把数据链和雷达进一步结合，合理分配射频资源、高效利用辐射孔径和软硬件，构建一条宽频带、高增益的雷达孔径数据链，能够实现装备的通用化、小型化和多功能化，拓展装备的应用领域，提高装备的作战效能。特别是对于战场隐蔽探测、多部雷达宽带组网、雷达与武器平台协同打击等应用领域，具有重要意义[20]。

雷达通信一体化可以分为时分体制、分波束体制、雷达和通信波形叠加合成体制以及共波形体制。前3种体制均存在分割发射功率，影响探测效率的缺点。共波形体制不存在分时和分割发射功率的问题，在实现探测功能的同时进行高速数传方面具备优势。而共波形体制必须同时考虑所设计波形的通信能力和探测能力。通信系统通常采用连续波体制，避免了脉冲体制时隙对通信速率的损失。发射功率为毫瓦至百瓦级，均与连续波体制雷达相似，相较脉冲雷达，连续波雷达具有体制优势[21]。

雷达通信一体化技术虽然在军用领域发展数十年，但国内外实际装备并不多。目前最新的报道来自Christian Sturm等人采用连续波体制，应用OFDM波形设计了共波形的车载雷达通信一体化系统，并搭建了原理样机并在实际场景进行了试验验证。距离分辨率为1.6 m，通信速率可达80 Mbps[22]。车载雷达通信一体化系统试验获得的二维距离-速度数据如图3所示。车载雷达通信一体化系统实际公路场景照片如图4所示。探测性能和实际目标场景匹配良好。该技术进展对军用雷达通信一体化技术的发展具有重要参考意义。

图3 车载雷达通信一体化系统二维距离-速度数据

图4 车载雷达通信一体化系统实际公路场景

3.3 高效费比片上雷达技术

未来战场中“轻小慢”无人作战系统泛在化应用给战场威胁感知带来巨大挑战，迫切需要发展具有相应泛在化能力的战场侦察技术[23]。随着战争理念的发展，传统强大的单体作战单元正在向小而多的集群作战转变[24]，传统战场侦察雷达系统不满足泛在化应用的条件，因此具备体积小、功耗低、成本低和集成度高等优势的片上雷达系统倍受关注。军事领域迫切需要高性能的片上雷达系统以满足泛在化探测等作战需求。

现有片上雷达多应用于汽车雷达等民用领域，2010年以来除英飞凌和飞思卡尔等传统汽车雷达套片供应商外，国内也涌现出大量企业参与研制，并有望在今后2～3年内实现24 GHz和77 GHz频段的国产汽车雷达套片，均采用连续波雷达体制。而在成本方面，一组汽车雷达套片的价格可低至几十元。在借鉴民用汽车雷达成果基础上，开发高效费比的军用片上雷达系统，结合连续波战场雷达技术，有望实现高消费比、泛在化的片上雷达系统。但目前汽车雷达解决方案，作用距离为30～300 m，在集成度、发射功率和功能等方面也存在较大差距。

目前国外最新的研究进展包括：2015年比利时微电子研究中心和日本松下公司联合研制的79 GHz相位调制连续波雷达收发机芯片，采用28 nm CMOS技术，功耗小于260 mW，发射机功率大于11 dBm，分辨率可达7.5 cm。2016年，新加坡南洋技术大学开发的片上雷达系统，采用65 nm CMOS工艺，Ku波段FMCW体制，集成信号发生器、发射机、接收机、ADC及解码处理，单片尺寸小于10 mm2，功耗小于200 mW，分辨率可达20 cm，按照3 cm×4 cm×5 cm封装，封装后整个系统总重低于100 g，该系统计划搭载到无人机、地面车辆或卫星上用于SAR成像。基于这种片上雷达系统，一种10×10组合的片上相控阵雷达系统正在开发中。

4 结束语

连续波战场侦察雷达在低功耗小型化、低截获抗干扰、低慢小目标探测等方面存在明显技术优势。在战场侦察需求的演变和军民技术不断融合的背景下，未来几年的技术发展趋势在于多重收发隔离、雷达通信一体化和高效费比片上雷达等方面。因此，可以展望未来连续波战场侦察雷达技术也将获得迅速发展，甚至有望出现改变当前作战模式的新型战场侦察雷达。

但也面临着众多技术挑战，例如在多重收发隔离方面，多级对消技术的理论分析和建模极为困难，进而限制了工程应用。在雷达通信一体化方面最大的技术难点在于一体化波形设计，多数文献的研究结果表明，波形设计中通信带宽和雷达威力互为矛盾，雷达和通信的性能很难兼顾。而在片上雷达方面，毫米波片上雷达主要集中在民用领域，作用距离有限，无法满足战场侦察需求。因此建议连续波雷达相关研究人员针对上述领域存在的技术问题，开展深入研究。

[1] 熊 峰．战场侦察雷达技术概述[J].电视技术，2007，47(2):6-11.

[2] 郑志宽，何 强，韩壮志．战场侦察雷达的研究与发展[J].飞航导弹，2013(10)：75-79.

[3] 丁鹭飞，耿富录．雷达原理(第3版)[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2005：211-217．

[4] 王洪先，寇朋韬．LPI雷达技术及其在战场侦察雷达上的应用[J]．火控雷达技术，2006，35(3)：30-34．

[5] 张光义．相控阵雷达系统[M]．北京：国防工业出版社，2000：159-222．

[6] 中航雷达与电子设备研究院．雷达系统[M]．北京：国防工业出版社,2005．

[7] 李 宏，扬英科，薛 冰．雷达信号处理MTI/MTD性能分析与功能测试[J]．计量与测试技术，2003，30(5)：30-32．

[8] 戴庆芬,罗巧云.机载战场侦察MTD雷达运动补偿技术评述[J].电讯技术,1995,35(2)49-59.

[9] LAN N U,SLOAN R.Broadband Millimeterwave Suspended Microstrip Antenna Array[C]∥IEEE APS IntSymp 2003.(Vo.l 1).IEEE,2003:281-291.

[10] Samue l Blackman,Robert Popoli Design and Analysis of Modern Tracking Systems[M].London:Artech House,1999.

[11] 罗 样．世界地面雷达手册[M]．北京:国防工业出版社，2005.

[12] 朱华邦，杜 娟．“四大威胁”环境下雷达生存与对抗技术浅析[J]．飞航导弹，2005(1):61-64.

[13] 兰俊杰，陈 蓓，徐廷新．组网雷达发展现状及其干扰技术[J]．飞航导弹，2009(12):39-41.

[14] YAMAUCHI B，ROBOT Rs，ROBOT C．All-weather Perception for Man-portable Robots Using Ultra-wideband Radar．Robotics and Automation(ICRA)[C]∥IEEE International Conference，2010.

[15] 魏贵玲，段成丽，张文元，等．一种便携式侦察雷达伺服系统的设计[J]．压电与声光，2012，34(2):197-200.

[16] 田兆春,牛 杰.战场侦察雷达装备与应用[M].沈阳:白山出版社,2002.

[17] 刘国岁.随机信号雷达与“四抗”技术[C]∥21世纪我国雷达发展研讨会论文集，2000:263-271.

[18] 张锡熊.低截获概率(LPI)雷达的发展[J].现代雷达,2003，25(12):1-4.

[19] 黄 建.低截获概率雷达研究[M].南京理工大学,2004.

[20] SCHLEHER D C.LPI Radar:Factor Fiction[J].IEEE A&E System Magazine,2006,21(5):3-6

[21] 杜川华，龚耀寰.LFMCW 雷达的距离/多普勒处理[J].电子科技大学学报,2004(2):27-30.

[22] STURM C,WIESBECK W.Waveform Design and Signal Processing Aspects for Fusion of Wireless Communications and Radar Sensing[J].Proceedings of the IEEE,2011,99(7):1 236-1 259.

[23] TIGREK R F.Multi-carrier Radar Waveform Schemes for Range and Doppler Processing[C]∥International Radar Conf.，2009:1-5

[24] 李朝伟，周希元.雷达通信信号侦察一体化技术[J].舰船电子对抗，2008，32(2)：5-11.

Review of Development of CW Battlefield Surveillance Radar Technology

CHEN Li1,WEN Bo2,LI Xin-xin2,ZHANG Chi2

(1.LandArmyoftheBeijingMilitaryRepresentativesBureau,TheOfficeinShijiazhuang,ShijiazhuangHebei050081,China；2.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

Continuous wave(CW) radar,with numerous advantages including low power,LPI and high anti-clutter ability,has been widely used in ground surveillance,low altitude search,land protection and other areas.The development of the CW Battlefield Surveillance Radar is introduced and its technical advantage is then analyzed.The analysis shows the CW Battlefield Surveillance Radar has obvious advantages in low-power and miniaturization,low probability interception and anti-interference,detection of LSS-target.According the latest domestic and foreign research,the technology trend of the CW Battlefield Surveillance Radar is proposed.Finally,its future technical prospects are suggested.

battlefield surveillance radar;continuous wave radar;pulse radar

2017-03-01

海洋公益性行业科研专项基金资助项目(201505002)。

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.06.16

陈 黎，温 博，李新欣，等.连续波战场侦察雷达技术发展综述[J].无线电工程,2017,47(6):65-69.[CHEN Li,WEN Bo,LI Xin-xin,et al.Review of Development of CW Battlefield Surveillance Radar Technology[J].Radio Engineering,2017,47(6):65-69.]

TN957.51

A

1003-3106(2017)06-0065-05

陈 黎 男,(1977—),工程师。主要研究方向：雷达和测控技术。

温 博 男，(1985—)，高级工程师。主要研究方向：雷达系统和信号处理技术。