一文解讀米波雷達面臨世界性難題及解決對策

米波雷達的性能概述

在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭條件下，為了使陸軍防空部隊有效的掌握空中態(tài)勢感知情報，探測雷達必須具備以下一些性能：

第一，能探測到各種類型的空中目標，如有人駕駛飛機、無人駕駛飛機、導彈、巡航導彈、高精度武器等等；

第二，探測距離足夠遠；

第三，探測高度涵蓋所有空域，包括超低空、低空、中空、高空等等；第四，測量精度高，能準確測定空中目標的坐標和飛行彈道；

第五，雷達信息數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸性能穩(wěn)定；

第六，具備強大的抗干擾能力，既能應付主動干擾，也能應對被動干擾；

第七，擁有一定的抗打擊能力，可有效應對敵高精度武器的“點穴”式攻擊。

對陸軍防空部隊來說，要想大幅提升陸基探測雷達的生存能力，就必須使雷達具備應對敵高精度武器打擊的能力，而要做到這一點，最好的辦法就是增強陸基探測雷達的機動能力，即：減少探測雷達載車的數(shù)量，縮短雷達陣地展開和撤離的時間。

與高頻雷達相比，米波雷達雖然在提升機動能力方面所面臨的困難要更多一些，但米波雷達卻具備其他高頻雷達所沒有的一些優(yōu)點，如：探測范圍廣；探測性能強；能有效增強空中目標的雷達反射截面，這點對小型空中目標和隱形空中目標尤其有效；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，因此接收空中目標的反射信號波動很小；水文氣象條件對米波雷達的影響幾乎沒有，在很大程度上減輕了米波雷達對天氣條件的依賴；減少了探測死角，在樹木茂盛地帶的探測能力明顯增強等等。此外，反雷達武器、干擾設備和隱形技術在研發(fā)過程中遇到了諸多困難，進展緩慢，這就從客觀上決定了米波雷達在防空和民航方面有很廣闊的應用空間和發(fā)展前景，它探測距離遠，測量精度高，目標跟蹤穩(wěn)定性強，可在復雜的氣候條件下高質(zhì)量的完成空情態(tài)勢感知任務，是國家安全領域一件高效的防衛(wèi)利器。

米波雷達工作原理

隱身戰(zhàn)機主要通過外形的隱身設計和吸波涂層降低雷達的可探測。但就目前所有隱身戰(zhàn)機而言，仍然無法實現(xiàn)全方位和全電磁波段的所謂“全隱身”能力，特別是當戰(zhàn)機在執(zhí)行任務時，掛載的導彈或者外部油箱等不具備隱身性能，大大增加了戰(zhàn)機被雷達探測到的可能性。而即便沒有外掛，隱身戰(zhàn)機也只有前部和腹部可實現(xiàn)對微波雷達的隱身，其隱身的電磁波段大都在0.3~29GHZ范圍，而米波雷達恰好避開了隱身戰(zhàn)機的隱身波段，這成為它能探測到隱身戰(zhàn)機的原因所在。

正是因為米波雷達“天然”擁有發(fā)現(xiàn)隱身戰(zhàn)機的“專長”，其探測距離較遠，體積重量也都不大，而且受天氣條件的影響小，電子對抗能力強，適宜放置在陸基、?；涂栈脚_上機動部署，因此許多軍事專業(yè)人士認為，相比之下，米波雷達的綜合優(yōu)勢更好，理應承擔反隱身戰(zhàn)機的重任。不過，傳統(tǒng)的米波雷達多使用簡單的八木天線或老式網(wǎng)狀天線，缺點在于分辨率差，探測精度低、不能測高、目標識別能力有限，而且由于不易消除地面反射波的影響，導致其低空探測能力弱、覆蓋空域不連續(xù)、抗干擾能力不足、陣地適應性差。而這些問題也正是導致米波雷達發(fā)展一度停滯不前的重要原因，也決定了如不加以改進的話，米波雷達“視力”不提高，只能側重于防空警戒，不能用于武器引導，無法對隱身戰(zhàn)機提供高質(zhì)量的追蹤，難以成為當前反隱身戰(zhàn)機中的核心雷達。

米波雷達面臨世界性難題及解決方法

為了解決米波雷達難以實現(xiàn)目標跟蹤和識別問題，吳劍旗將米波雷達和相控陣雷達設計方法結合起來，創(chuàng)立了相控陣米波雷達，使用電掃代替機掃，使得米波雷達能生成具有特定波形、頻率、極化特征的電磁信號，在雷達接收機中使用更先進的識別算法對反射回來的信號進行特征識別，進而實現(xiàn)了在空中的點跡關聯(lián)和目標識別。從YLC-8B在巴黎航展上的照片可以看出，該雷達的確是采用了相控陣設計體制，擁有約1000個T/R組件。

獨立波束實施掃描：

吳劍旗團隊利用了相控陣雷達可以同時發(fā)射不同類型波束的特點，在不同的地形方向發(fā)射特征不同的獨立波束實施掃描。這些波束是獨立的，在頻率、波形上完全不同，且波束寬度都很窄，多個波束分別掃描不同空域時就彌補了波瓣分類形成的波束凹口。

此外，多徑反射信號返回雷達天線，也有很大概率不會回到發(fā)射它的那個波束中去，且能被識別出來，這樣就極大的降低了多徑信號的干擾。假設有10個波束信號，編號分別是1都10，每個波束信號的特征都能被識別出來，且負責不同空域，1號波束信號經(jīng)過打地反射后只有10%的概率進入1號波束的雷達入口，90%可以被識別出來。

提出地形參數(shù)匹配最大似然測高算法：

解決測高問題要比解決威力區(qū)不連續(xù)的問題復雜一些，這是因為目標在高空和低空時測高解決方案完全不同，在高空時，解決方案可以使用威力區(qū)不連續(xù)的方法。而在低空時，由于地形復雜，多徑信號和反射信號交織，往往會產(chǎn)生較大的雜波，多個獨立波束掃描的方法可以提升一定的測高性能，卻不能達到理想狀態(tài)。

為了解決這一問題，吳劍旗團隊提出了一種名為地形參數(shù)匹配的最大似然測高算法。這種算法的本質(zhì)是對雷達陣地進行精確建模，由于雷達一般都部署于選定的固定的幾個陣地，戰(zhàn)時機動也無非就是在這幾個陣地來回切換，因此就有在這幾個陣地事先建模的條件。通過對雷達陣地周圍環(huán)境的精確測量，得到米波雷達在周圍地形下每個反射點的起伏信息，進而將這些信息計算為路徑差和多徑因子。將雷達布設在該陣地上進行實際使用，將實際使用后的測高結果與理論值進行對比進而修正路徑差和多徑因子，通過多次修正，這些參數(shù)就能能自動修正探測結果，將正確目標高度信息返回到雷達顯示屏。

這種方法在較為平臺的陣地上使用時效果極佳。但在起伏較大的復雜地形使用時效果稍弱，為此，吳劍旗團隊又提出了一種基于自適應波束形成的測高方法。這種方法是設計一種主動對消的雷達波束，將目標直達回波和反射多徑回波視為兩個位置方向的旁瓣干擾，在雷達測高時，使用主動對消的雷達波束和這兩個波束實施對消，對消效果最好的方向即為回波信號和多徑信號的真實到達角，通過該角度即可算出目標的真實高度。

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，同時讓雷達工作頻率避開主要的軍用通信和民用電臺頻段，不至于出現(xiàn)干擾。實踐中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的米波雷達所在的30～300Mhz高頻段（HF）往往難以滿足抗干擾需求，而如將頻段稍降，設計在高頻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，又能提高雷達的探測精度、刷新頻率和捷變頻空間，而對雷達探測隱身飛機的能力影響并不明顯。因此先進米波雷達的波長嚴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施信號處理。多域手段包括空域、波形域、能量域和處理域。在空域上，先進米波雷達內(nèi)置了干擾定向追蹤模塊，當發(fā)現(xiàn)有干擾時則對其來襲角度進行精確解算，對該方向主動發(fā)射一個對消波束，屏蔽干擾。在波形域上，先進米波雷達使用了上千種波形組合，通過一定的函數(shù)在特定的時間發(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和長時間脈沖能量積累的方式實施功率對抗，力求實現(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。