網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)系統(tǒng)你們了解多少

導(dǎo)讀

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，電子對抗、超低空突防、防區(qū)外打擊及飽和攻擊等戰(zhàn)爭手段被廣泛應(yīng)用，這無疑對防空和雷達(dá)系統(tǒng)提出了巨大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)采用組網(wǎng)作戰(zhàn)方法，基于戰(zhàn)術(shù)指控中心，充分利用設(shè)備組網(wǎng)及目標(biāo)數(shù)據(jù)融合處理，整合成統(tǒng)一高效的作戰(zhàn)體系，可以充分發(fā)揮各雷達(dá)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

1.網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)的結(jié)構(gòu)

隨著科學(xué)技術(shù)和武器裝備的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)面臨著反輻射導(dǎo)彈、電子對抗、目標(biāo)隱身和低空突防的“四大成脅”，而多雷達(dá)的組網(wǎng)技術(shù)和聯(lián)合探測可以擴(kuò)大系統(tǒng)時(shí)域、頻域、空域的覆蓋能力，取長補(bǔ)短，同時(shí)發(fā)揮各雷達(dá)的優(yōu)越性，雷達(dá)組網(wǎng)能提高效能5倍以上。2020年6月，美國發(fā)布了“大國競爭時(shí)代綜合電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求”，強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)未來防空反導(dǎo)預(yù)警網(wǎng)的組網(wǎng)協(xié)同能力。

網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)化的雷達(dá)系統(tǒng)是指將多部不同類型的雷達(dá)合理部署，通過通信網(wǎng)絡(luò)連接成網(wǎng)，由融合處理中心統(tǒng)一控制處理的一個(gè)協(xié)同探測系統(tǒng)。各個(gè)局部雷達(dá)站的工作頻段、極化方式、工作模式以及工作體制可以相同也可以不同，因此極大地提高了雷達(dá)系統(tǒng)的多樣性，賦予了雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)合作戰(zhàn)場景的能力。

網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)系統(tǒng)融合處理中心通過綜合處理多個(gè)局部雷達(dá)獲取的觀測信息得到組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)探測范圍內(nèi)的情報(bào)信息，然后根據(jù)實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)需求以及作戰(zhàn)態(tài)勢的變化自適應(yīng)地調(diào)整各個(gè)局部雷達(dá)的工作狀態(tài)，高效地分配系統(tǒng)時(shí)間、空間和能量資源，實(shí)現(xiàn)對作戰(zhàn)區(qū)域目標(biāo)的聯(lián)合定位、協(xié)同探測和準(zhǔn)確跟蹤等。網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)是雷達(dá)協(xié)同探測演進(jìn)的高級(jí)形式，從發(fā)展歷程來看，有雙/多基地雷達(dá)、MIMO雷達(dá)、分布式相參雷達(dá)和雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)等多種形態(tài)。

2.雙/多基地雷達(dá)

雙/多基地雷達(dá)的典型裝備為美國洛克希德馬丁公司研制的“沉默哨兵系統(tǒng)（Silent Sentry）”。該系統(tǒng)采用商業(yè)無線電廣播和電視廣播（50MHz～800MHz）作為輻射源，通過測量直達(dá)路徑信號(hào)和目標(biāo)散射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差，采用無源相干定位技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)探測、定位和參數(shù)估計(jì)。

“沉默哨兵系統(tǒng)（Silent Sentry）”技術(shù)特點(diǎn)

“沉默哨兵”系統(tǒng)的天線尺寸為2.3mx2.5m，可以安裝于固定平臺(tái)或者安裝在車輛、飛機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上，Lockheed Martin公司還分別試驗(yàn)過安裝于水面艦艇和潛水艇的潛望鏡上的兩種系統(tǒng)進(jìn)行空中目標(biāo)預(yù)警。“沉默哨兵”系統(tǒng)對飛機(jī)、導(dǎo)彈、車輛、船只等目標(biāo)進(jìn)行探測，可同時(shí)跟蹤200批以上目標(biāo)，預(yù)警范圍可達(dá)到水平方位覆蓋360°，俯仰方位覆蓋60°，探測距離可以達(dá)到220km。

當(dāng)利用FM廣播作為外輻射信號(hào)時(shí)，該系統(tǒng)水平方向的分辨力可達(dá)到250m，豎直方向的分辨力可達(dá)到100m，速度分辨力可優(yōu)于2m/s;當(dāng)利用數(shù)字電視信號(hào)作為外輻射信號(hào)時(shí)系統(tǒng)的探測性能更好、探測精度更高。

除了“沉默哨兵系統(tǒng)”，美國還經(jīng)建成了SPASUR和MMS等多個(gè)多基地雷達(dá)系統(tǒng)，其中SPASUR是為海軍研制的空間監(jiān)視和警戒系統(tǒng)，用于監(jiān)視敵方偵查衛(wèi)星，防止對己方軍艦的偵查。它有3個(gè)發(fā)射站和6個(gè)接收站，作用距離為1000～1600km，測角精度0.02°。

MMS則服務(wù)于陸軍，用于對大氣層內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行高精度跟蹤和測量，其精度比單基地雷達(dá)高出許多倍，同時(shí)還能測出目標(biāo)的速度和加速度。對于小尺寸目標(biāo)，MMS的作用距離為500～700km，在75km高度上測量目標(biāo)位置的精度為3m，測速精度為0.05m/s，對加速度的測量精度大約為0.1m/s2。

分布式雷達(dá)也是一種多基地雷達(dá)。早在1936年前，前蘇聯(lián)的Vega就研制出了一種單發(fā)多收的多基地雷達(dá)，且收發(fā)雷達(dá)之間相距幾十公里。

自2005年至2010年，諾思羅普?格魯曼公司一直在一架BAC1-11試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上對分布式孔徑系統(tǒng)進(jìn)行飛行測試，該分布式孔徑系統(tǒng)可提供360度全方位晝夜觀察能力，用于彈道導(dǎo)彈的防御。同時(shí)，分布式孔徑系統(tǒng)（DAS）已裝載到F-35“閃電Ⅱ”戰(zhàn)斗機(jī)上。這些雷達(dá)場地試驗(yàn)結(jié)果表明，雙基地、多基地雷達(dá)系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。

在F35的block4.1升級(jí)版本中，還明確提出了“基于軟件實(shí)現(xiàn)的多點(diǎn)組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)”，通俗一點(diǎn)講就是多機(jī)編隊(duì)的集成分布式合成孔徑雷達(dá)，幾架F-35雷達(dá)的后端數(shù)據(jù)采用一體化處理，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一架F-35所搭載的射頻傳感器，都是這臺(tái)虛擬雷達(dá)的一組收發(fā)節(jié)點(diǎn)，這樣可以整合集成為一臺(tái)由軟件虛擬組成的多基地雷達(dá)。

這樣，一個(gè)機(jī)隊(duì)在戰(zhàn)場態(tài)勢感知方面可以完成傳統(tǒng)預(yù)警機(jī)的任務(wù)。在Block 4.2版本中，F(xiàn) -35將裝備采用了氮化鎵（GaN）單片微波集成性芯片的AN/APG-81V2 MIMO（多輸入多輸出）雷達(dá)，為雷達(dá)提供更寬虛擬孔徑的同時(shí)提升多點(diǎn)組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)的性能。

最近有媒體消息聲稱，美國在未來的防務(wù)預(yù)算中，將不再列入E3系列預(yù)警機(jī)和E2系列預(yù)警機(jī)的采購及升級(jí)計(jì)劃;新一代的E10預(yù)警機(jī)也不再繼續(xù)發(fā)展;取而代之的是以F35為代表的多平臺(tái)協(xié)同組網(wǎng)感知戰(zhàn)場態(tài)勢。在紅旗軍演和北方邊界軍演中，美國已經(jīng)開始嘗試在沒有預(yù)警機(jī)支援的情況下，F(xiàn)35按照四架一組的編隊(duì)，通過數(shù)據(jù)鏈共享信息，構(gòu)成一架虛擬預(yù)警機(jī)。

3.MIMO雷達(dá)

多輸入多輸出（Multiple input multiple output，MIMO）雷達(dá)是把無線通信系統(tǒng)中的多個(gè)輸入和多個(gè)輸出技術(shù)引入到雷達(dá)領(lǐng)域，并和數(shù)字陣列技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新體制雷達(dá)。由于采用了波形分集技術(shù)，MIMO雷達(dá)擁有許多傳統(tǒng)雷達(dá)所無法比擬的優(yōu)越性。典型MIMO雷達(dá)是法國的米波稀布陣綜合脈沖孔徑雷達(dá)（SIAR（Synthetic Impulse and Aperture Radar），一種新體制雷達(dá)，目前正在試驗(yàn)中）。

稀布陣?yán)走_(dá)最早是法國航空航天局（ONERA）在上世紀(jì)70年代提出來的新體制雷達(dá)概念。它是一種改進(jìn)米波雷達(dá)，由同心圓狀兩組天線陣列所組成，分別負(fù)責(zé)發(fā)射與接收，結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在隱身飛機(jī)探測方面。

SIAR一般采用大孔徑稀布陣列，得益于這種結(jié)構(gòu)，SIAR不僅具有抗反輻射導(dǎo)彈的優(yōu)點(diǎn)，而且具有比普通米波雷達(dá)更高的角分辨率、更好的參數(shù)估計(jì)精度和更強(qiáng)的抗干擾能力，綜合性能較好。SIAR優(yōu)勢來源可歸納為：

由于發(fā)射信號(hào)采用了正交編碼，全向輻射模式;

由于各輻射分量可根據(jù)編碼識(shí)別出，接收時(shí)給出指定的分辨單元，調(diào)整每個(gè)輻射分量的延遲和相位，進(jìn)而可以得到發(fā)射信號(hào)，獲得集成脈沖和孔徑的優(yōu)勢。

此外，美軍在雙水獺飛機(jī)上加載了MIMO雷達(dá)，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，得到了很多研究成果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MIMO雷達(dá)比傳統(tǒng)雷達(dá)具有更好的動(dòng)目標(biāo)檢測性能。

美軍新型五代機(jī)F-35依舊裝備的是主動(dòng)有源相控陣?yán)走_(dá)，預(yù)計(jì)在2025年左右升級(jí)到采用氮化鎵功率器件的MIMO雷達(dá)（AN/APG-81V2），屆時(shí)F-35將成為首先裝備MIMO雷達(dá)的先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)。

4.分布式相參雷達(dá)

分布式相參雷達(dá)（DCAR）是指對雷達(dá)回波信號(hào)做相參處理的雷達(dá)，這類系統(tǒng)采用多個(gè)可移動(dòng)的、天線孔徑相對較小的雷達(dá)，結(jié)合先進(jìn)信號(hào)處理手段獲得逼近單個(gè)大孔徑天線雷達(dá)的探測性能，而孔徑綜合是分布式相參雷達(dá)的主要特征。

美國的地基反導(dǎo)雷達(dá)GBR-P和海基雷達(dá)SBX能夠有效的偵查遠(yuǎn)距離目標(biāo)，但是缺點(diǎn)是造價(jià)高，機(jī)動(dòng)性差。因此麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室對下一代雷達(dá)（Next General Radar，NGR）進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該系統(tǒng)被認(rèn)為是新型反導(dǎo)預(yù)警雷達(dá)的重要發(fā)展方向。

在美國導(dǎo)彈防御局資助下，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室對NGR的系統(tǒng)概念、工作原理、信號(hào)處理方法展開了進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。自2000年開始，分別研制了L波段和X波段兩部試驗(yàn)雷達(dá)系統(tǒng)。首先完成了針對室內(nèi)模擬器目標(biāo)的相參合成試驗(yàn)，2005年在美國空軍雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室天線測試場與白沙導(dǎo)彈靶場，完成了對固定水塔、火箭、飛機(jī)等多種目標(biāo)的外場全相參測試驗(yàn)證，如下圖所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩部雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)全相參9dB的信噪比增益。

2016年7月，美國陸軍研究試驗(yàn)室（ARL）出資110萬美元與雷神技術(shù)公司建立合作，為NGR共同研發(fā)可擴(kuò)充、機(jī)動(dòng)、多模式的雷達(dá)前端技術(shù)（縮寫SAMFET）。該技術(shù)以雷神公司的氮化鎵（GaN）技術(shù)為基礎(chǔ)，審視和探索新的模塊設(shè)計(jì)和制造方法，研制和演示能夠輕易集成到NGR系統(tǒng)的模塊化組成單元，滿足NGR的開放架構(gòu)要求，以及提供雷達(dá)波段信號(hào)處理的靈活性、敏捷性和高效率。

5.雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)

雷達(dá)組網(wǎng)這一思想首次是由美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和陸軍聯(lián)合提出，目的在于通過對分散的戰(zhàn)場雷達(dá)進(jìn)行自動(dòng)化和自適應(yīng)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各雷達(dá)的情報(bào)信息共享，提高系統(tǒng)時(shí)域、頻域、空域的覆蓋能力，改進(jìn)陸軍的戰(zhàn)場警戒、目標(biāo)探測與截獲和作戰(zhàn)指揮能力。

俄羅斯“橡皮鞋套”系統(tǒng)

俄羅斯部署在莫斯科周圍的“橡皮套鞋（A-25）”反彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)的雷達(dá)就是雷達(dá)組網(wǎng)的一個(gè)典型例子，它由三部分組成：7部“雞籠”遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)、6部“狗窩”遠(yuǎn)程目標(biāo)精密跟蹤/識(shí)別雷達(dá)和13部導(dǎo)彈陣地雷達(dá)。7部“雞籠”雷達(dá)分別與2～3部“狗窩”雷達(dá)聯(lián)網(wǎng);6部“狗窩”雷達(dá)又各與4部導(dǎo)彈陣地雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)。

“雞籠”雷達(dá)負(fù)責(zé)對空中目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離搜索探測，并向“狗窩”雷達(dá)指示目標(biāo)。一直保持靜默的“狗窩”雷達(dá)只有當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入導(dǎo)彈射擊范圍時(shí)才開機(jī)工作，對目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤和識(shí)別。導(dǎo)彈陣地雷達(dá)只在發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)開機(jī)工作。

美國典型雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)

與俄羅斯不同，美國的“愛國者”制導(dǎo)雷達(dá)組網(wǎng)包含6部“愛國者”制導(dǎo)雷達(dá)協(xié)同作戰(zhàn)，同時(shí)包括著名的“霍克”和“小榭樹”制導(dǎo)雷達(dá)。該雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)釆用測向交匯技術(shù)或時(shí)差定位方式來對空中干擾源進(jìn)行實(shí)時(shí)加權(quán)定位，大大地改進(jìn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的抗低空和超低空入侵的性能，提高了武器系統(tǒng)戰(zhàn)場生存能力。

“愛國者”防空系統(tǒng)

另一個(gè)典型的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)是美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)早期預(yù)警雷達(dá)網(wǎng)，目前由5部特高頻（UHF）波段（420MHz～450MHz）雷達(dá)加上一部部署在阿留申群島謝米亞空軍基地的“丹麥眼鏡蛇”雷達(dá)組成，均為大型遠(yuǎn)程預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)。

除此之外，美國陸軍薩德系統(tǒng)還能和美軍海基宙斯盾雷達(dá)、天基衛(wèi)星和其他外部傳感器組網(wǎng)，逐步擴(kuò)大作戰(zhàn)空域和防御范圍。2020年，美國向部署在韓國慶北星州的薩德系統(tǒng)運(yùn)輸了新的升級(jí)設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)薩德與愛國者系統(tǒng)的整合部署，即聯(lián)網(wǎng)操作，這樣薩德雷達(dá)可以發(fā)射愛國者導(dǎo)彈。并且薩德的發(fā)射彈和指揮車可以分開部署，增加安全性。

未來的戰(zhàn)爭將由平臺(tái)中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)發(fā)展，因此各類雷達(dá)需要與本系統(tǒng)和編隊(duì)內(nèi)的其它雷達(dá)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和共享，形成統(tǒng)一的、精確可靠的態(tài)勢，供作戰(zhàn)指揮和武器控制使用。

總結(jié)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭帶來的挑戰(zhàn)使得對雷達(dá)系統(tǒng)信息共享和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的研究越來越重要，國外網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)已經(jīng)初具應(yīng)用價(jià)值。其中，以美國“沉默哨兵”、“薩德”等最具代表性，F(xiàn)35戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)系統(tǒng)還可以以編隊(duì)的形式組成虛擬預(yù)警機(jī)。隨著信息戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)研究的不斷深入，組網(wǎng)協(xié)同作戰(zhàn)必將滲入到更多的探測系統(tǒng)中，成為未來戰(zhàn)場的重要發(fā)展趨勢。

來源：高端裝備產(chǎn)業(yè)研究中心

編輯：jq