无源探测技术分析与展望

仲维彬

无源探测技术分析与展望

仲维彬

（海军装备部）

无源探测系统主要利用目标自身辐射的信号或者其反射外辐射源的信号进行探测，可在自身不辐射电磁信号的情况下执行隐蔽探测任务，天然具备反辐射攻击的优势，因其特殊的工作体制和良好的探测性能使之成为了探测技术研究领域的重点和热点。首先对无源探测技术的主要手段与研究现状进行了介绍，并分析了该技术领域内的关键技术，最后对无源探测技术的未来发展趋势进行了展望。

无源探测系统；隐蔽探测；反辐射攻击

0 引言

现代战争中，制信息权已成为赢得战争胜利的关键。随着高科技武器装备的不断涌现，尤其是四代隐身作战飞机、电子战飞机和反辐射导弹等新一代高精度打击武器，具有速度快、隐身性强、破坏威力大的特点。典型的有源探测系统面临着电子侦察、电子干扰、隐身技术以及反辐射导弹的四大威胁，难以满足对抗高强度武器打击的需要[1]。在越来越强调电磁频谱争夺的趋势下，研制具有对抗上述威胁的无源探测系统具有重要的战略意义。顾名思义，无源探测系统自身不发射信号，而是通过接收空间中的电磁波信号进行目标探测定位。古人云：“善藏者，人不可知。能知者，人无以藏”，无源探测技术的工作原理及运作方式完美地演绎了这句古语。无源探测系统在兼顾有源系统探测能力的同时具有较强的隐蔽性，“三反一抗”能力大大提升，因此无源探测技术已成为有源探测系统的有效补充手段，是探测技术领域的研究热点[2-4]。

无源探测技术主要包括两种技术手段：电子侦察技术和外辐射源探测技术。电子侦察技术通过无源天线接收侦察环境中各辐射源发射的雷达、通信和光电等信号，并利用信号检测识别对关注的目标信号进行测量分析，提取出信号参数、目标位置等有用信息；外辐射源探测技术的基本思想是利用战场环境中各方辐射源发射的直达波作为参考，同时接收该信号经目标反射后的回波信号，利用信号处理的方法实现目标探测与跟踪，其本质是非合作双基地雷达。可以看出，两种技术手段同属于无源探测范畴，通过不同技术角度对探测范围内的电磁环境和目标特征等信息进行探测，为作战系统提供战场情报信息和决策依据。本文围绕这两种技术手段对无源探测技术的研究现状和关键技术等方面进行了分析，并对未来无源探测技术的发展趋势进行了展望。

1 国外典型的无源探测系统

随着电子对抗技术、隐身技术及低空突防技术的迅猛发展，有源探测系统的生存空间及探测性能面临严峻的挑战，由于无源探测技术可以实现隐蔽探测和先敌攻击，成为各军事强国的重点发展方向之一。

1.1 捷克“维拉”-E无源探测系统

“维拉”-E电子情报以及无源（被动）监视系统[5]由捷克共和国ERA雷达技术公司研制，被定义为电子情报以及无源（被动）监视系统，如图1所示。该系统曾因在南联盟击落美军F-117A“夜鹰”隐形战机的战斗中发挥了重要作用而名噪一时。其侦察接收天线尺寸（高度×直径）为2 m×0.9 m，重约300 kg，采用24 V直流电，功耗250 W。天线具有极高的灵敏度，工作频段内信号截获概率高。该系统能接收、处理和识别各类平台的雷达信号、电子干扰信号、敌我识别信号、战术无线电导航系统信号、数据链信号、二次监视雷达信号和航空管制信号等。该系统利用电磁信号到达各站点的时间差进行目标定位，最远侦测距离可以达到450 km，可同时跟踪200个目标。可接收信号频率范围约在50 MHz～18 GHz，其工作频段涵盖了调频广播、数字电视无线信号、航空通信、无线电通信、无线网络信号、雷达及人造卫星信号等用途的无线电信号。

除了“维拉”-E无源侦察系统，“维拉”系列产品还包括“维拉”-AP、“维拉”-P3D、“维拉”-HME、“维拉”-ADSB、“维拉”-ASCS等，每个系统都各有特色，性能指标如表1所示。

1.2 俄罗斯“卡尔秋塔”无源探测系统

俄罗斯“卡尔秋塔”无源探测系统[6]由三个工作站组成，三站中的一个站可作为定位系统的功能控制站，它可以接收、分析与识别多种平台电子设备的辐射信号，可监测的电子设备包括“爱国者”、“拉尔斯”、“霍克”、“奈基”等地空导弹系统、E-2和E-3A预警机的机载雷达、多功能火控雷达、对空和对舰远程预警雷达、空中交通管制系统、敌我识别系统以及导航系统。

该系统既可配置在早期预警系统中协同使用，也可独立工作。在早期预警系统中它可探测单个和多批空中目标，并确定其飞行方向，探测距离可达650 km（包括低空目标）；在独立工作状态下，该系统可对150 km×600 km（宽×纵深）范围内辐射源的坐标、类型和机动路线进行探测。其主要技术指标如表2所示。

表2 “卡尔秋塔”无源探测系统主要技术指标

1.3 乌克兰“铠甲”无源定位系统

乌克兰“铠甲”无源定位系统属于多站雷达体系组合模式，一个完整作战单元由三个雷达站构成，工作频段覆盖0.1～18 GHz，可接收和分析飞机战术导航、雷达高度计、多普勒雷达、火控雷达、通信和敌我识别系统发出的电磁信号，同时跟踪40个目标，对飞机、直升机的探测和识别率为90%。如图2所示。

图2 乌克兰“铠甲”无源定位系统

乌克兰“铠甲”无源定位系统的对空探测威力为800 km，具有多目标信号特征数据库，存有300多种无线电发射器信号以及每种无线电发射器的500种以上的特定信号，目标识别能力很强。其数字计算机处理系统可测量、比对、分析多达40种不同目标辐射源的信号，能准确识别各种空中、地面或海面目标。

1.4 美国“沉默哨兵”无源定位系统

“沉默哨兵”（Silent Sentry TM System）是美国洛克希德·马丁公司向美国空军提供的一套非合作无源定位（Non-cooperative Passive Location，NPL）系统[7]，该系统是目前世界上最先进的外辐射源探测体制的无源定位系统，能够利用无线电广播和电视广播信号等民用信号对导弹、飞机、舰船等目标进行探测与跟踪。根据站点架设情况，可分为固定站系统（Fixed Station System，FSS V2.4.1F）和快速部署系统（Rapid Deployment System，RDS V2.4.1D）。下面分别对两种系统的主要性能进行介绍。

1）固定站系统

固定站系统可跟踪的目标主要包括固定翼军用/民用飞机、旋翼飞机（直升机）、遥控飞行器（Remotely Piloted Vehicle，RPV）和无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）等。

固定站系统的相控阵天线如图3所示，安装在建筑物上利用数字波束形成技术实现探测范围全覆盖。该天线采用市售部件，系统成本低，天线阵尺寸2.3×2.5 m2。固定站系统的主要性能参数如表3所示。

图3 安装在建筑物上的“沉默哨兵”固定站系统

表3 “沉默哨兵”固定站系统的主要性能参数

2）快速部署系统

“沉默哨兵”快速部署系统结构坚固，具备机动、快速安装的特性，可应用于需要频繁部署的军事和科研领域。可利用多种照射源对空中目标进行实时二维跟踪和监视、分析过程的三维跟踪和监视，可实现全空域连续覆盖，系统配有的高速磁带记录系统使其具有全面的记录与重放能力。“沉默哨兵”快速部署系统如图4所示。

图4 “沉默哨兵”快速部署系统

“沉默哨兵”快速部署系统可跟踪的目标有固定翼军用/民用飞机、旋翼飞机（直升机）、RPV、UAV等。“沉默哨兵”快速部署系统的主要性能参数如表4所示。

表4 “沉默哨兵”快速部署系统的主要性能参数

2 无源探测系统关键技术

2.1 直达波、地杂波和多径杂波的抑制

无源探测系统利用的机会辐射源多为连续波工作体制，直达波信号幅度高，多路径传播效应明显，导致回波接收天线收到的杂波较强，回波信号和杂波信号的功率相差60～140 dB，信号经相干匹配滤波后距离—多普勒副瓣仍然很高，导致远距离动目标的微弱回波信号被淹没，因此需要在信号处理前进行杂波抑制才能探测到目标。杂波抑制的方法有很多种，例如通过优化系统配置、天线设计、部署位置选择、信号处理等手段，同时结合较低的接收通道幅相误差来克服杂波对消剩余对目标探测性能的影响。

2.2 微弱目标信号检测

微弱目标信号检测[8]通常利用相干接收（脉冲压缩）技术来实现。为了实现更远的探测威力，需要对回波信号进行长时间相干积累来提高信杂比。通道误差是另一个制约杂波抑制性能的因素，因此长时间积累目标回波信号是必需的。选择积累时长时应同步考虑目标的距离走动、多普勒走动以及运算复杂度与设备量的折衷等问题。

2.3 目标定位方法

目前无源探测系统主要采用以下三种定位 方法：

1）双曲面定位法：利用辐射源信号到达多个接收站的时间差进行定位，此类定位系统的接收站数量应超过四个。

2）三角形定位法：通过多个接收站测量出的目标到达角对目标进行定位。

3）差分多普勒定位法：通过单个接收站相对目标运动的多普勒频移对目标进行定位。除此之外，近年来又有新的定位方法被提出，例如利用单个接收机站测量，并借助若干个虚拟的接收站在已知的不同位置上进行多个测量，再利用三角形定位法对目标定位，从而确定目标的距离、航向、速度和 高度。

2.4 接收站的布置与辐射源的选取

无源探测系统可通过分置的多个接收站点对目标进行联合探测，以提高其探测性能。无源探测的性能与接收站及辐射源位置有着极为密切的关系。如何在保证探测指标的同时，通过优化配置接收站点的几何网络结构，达到探测性能最优化是无源探测技术中的重要研究课题，待优化指标通常包括为探测威力、检测概率、跟踪精度等。辐射源也要尽可能选取能够精确测知辐射源的工作频率、相位变化规律等参数的，接收站尽可能与辐射源保持50～100 km的间距，同时频点应避免与其他辐射源重复。

3 无源探测技术的发展趋势

无源探测技术的发展趋势除了算法优化，改善自身探测性能外，势必要集众家之长，与其他平台和技术相融合，进一步提升探测性能。

3.1 扩展可用外部辐射源的种类

随着信息科学技术的飞速发展，可用于无源探测的外部辐射源数量和种类都将日渐增多。从早期的调频广播信号、电视广播信号到现在的通信信号、卫星信号、雷达信号，以及其他的可用辐射源。为了提高无源探测系统的探测能力，有必要对可用外部辐射源的种类进行扩展，对现有的无源探测方法进行优化，提出更加行之有效的探测方法，无源探测系统的信息处理能力也将成倍增加。

3.2 无源探测成像

成像技术是提升目标发现、识别和分析能力的重要手段之一，未来无源探测技术也将向成像领域进行发展。由于无源探测成像技术能够实现前出隐蔽探测，同时具备前向探测隐身目标的潜力，近年来受到越来越多科研机构的重视。无源探测成像技术需要解决的关键问题主要包括同步技术和高分辨成像技术，目前广大学者对无源探测成像技术进行了初步研究，也取得了一定的成果，但仍处于初始发展阶段，主要停留在理论层面，需要开展更广泛的工程实践探索。

3.3 不同平台无源探测系统的组网

无源探测系统组网可以分为无源组网和有源无源联合组网。无源组网可以组成一个全覆盖的隐蔽探测网络，全天候提供目标情报信息。有源无源联合组网可以综合各自的优点，利用有源探测系统的主动性和无源探测系统的被动带宽工作特性，避免无线电静默和无源探测精度不高的问题，将两者融为一体起到取长补短的作用，既可以提高无源探测系统的利用率，也可增强有源探测系统的隐蔽性和生存能力。

4 结语

无源探测系统在抗电磁干扰、抗打击摧毁、隐身目标探测等预警探测新要求下具备独特优势，得到了各军事强国的广泛关注。因此，有必要不断跟踪国外发展动向，充分借鉴其研究成果，立足国内研究基础，大力发展无源探测技术，构建有源无源组网综合探测系统。这对于贯彻中央军委在现代高技术局部战争条件下“打得赢”的决策精神，发展自己的“杀手锏”武器具有重要意义。

[1] Howland，P.E. Target tracking using television-based bistatic radar. Radar，Sonar and Navigation[J]. USA：IEEE，1999，146（3）：166-174.

[2] Griffths H.D，Long，N.R.W. Television based bistatic radar [J]. IEEE Proc. F，Commun. Radar Signal Process. USA：IEEE，1986，133（7）：649- 657.

[3] 罗巧云，高勇强. 无源雷达技术的发展[J]. 现代军事，2006（4）：58- 60.

[4] J.D.Sahr，F.D.Lind. The Manastash Ridge：A passive bistatic radar for upper atmospheric radio science[J]. Radio Sci. 1997，32：2345-2358.

[5] Fan M. M，Ding X. X，Liao D. P，et.al. Recent Researches on Passive Radar Based on Opportunity Illuminator[J]. Electronics Optics and Control，2011，19（8）：103-107.

[6] 刘金荣，王蕾，王俊. 基于外辐射源的反辐射导弹检测技术[J]. 火控雷达技术，2009，38（1）：26-29+39.

[7] 王腾朝，杨靖雯，赵杭生，等. “沉默哨兵”系统及其核心技术[J]. 军事通信技术，2009，30（4）：89-93.

[8] 李小捷. 弱信号环境下的GNSS信号捕获技术研究[D]. 西安：西安电子科技大学，2012.

Analysis and Prospect of Passive Detection Technology

ZHONG Weibin

Passive detection system mainly utilizes signals radiated by the target itself or reflected from external radiation sources for detection. It can perform covert detection tasks without radiating electromagnetic signals, naturally possessing the advantage of anti-radiation attacks. Its special working system and good detection performance make it the focus and hotspot in the field of detection technology research. The thesis introduces the main methods and research status of passive detection technology firstly, analyzes the key technologies in this field, and prospects the future development trend of passive detection technology finally.

Passive Detection System; Covert Detection; Anti-radiation Attack

TN953

A

1674-7976-(2023)-05-376-05

2023-07-06。

仲维彬（1977.05—），江苏海安人，硕士，高级工程师，主要研究方向为信息装备技术研究。