一文解讀米波雷達(dá)面臨世界性難題及解決對(duì)策

米波雷達(dá)的性能概述

在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，為了使陸軍防空部隊(duì)有效的掌握空中態(tài)勢(shì)感知情報(bào)，探測(cè)雷達(dá)必須具備以下一些性能：

第一，能探測(cè)到各種類型的空中目標(biāo)，如有人駕駛飛機(jī)、無人駕駛飛機(jī)、導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、高精度武器等等；

第二，探測(cè)距離足夠遠(yuǎn)；

第三，探測(cè)高度涵蓋所有空域，包括超低空、低空、中空、高空等等；第四，測(cè)量精度高，能準(zhǔn)確測(cè)定空中目標(biāo)的坐標(biāo)和飛行彈道；

第五，雷達(dá)信息數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸性能穩(wěn)定；

第六，具備強(qiáng)大的抗干擾能力，既能應(yīng)付主動(dòng)干擾，也能應(yīng)對(duì)被動(dòng)干擾；

第七，擁有一定的抗打擊能力，可有效應(yīng)對(duì)敵高精度武器的“點(diǎn)穴”式攻擊。

對(duì)陸軍防空部隊(duì)來說，要想大幅提升陸基探測(cè)雷達(dá)的生存能力，就必須使雷達(dá)具備應(yīng)對(duì)敵高精度武器打擊的能力，而要做到這一點(diǎn)，最好的辦法就是增強(qiáng)陸基探測(cè)雷達(dá)的機(jī)動(dòng)能力，即：減少探測(cè)雷達(dá)載車的數(shù)量，縮短雷達(dá)陣地展開和撤離的時(shí)間。

與高頻雷達(dá)相比，米波雷達(dá)雖然在提升機(jī)動(dòng)能力方面所面臨的困難要更多一些，但米波雷達(dá)卻具備其他高頻雷達(dá)所沒有的一些優(yōu)點(diǎn)，如：探測(cè)范圍廣；探測(cè)性能強(qiáng)；能有效增強(qiáng)空中目標(biāo)的雷達(dá)反射截面，這點(diǎn)對(duì)小型空中目標(biāo)和隱形空中目標(biāo)尤其有效；由于天線方向圖受二次輻射（特別是在輻射徑向上）的曲折度不大，因此接收空中目標(biāo)的反射信號(hào)波動(dòng)很??；水文氣象條件對(duì)米波雷達(dá)的影響幾乎沒有，在很大程度上減輕了米波雷達(dá)對(duì)天氣條件的依賴；減少了探測(cè)死角，在樹木茂盛地帶的探測(cè)能力明顯增強(qiáng)等等。此外，反雷達(dá)武器、干擾設(shè)備和隱形技術(shù)在研發(fā)過程中遇到了諸多困難，進(jìn)展緩慢，這就從客觀上決定了米波雷達(dá)在防空和民航方面有很廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景，它探測(cè)距離遠(yuǎn)，測(cè)量精度高，目標(biāo)跟蹤穩(wěn)定性強(qiáng)，可在復(fù)雜的氣候條件下高質(zhì)量的完成空情態(tài)勢(shì)感知任務(wù)，是國(guó)家安全領(lǐng)域一件高效的防衛(wèi)利器。

米波雷達(dá)工作原理

隱身戰(zhàn)機(jī)主要通過外形的隱身設(shè)計(jì)和吸波涂層降低雷達(dá)的可探測(cè)。但就目前所有隱身戰(zhàn)機(jī)而言，仍然無法實(shí)現(xiàn)全方位和全電磁波段的所謂“全隱身”能力，特別是當(dāng)戰(zhàn)機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，掛載的導(dǎo)彈或者外部油箱等不具備隱身性能，大大增加了戰(zhàn)機(jī)被雷達(dá)探測(cè)到的可能性。而即便沒有外掛，隱身戰(zhàn)機(jī)也只有前部和腹部可實(shí)現(xiàn)對(duì)微波雷達(dá)的隱身，其隱身的電磁波段大都在0.3~29GHZ范圍，而米波雷達(dá)恰好避開了隱身戰(zhàn)機(jī)的隱身波段，這成為它能探測(cè)到隱身戰(zhàn)機(jī)的原因所在。

正是因?yàn)槊撞ɡ走_(dá)“天然”擁有發(fā)現(xiàn)隱身戰(zhàn)機(jī)的“專長(zhǎng)”，其探測(cè)距離較遠(yuǎn)，體積重量也都不大，而且受天氣條件的影響小，電子對(duì)抗能力強(qiáng)，適宜放置在陸基、?；涂栈脚_(tái)上機(jī)動(dòng)部署，因此許多軍事專業(yè)人士認(rèn)為，相比之下，米波雷達(dá)的綜合優(yōu)勢(shì)更好，理應(yīng)承擔(dān)反隱身戰(zhàn)機(jī)的重任。不過，傳統(tǒng)的米波雷達(dá)多使用簡(jiǎn)單的八木天線或老式網(wǎng)狀天線，缺點(diǎn)在于分辨率差，探測(cè)精度低、不能測(cè)高、目標(biāo)識(shí)別能力有限，而且由于不易消除地面反射波的影響，導(dǎo)致其低空探測(cè)能力弱、覆蓋空域不連續(xù)、抗干擾能力不足、陣地適應(yīng)性差。而這些問題也正是導(dǎo)致米波雷達(dá)發(fā)展一度停滯不前的重要原因，也決定了如不加以改進(jìn)的話，米波雷達(dá)“視力”不提高，只能側(cè)重于防空警戒，不能用于武器引導(dǎo)，無法對(duì)隱身戰(zhàn)機(jī)提供高質(zhì)量的追蹤，難以成為當(dāng)前反隱身戰(zhàn)機(jī)中的核心雷達(dá)。

米波雷達(dá)面臨世界性難題及解決方法

為了解決米波雷達(dá)難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和識(shí)別問題，吳劍旗將米波雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來，創(chuàng)立了相控陣米波雷達(dá)，使用電掃代替機(jī)掃，使得米波雷達(dá)能生成具有特定波形、頻率、極化特征的電磁信號(hào)，在雷達(dá)接收機(jī)中使用更先進(jìn)的識(shí)別算法對(duì)反射回來的信號(hào)進(jìn)行特征識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了在空中的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)和目標(biāo)識(shí)別。從YLC-8B在巴黎航展上的照片可以看出，該雷達(dá)的確是采用了相控陣設(shè)計(jì)體制，擁有約1000個(gè)T/R組件。

獨(dú)立波束實(shí)施掃描：

吳劍旗團(tuán)隊(duì)利用了相控陣?yán)走_(dá)可以同時(shí)發(fā)射不同類型波束的特點(diǎn)，在不同的地形方向發(fā)射特征不同的獨(dú)立波束實(shí)施掃描。這些波束是獨(dú)立的，在頻率、波形上完全不同，且波束寬度都很窄，多個(gè)波束分別掃描不同空域時(shí)就彌補(bǔ)了波瓣分類形成的波束凹口。

此外，多徑反射信號(hào)返回雷達(dá)天線，也有很大概率不會(huì)回到發(fā)射它的那個(gè)波束中去，且能被識(shí)別出來，這樣就極大的降低了多徑信號(hào)的干擾。假設(shè)有10個(gè)波束信號(hào)，編號(hào)分別是1都10，每個(gè)波束信號(hào)的特征都能被識(shí)別出來，且負(fù)責(zé)不同空域，1號(hào)波束信號(hào)經(jīng)過打地反射后只有10%的概率進(jìn)入1號(hào)波束的雷達(dá)入口，90%可以被識(shí)別出來。

提出地形參數(shù)匹配最大似然測(cè)高算法：

解決測(cè)高問題要比解決威力區(qū)不連續(xù)的問題復(fù)雜一些，這是因?yàn)槟繕?biāo)在高空和低空時(shí)測(cè)高解決方案完全不同，在高空時(shí)，解決方案可以使用威力區(qū)不連續(xù)的方法。而在低空時(shí)，由于地形復(fù)雜，多徑信號(hào)和反射信號(hào)交織，往往會(huì)產(chǎn)生較大的雜波，多個(gè)獨(dú)立波束掃描的方法可以提升一定的測(cè)高性能，卻不能達(dá)到理想狀態(tài)。

為了解決這一問題，吳劍旗團(tuán)隊(duì)提出了一種名為地形參數(shù)匹配的最大似然測(cè)高算法。這種算法的本質(zhì)是對(duì)雷達(dá)陣地進(jìn)行精確建模，由于雷達(dá)一般都部署于選定的固定的幾個(gè)陣地，戰(zhàn)時(shí)機(jī)動(dòng)也無非就是在這幾個(gè)陣地來回切換，因此就有在這幾個(gè)陣地事先建模的條件。通過對(duì)雷達(dá)陣地周圍環(huán)境的精確測(cè)量，得到米波雷達(dá)在周圍地形下每個(gè)反射點(diǎn)的起伏信息，進(jìn)而將這些信息計(jì)算為路徑差和多徑因子。將雷達(dá)布設(shè)在該陣地上進(jìn)行實(shí)際使用，將實(shí)際使用后的測(cè)高結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比進(jìn)而修正路徑差和多徑因子，通過多次修正，這些參數(shù)就能能自動(dòng)修正探測(cè)結(jié)果，將正確目標(biāo)高度信息返回到雷達(dá)顯示屏。

這種方法在較為平臺(tái)的陣地上使用時(shí)效果極佳。但在起伏較大的復(fù)雜地形使用時(shí)效果稍弱，為此，吳劍旗團(tuán)隊(duì)又提出了一種基于自適應(yīng)波束形成的測(cè)高方法。這種方法是設(shè)計(jì)一種主動(dòng)對(duì)消的雷達(dá)波束，將目標(biāo)直達(dá)回波和反射多徑回波視為兩個(gè)位置方向的旁瓣干擾，在雷達(dá)測(cè)高時(shí)，使用主動(dòng)對(duì)消的雷達(dá)波束和這兩個(gè)波束實(shí)施對(duì)消，對(duì)消效果最好的方向即為回波信號(hào)和多徑信號(hào)的真實(shí)到達(dá)角，通過該角度即可算出目標(biāo)的真實(shí)高度。

提出兩種解決抗干擾能力方法：

第一是盡量在作戰(zhàn)環(huán)境中使用電磁頻譜管制，同時(shí)讓雷達(dá)工作頻率避開主要的軍用通信和民用電臺(tái)頻段，不至于出現(xiàn)干擾。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的米波雷達(dá)所在的30～300Mhz高頻段（HF）往往難以滿足抗干擾需求，而如將頻段稍降，設(shè)計(jì)在高頻HF波段和甚高頻UHF之間的300Mhz左右，則既能避免大多數(shù)干擾，又能提高雷達(dá)的探測(cè)精度、刷新頻率和捷變頻空間，而對(duì)雷達(dá)探測(cè)隱身飛機(jī)的能力影響并不明顯。因此先進(jìn)米波雷達(dá)的波長(zhǎng)嚴(yán)格的說是在米波和分米波之間。

第二是采取多域抗干擾的方式實(shí)施信號(hào)處理。多域手段包括空域、波形域、能量域和處理域。在空域上，先進(jìn)米波雷達(dá)內(nèi)置了干擾定向追蹤模塊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有干擾時(shí)則對(duì)其來襲角度進(jìn)行精確解算，對(duì)該方向主動(dòng)發(fā)射一個(gè)對(duì)消波束，屏蔽干擾。在波形域上，先進(jìn)米波雷達(dá)使用了上千種波形組合，通過一定的函數(shù)在特定的時(shí)間發(fā)射不同的波形組合，敵人的干擾很難精確模擬。在能量域上采取脈沖壓縮技術(shù)和長(zhǎng)時(shí)間脈沖能量積累的方式實(shí)施功率對(duì)抗，力求實(shí)現(xiàn)“燒穿”干擾。在處理域上，使用幅度偏差系數(shù)剔除、譜特征分析等方法綜合使用剔除干擾。