1、1 1第1章 緒 論 1.1 雷達的發(fā)展概況雷達的發(fā)展概況 1.2 雷達工作原理與分類雷達工作原理與分類 1.3 雷達的主要戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)指標雷達的主要戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)指標1.4 雷達的生存與對抗雷達的生存與對抗2 2雷達是英文“Radiodetectionandranging”縮寫Radar的音譯，其含義是指利用無線電對目標進行探測和測距。它的基本功能是利用目標對電磁波的散射來發(fā)現(xiàn)目標，并測定目標的空間位置。雷達經(jīng)歷了它的誕生和發(fā)展初期后，在20世紀六七十年代進入大發(fā)展時期。1.1 雷達的發(fā)展概況雷達的發(fā)展概況3 3隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在20世紀中后期，雷達技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段，出現(xiàn)了許多

2、新型雷達，例如合成孔徑雷達、脈沖多普勒雷達、相控陣雷達等。現(xiàn)代雷達的功能已超出了最早定義雷達的“無線電探測和測距”的含義，已賦以新的內(nèi)涵提取目標的更多信息，例如目標的屬性、目標成像、目標識別和戰(zhàn)場偵察等，從而實現(xiàn)對目標的分類或識別。4 4下面簡單回顧現(xiàn)代雷達發(fā)展史上的一些重大事件：1.雷達的誕生及發(fā)展初期雷達的誕生及發(fā)展初期1886年，HeinrichHertz(海因里奇赫茲)驗證了電磁波的產(chǎn)生、接收和散射。18861888年，ChristianHulsmeyer(赫爾斯姆耶)研制出原始的船用防撞雷達。1937年，RobertWatsonWatt(沃森瓦特)設計出第一部可用的雷達“ChainH

3、ome”，并在英國建成。5 51938年，美國信號公司制造的SCR-268成為第一部實用的防空火控雷達，其工作頻率為200 MHz，作用距離為180 km。這種雷達共生產(chǎn)了3100部。1939年，美國無線電公司(RCA)研制出第一部實用艦載雷達XAF，安裝在“紐約號”戰(zhàn)艦上，對飛機的探測距離為160 km，對艦船的探測距離為20 km。6 62.二戰(zhàn)中的雷達二戰(zhàn)中的雷達在第二次世界大戰(zhàn)中，雷達發(fā)揮了重要作用。用雷達控制高射炮擊落一架飛機平均所用炮彈數(shù)由5000發(fā)降為50發(fā)，命中率提高99倍。因此，雷達被譽為第二次世界大戰(zhàn)的“天之驕子”。7 73.20世紀五六十年代的雷達世紀五六十年代的雷達在這

4、期間，由于航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機、導彈、人造衛(wèi)星以及宇宙飛船等均采用雷達作為探測和控制手段。反洲際彈道導彈系統(tǒng)要求雷達具有高精度、遠距離、高分辨率和多目標測量能力，使雷達技術(shù)進入蓬勃發(fā)展時期；大功率速調(diào)管放大器應用于雷達，發(fā)射功率比磁控管高兩個數(shù)量級；這一時期研制的大型雷達用于觀察月亮、極光、流星；單脈沖跟蹤雷達ANFPS-16的角跟蹤精度達0.1mrad；合成孔徑雷達利用裝在飛機上較小的側(cè)視天線可產(chǎn)生地面上的一個條狀地圖；機載脈沖多普勒雷達應用于“波馬克”空空導彈的下視和制導；8 8“麥德雷”高頻超視距雷達作用距離達3700 km；S波段防空相控陣雷達ANSPS-33在方位維采用鐵氧體移相

5、器控制進行電掃，在俯仰維采用頻掃方式；超遠程相控陣雷達ANFPS-85用于外空監(jiān)視和洲際彈道導彈預警；等等。9 94.20世紀七八十年代的雷達世紀七八十年代的雷達這一時期合成孔徑雷達、相控陣雷達和脈沖多普勒雷達得到了迅速發(fā)展。相控陣用于戰(zhàn)術(shù)雷達。同期，美國研制出E-3預警機等。10 105.20世紀世紀90年代的雷達年代的雷達20世紀90年代，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，雷達進一步向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。同時，反雷達的對抗技術(shù)也迅速發(fā)展起來。一些主要軍事大國紛紛研制一些新體制雷達，例如無源雷達、雙(多)基地雷達、機(或星)載預警雷達、稀布陣雷達、多載頻雷達、微波成像雷達、毫米波雷達、激光雷達等

6、。11 116.新世紀的雷達新世紀的雷達新世紀，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，雷達將是高性能、多功能的綜合體，即集雷達與通信、指揮控制、電子戰(zhàn)等于一體。為了減小天線孔徑、提高機動性并降低成本，雷達將由過去集中式大孔徑天線向分布式小孔徑雷達方向發(fā)展；從頻率源、發(fā)射到接收，雷達已從模擬向數(shù)字化方向發(fā)展，提出了數(shù)字化雷達的概念。數(shù)字化雷達在每個脈沖重復周期采用不同的信號形式，提高了抗干擾能力。從信號處理和檢測的角度，雷達將向智能化方向發(fā)展。綜合利用多部雷達協(xié)同探測與雷達組網(wǎng)，可以提高雷達的探測能力和覆蓋范圍。同時，雷達將向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。12 12在雷達技術(shù)得到迅速發(fā)展的同時，由于敵我雙方軍事斗爭的需要，雷達

7、亦面臨著生存和發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)。雷達面臨的威脅主要有四個方面：一是隱身技術(shù)。由于采用隱身技術(shù)，使得目標的散射截面積(RCS)大幅度降低，雷達接收到的目標散射回波信號微乎其微，以至于難以發(fā)現(xiàn)目標。二是綜合電子干擾(E CM)。由于快速應變的電子偵察和強烈的電子干擾，使得雷達難以正確地發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標。三是反輻射導彈(ARM)。高速反輻射導彈已成為雷達的克星，13 13只要雷達一開機，被敵方偵察到以后，很容易利用ARM將雷達摧毀。四是低空突防。對具有掠地、掠海能力的低空、超低空飛機和巡航導彈，雷達一般難以發(fā)現(xiàn)。這就是人們常說的雷達面臨的“四大威脅”。14 141.2.1 基本組成基本組成雷達系統(tǒng)的基本

8、組成如圖1.1所示。通常包括波形產(chǎn)生器、發(fā)射機、接收機、A/D變換、信號處理、數(shù)據(jù)處理、顯示器、信息存儲與傳輸、天線及其伺服裝置、電源等部分。1.2 雷達工作原理與分類雷達工作原理與分類15 15波形產(chǎn)生器產(chǎn)生一定工作頻率、一定調(diào)制方式的射頻激勵信號，也稱為激勵源，同時，產(chǎn)生相干本振信號送給接收機；發(fā)射機對激勵源提供的射頻激勵信號進行功率放大，再經(jīng)收發(fā)開關饋電至天線，由天線輻射出去；目標回波信號經(jīng)天線和收發(fā)開關至接收機，再由接收機對接收信號進行低噪聲放大、混頻和濾波等處理；信號處理的作用是抑制非期望信號(雜波、干擾)，通過相干積累或非相干積累等措施以提高有用信號的信噪比，并對目標進行自動檢測與

9、跟蹤等。16 16通常將目標航跡的關聯(lián)、跟蹤濾波、航跡管理等稱為雷達的數(shù)據(jù)處理。目標航跡及相關信息在屏幕上顯示的同時，通過網(wǎng)絡等設備傳輸至各級指揮系統(tǒng)。17 17圖1.1 雷達系統(tǒng)的基本組成18 181.2.2 雷達分類雷達分類根據(jù)雷達的功能及工作方式的不同，雷達有多種分類方法。1)按作用分類雷達按作用可分為軍用和民用兩大類。軍用雷達根據(jù)其作戰(zhàn)平臺所處位置又分為地面雷達、艦載雷達、機載雷達、星載雷達、末制導雷達(彈載雷達)等。19 19地面雷達按其功能又包括監(jiān)視雷達(警戒雷達)、跟蹤雷達、火控雷達、目標引導與指示雷達等。機載雷達包括機載預警雷達、機載火控雷達、轟炸雷達、機載氣象雷達、機載空中偵

10、察雷達、機載測高雷達等。民用雷達主要包括空中交通管制雷達、港口管制雷達、氣象雷達、探地雷達、汽車防撞或自動駕駛雷達、道路車輛測速雷達等。20202)按信號形式分類雷達按信號形式分為脈沖雷達和連續(xù)波雷達，以及介于兩者之間的準連續(xù)波雷達。脈沖雷達又分為脈沖壓縮雷達、頻率捷變雷達和噪聲雷達。根據(jù)信號帶寬可分為窄帶雷達、寬帶雷達和超寬帶雷達。根據(jù)信號的相參性可分為相參雷達和非相參雷達。現(xiàn)代雷達一般都為相參雷達。21 213)按天線波束掃描形式分類雷達按天線波束掃描形式分為機械掃描雷達、電掃描雷達，以及機械掃描與電掃描相結(jié)合的雷達。4)按測量的目標參數(shù)分類雷達按測量的目標參數(shù)可分為兩坐標(距離、方位)雷

11、達、三坐標(距離、方位、仰角或高度)雷達、測高雷達、測速雷達、敵我識別雷達、成像雷達等。5)按角度跟蹤方式分類跟蹤雷達按角度跟蹤方式可分為圓錐掃描雷達、單脈沖雷達。22221.2.3 雷達的工作頻率雷達的工作頻率雷達的工作頻率范圍較廣，從幾兆赫( MHz)到幾十吉赫(GHz)。工程上將雷達的工作頻率分為不同的頻段，表1.1列出了雷達頻段和頻率的對應關系以及各頻段的主要應用場合和特點。例如，L波段代表波長以22 cm為中心，S波段以10 cm為中心，C波段以5 cm為中心，X波段以3 cm為中心，Ku波段以2.2 cm為中心，Ka波段以8 mm為中心。根據(jù)工作波長，雷達可分為超短波雷達、米波雷達

12、、分米波雷達、厘米波雷達、毫米波雷達等。這里字母頻段名稱不能代表雷達工作的實際頻率。2323表1.1 雷達的工作頻率24241.2.4 從雷達回波提取的目標位置信息從雷達回波提取的目標位置信息1)距離普通脈沖雷達是通過測量發(fā)射信號傳播到目標并返回來的時間來測定目標的距離的。如圖1.2所示。假設延遲時間為，2R/c，則目標的距離R為(1.2.1)2525圖1.2 發(fā)射脈沖和目標回波示意圖2626 這種基于窄脈沖的測距方法，脈沖越窄，測距精度越高。但是在峰值功率受限的情況下，發(fā)射窄脈沖輻射的能量有限。另一種測距方法是采用脈沖壓縮波形(將在后面章節(jié)中介紹)。27272)方向(方位和仰角)目標的方向是

13、通過測量回波的波前到達雷達的角度來確定的。雷達一般使用方向性天線，即具有窄輻射方向圖的天線進行波束方位維和俯仰維的掃描。當接收信號的能量最大時，天線所指的方向就是目標所在的方向。這種或其它測量方向的方法都假定大氣不擾亂無線電波的直線傳播。入射波前的方向也可通過測量兩個分離的天線所接收的相位差來決定，而相位差則取決于入射波前與兩個天線連線的夾角。兩個天線分開越遠，則精度越高。然而如果天線分得太開，就會在兩個天線的合成方向圖中出現(xiàn)大小等于主波束的柵瓣而產(chǎn)生模糊的測量結(jié)果。2828早期的比幅單脈沖雷達在每個平面上使用兩個天線(或用兩個饋源照射單個反射體)來進行角度測量，但這兩個天線中心的間隔應小于半

14、個波長，從而避免了柵瓣造成的模糊。比相單脈沖雷達的兩個天線相距多個波長，但各個天線的方向性抑制了柵瓣。29293)高度假設目標的斜距為R，仰角為，則目標的高度為HRsinh(1.2.2)其中h為天線高度。如果考慮地球曲率半徑的影響，則目標的高度為(1.2.3)30304)目標的尺寸和形狀利用目標的一維距離像可以大致確定目標在距離維的尺寸和散射點的分布；利用合成孔徑雷達成像可以實現(xiàn)對地形的偵察和對目標的識別；通過對目標的三維成像，特別是單脈沖三維成像，可以對目標的三維尺寸和形狀進行特征提取。31 311.2.5 多普勒頻率多普勒頻率當目標與雷達之間存在相對運動時，若雷達發(fā)射信號的工作頻率為f0，

15、則接收信號的頻率為f0fd，fd為多普勒頻率。將這種由于目標相對輻射源的運動而導致回波信號頻率的變化稱為多普勒效應。如圖1.3所示，當目標向著雷達運動時，多普勒頻率為正；當目標遠離雷達時，多普勒頻率為負。照射到目標上的波形具有間隔為(波長)的等相位波前，靠近雷達的目標導致反射回波的等相位波前相互靠近(較短波長)，(為反射波波長)；反之，遠離雷達運動的目標導致反射回波的等相位波前相互擴展(較長波長)，c，且波長c/f0，則(1.2.13)41 41 可見，多普勒頻率與目標的徑向速度成正比，因此，也可以從距離的變化率中提取fd，反之亦然。式(1.2.13)也可以采用下列方法導出：圖1.6給出了一個

16、以速度vr向著雷達運動的目標，在t0時刻(參考時間)的距離為R0，那么在t時刻目標的距離為(1.2.14)(1.2.15)4242圖1.6 以速度vr向著雷達運動的目標4343 若發(fā)射信號為s(t)，不考慮傳輸衰減，則雷達接收信號為(1.2.16)這里，為相位常數(shù)。定義式(1.2.16)中變量t前面的比例系數(shù)(也稱壓縮因子)為，即(1.2.17)4444 同理，對一個遠離雷達飛行的目標，比例因子為1 。式(1.2.16)可改寫為(1.2.18) 從上式可以看出，與靜止目標的回波相比，運動目標的回波信號是時間壓縮形式，因此，根據(jù)傅立葉變換的比例特性，時間壓縮信號的頻譜將以因子擴展。 4545考慮

17、特殊情況，若發(fā)射信號為(1.2.19)式中02f0是以弧度每秒表示的中心頻率。y(t)的傅立葉變換為Y()，則接收信號及其傅立葉變換為4646(1.2.20)(1.2.21)為了簡單，相位常數(shù)0在式(1.2.21)中被忽略。因此，接收信號的頻譜出現(xiàn)在以0為中心處，而不是以0為中心處。由于目標運動產(chǎn)生的多普勒角頻率為4747(1.2.22)將式(1.2.17)代入式(1.2.22)，多普勒頻率為(1.2.23)同理，當目標以速度vr遠離雷達時，多普勒頻率fd。4848圖1.7(a)給出了雷達中心頻率f0分別為35、10、3GHz和450、150 MHz時的多普勒頻率與徑向速度之間的關系曲線，圖1

18、.7(b)給出了徑向速度vr分別為10、100、1000 ms時的多普勒頻率與波長之間的關系曲線。4949圖1.7 多普勒頻率與徑向速度、波長之間的關系5050多普勒頻率和雷達視線與目標運動方向之間的夾角有關，如圖1.8所示，當雷達視線與目標運動方向之間的夾角為時，vrvtcos，為目標速度vt投影到雷達視線上的徑向速度，多普勒頻率為fd2vtcos/。51 51圖1.8 多普勒頻率與雷達視線的關系5252若雷達平臺也在運動，如圖1.9所示，例如，在導彈上的導引頭末制導雷達，在某一時刻彈載雷達的波束與雷達運動方向的夾角為a，導彈相對于大地的速度為va，目標相對于大地的速度為vt，與雷達視線的夾

19、角為，則目標回波的多普勒頻率為(1.2.24)5353圖1.9 運動平臺上雷達的多普勒頻率5454 針對雙基地雷達，如圖1.10所示，目標速度vt與發(fā)射站和接收站的夾角分別為t和r，則目標回波的多普勒頻率為(1.2.25)其中tr，為雙基地角。5555圖1.10 雙基地雷達的運動關系5656若目標的運動方向相對于雷達視線的方位和仰角分別為a和e，如圖1.11所示，則目標回波的多普勒頻率為(1.2.26)式中，coscosecosa，目標速度vt投影到雷達視線的徑向速度為vrvtcosvtcosecosa。5757圖1.11 徑向速度與方位和仰角的關系5858當然，對距離的連續(xù)測量也可獲得距離對

20、時間的變化率，即相對速度。但通過對動目標產(chǎn)生的多普勒頻率的測量可獲得更精確的實時相對速度，因此實際中通常采用多普勒測量的方法。任何對速度的測量都需要一定的時間。假定信噪比保持不變，則測量時間越長，精度就越高。雖然多普勒頻移在某些應用中是用來測量相對速度的(例如公路上的測速雷達和衛(wèi)星探測雷達等)，但它更廣泛地應用于從固定雜波中鑒別動目標，例如動目標顯示(MTI)、動目標檢測(MTD)、脈沖多普勒雷達等方面，即利用目標和雜波的多普勒頻率的差異實現(xiàn)對雜波的抑制。59591.3.1 主要戰(zhàn)術(shù)指標主要戰(zhàn)術(shù)指標雷達的戰(zhàn)術(shù)指標由雷達的功能決定，主要戰(zhàn)術(shù)指標有：探測范圍、測量精度、分辨率、數(shù)據(jù)率、抗干擾能力等

21、，分別如下。1.3 雷達的主要戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)指標雷達的主要戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)指標60601)探測范圍雷達對目標進行連續(xù)觀測的空域，叫做探測范圍，又稱威力范圍，它由雷達的最小可測距離Rmin、最大作用距離Rmax、仰角和方位角的探測范圍決定。圖1.12為某雷達的威力圖，下邊的橫坐標為距離R，左邊的縱坐標為高度h，右邊的縱坐標(含上橫向坐標)為仰角e。這里假設天線的高度為7 m，目標的散射截面積(RCS)為0.1，2m2，發(fā)射脈沖寬度分別為20，180s。該圖表明雷達對不同類型目標的探測范圍。61 61圖1.12 雷達的威力圖62622)分辨率分辨率是指對兩個相鄰目標的分辨能力。雷達通常包括距離和方位兩維，甚

22、至包括仰角維和速度維。在這四維中只要在其中一維能區(qū)分目標就認為目標是可以分辨的。針對距離維而言，兩個目標在同一角度但處在不同距離上，其最小可區(qū)分的距離(R)min稱為距離分辨率。其定義為：對于脈沖雷達(或在脈沖壓縮后)，當?shù)谝粋€目標的回波脈沖的后沿與第二個目標的回波脈沖的前沿相接近以致不能區(qū)分出是兩個目標時，6363作為可分辨的極限，這個極限間距就是距離分辨率。距離分辨率一般用R表示，(1.3.1)其中Te為發(fā)射脈沖寬度或脈沖壓縮后的等效脈沖寬度。可見脈沖寬度越窄，即發(fā)射信號的帶寬B越寬，R值越小，距離分辨率就越高。例如，當Te1s時，R150 m；當Te0.1s時，R15 m。6464雷達系

23、統(tǒng)通常設計在最小作用距離Rmin和最大作用距離Rmax之間工作，并將Rmin和Rmax之間的距離分為M個距離門(通常稱為“波門”)，每個波門的寬度為R(實際中取小于或等于R)，(1.3.2) 當兩個目標處在相同距離上，但角位置有所不同時，最小能夠區(qū)分的角度稱為角分辨率(在水平面內(nèi)的分辨率稱為方位分辨率，在垂直面內(nèi)的分辨率稱為俯仰角分辨率)。它與波束寬度有關，波束愈窄，角分辨率愈高。半功率波束寬度0.5/D，為波長，D為天線的有效孔徑。6565圖1.13給出了目標分辨示意圖，“情況1”中兩個目標在同一個距離單元，在距離維不可分辨，但在方位維可以分辨；“情況2”中兩個目標在同一個方位單元，在方位維

24、不可分辨，但在距離維可以分辨；“情況3”中兩個目標在不同的方位單元和不同的距離單元，因此在方位維和距離維均可以分辨。6666圖1.13 目標分辨示意圖67673)測量精度(或誤差)雷達測量精度是以測量誤差的均方根值來衡量的。測量方法不同，測量精度也不同。誤差越小，精度越高。雷達測量誤差通常可分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差，其中系統(tǒng)誤差可以采取一定的措施進行修正，實際中影響測量精度的主要是隨機誤差。所以往住對測量結(jié)果規(guī)定一個誤差范圍，例如，規(guī)定一般警戒雷達的距離測量精度R取距離分辨率R的1/3左右；最大值法的測角精度為(0.10.2)0.5；等信號法的測角精度比最大值法的測角精度高。對于跟蹤雷達，686

25、8信噪比較高時，單脈沖跟蹤雷達的(0.020.1)0.5，圓錐掃描雷達的可達(0.05)0.5。其中0.5為半功率波束寬度。69694)數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率是雷達對整個威力范圍完成一次探測(即對整個威力范圍內(nèi)所有目標提供一次信息)所需時間的倒數(shù)，也就是單位時間內(nèi)雷達對每個目標提供目標信息相關數(shù)據(jù)的次數(shù)。它表征搜索雷達的工作速度。例如，一部在10 s時間內(nèi)對威力區(qū)范圍完成一次搜索的雷達，其數(shù)據(jù)率為每分鐘6次。一般搜索雷達的數(shù)據(jù)率為10 s左右，而跟蹤雷達的數(shù)據(jù)率要高一些，它主要取決于天線控制的伺服系統(tǒng)帶寬和測量精度。70705)抗干擾能力雷達通常在各種自然干擾和人為干擾(ECM)的條件下工作，其中主要是

26、敵方施放的干擾(包括無源干擾和有源干擾)。這些干擾將使雷達的性能急劇降低，嚴重時可能使雷達失去工作能力。所以現(xiàn)代雷達必須具有一定程度的抗干擾能力。71 716)工作的可靠性與可維修性雷達通常需要長時間可靠的工作，甚至需要在野外工作，可靠性要求較高。雷達的可靠性，通常用兩次故障之間的平均時間間隔來表示，稱為平均無故障時間，記為MTBF。這一平均時間越長，可靠性就越高。關于可靠性的另指標是發(fā)生故障以后的平均修復時間，記為MTTR，它越短越好。現(xiàn)代雷達中大量使用計算機，可靠性包括硬件的可靠性和軟件的可靠性。一般雷達的MTBF在數(shù)千小時，而機場航管雷達要求在數(shù)萬小時。軍用雷達還要考慮戰(zhàn)爭條件下雷達的生

27、存能力，包括雷達的抗轟炸能力和機動性能。72727)觀察與跟蹤的目標數(shù)觀察與跟蹤的目標數(shù)取決于雷達終端對目標的數(shù)據(jù)處理能力。現(xiàn)代雷達通常要求對數(shù)百個批次的目標進行跟蹤及進行目標航跡的處理。73738)工作環(huán)境條件雷達一般要有三防(防水、防腐蝕、防鹽霧)措施，特別是在戶外的設備均需要有三防措施。74741.3.2 主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標1)天饋線的性能指標天饋線系統(tǒng)的主要性能指標有天線孔徑、天線增益、波束寬度、波束形狀、副瓣電平、極化形式、損耗、帶寬等。波束形狀有針狀、扇形、余割平方形等，如圖1.14所示。7575圖1.14 常用波束形狀76762)發(fā)射機性能發(fā)射機的主要性能指標有峰值功率Pt

28、、平均功率Pav和發(fā)射機總效率及功率放大鏈總增益等。一般遠程警戒雷達的脈沖功率為幾百千瓦至兆瓦級。由于發(fā)射機屬大功率設備，需采用一定的冷卻措施。常用的冷卻方式有風冷、水冷。77773)雷達信號形式雷達信號特征包括工作頻率、信號帶寬、脈沖重復頻率、發(fā)射脈沖寬度和調(diào)制方式等。雷達的工作頻率主要根據(jù)目標的特性、電波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性能、雷達的測量精確度和功能等要求來決定。雷達的工作帶寬主要根據(jù)距離分辨的要求來決定。一般要求工作帶寬為510，超寬帶雷達為25以上。雷達的調(diào)制方式主要有頻率調(diào)制、相位調(diào)制等。78784)接收機性能接收機的性能指標主要有噪聲溫度(或噪聲系數(shù))、動態(tài)范圍和靈敏度

29、等。5)雷達信號處理不同體制雷達需采用不同的處理方法。雷達信號處理常用的指標有：MTI、MTD對雜波的改善因子；視頻或相參積累方式及其信噪比的改善程度；恒虛警(CFAR)處理方法及其檢測性能等。79796)雷達數(shù)據(jù)處理能力雷達數(shù)據(jù)處理能力指雷達能處理的目標批次數(shù)。這些性能指標將在后繼章節(jié)中具體介紹。8080由于軍事上的需要，現(xiàn)代雷達在迅速發(fā)展的同時，亦面臨著生存的挑戰(zhàn)。通常人們所說的雷達面臨的“四大威脅”是指綜合電子干擾、低空超低空突防、反輻射導彈(ARM)和隱身技術(shù)。下面就雷達面臨的威脅及其對抗措施分別進行簡單介紹。1.4 雷達的生存與對抗雷達的生存與對抗81 811.4.1 電子干擾與抗干

30、擾技術(shù)電子干擾與抗干擾技術(shù)電子戰(zhàn)(EW)的組成如圖1.15所示，主要包括三個方面：(1)電子支援偵察(ESM)措施，即對敵輻射源進行截獲、識別、分析和定位。(2)電子對抗(E CM)措施，即破壞敵方電子裝置或降低其效能，甚至摧毀其設備。(3)電子反對抗(EC CM)措施，是為保障己方電子設備在敵方實施電子對抗條件下仍然正常工作的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段。8282圖1.15 電子戰(zhàn)(EW)組成示意圖83831.對雷達的電子偵察及雷達反偵察技術(shù)對雷達的電子偵察及雷達反偵察技術(shù)電子戰(zhàn)中對雷達的電子偵察包括：(1)雷達情報偵察。以偵察飛機、衛(wèi)星、艦船和地面?zhèn)刹煺緛韨蓽y雷達的特征參數(shù)，判斷雷達的屬性、類型、用途、配

31、置及所控制的武器等有關戰(zhàn)術(shù)技術(shù)情報。(2)雷達對抗支援偵察。憑借所截獲的雷達信號，分析、識別雷達的類型、數(shù)量、威脅性和等級等有關情報，為作戰(zhàn)指揮實施雷達告警、戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)行動、引導干擾和引導殺傷武器等提供依據(jù)。8484(3)雷達尋的和告警。作戰(zhàn)中實時發(fā)現(xiàn)雷達和導彈系統(tǒng)并發(fā)出告警。(4)引導干擾。偵察是實現(xiàn)有效干擾的前提和依據(jù)。(5)輻射源定位。為武器精確摧毀敵方雷達提供依據(jù)，也可以起引導殺傷武器的作用。雷達為了自己的生存，首先必須具備良好的反偵察能力，最重要的是設法使敵方收不到己方的雷達信號或收到假信號。雷達的主要反偵察措施如下：8585(1)將雷達設計成低截獲概率(LPI)雷達。這種雷達的最大特

32、點是低峰值功率，寬帶、高占空比發(fā)射波形，低副瓣雷達發(fā)射天線，自適應發(fā)射功率管理技術(shù)等。(2)控制雷達開機時間。在保證完成任務的前提下，開機時間盡量短，次數(shù)盡量少。戰(zhàn)時開機必須按規(guī)定權(quán)限批準。值班雷達的開機時間和順序應無規(guī)律地改變。8686(3)控制雷達工作頻率。對現(xiàn)役雷達要按規(guī)定使用常用頻率工作；同一體制的雷達，應規(guī)定它們以相近的頻率工作；禁止擅自改變雷達的工作頻率，若采用跳頻反干擾，也必須經(jīng)過批準，并按預定方案進行。對現(xiàn)役雷達的備用頻率要嚴加控制。(4)隱藏雷達和新式雷達的啟用必須經(jīng)過批準。(5)適時更換可能被敵方偵察的雷達陣地。(6)設置假雷達，并發(fā)射假的雷達信號。87872.電子干擾電子

33、干擾針對雷達的對抗措施有三種：一是告警和回避；二是火力摧毀，屬硬對抗；三是干擾，屬軟對抗。雷達干擾是指利用雷達干擾設備發(fā)射干擾電磁波或利用能反射、散射、衰減以及吸波的材料反射或衰減雷達波，從而擾亂敵方雷達的正常工作或降低雷達的效能。雷達干擾能造成敵方雷達迷盲，使它不能發(fā)現(xiàn)和探測目標或引起其判斷錯誤，不能正確實施告警；另外，它還能造成雷達跟蹤出錯，并使武器系統(tǒng)失控、威力不能正常發(fā)揮等。這是雷達對抗設備與雷達作斗爭時最常用的一種手段。8888雷達干擾主要包括有源干擾和無源干擾兩大類。有源干擾主要有各種欺騙性干擾、噪聲阻塞式干擾等。無源干擾主要有箔條、角反射體假目標干擾。89893.雷達常用的電子抗

34、干擾技術(shù)雷達常用的電子抗干擾技術(shù)雷達常用的電子抗干擾技術(shù)主要從以下方面考慮：在天線方面，采用高增益、低副瓣、窄波束、低交叉極化響應、副瓣對消、副瓣消隱、電子掃描相控陣、單脈沖測角等技術(shù)。在發(fā)射方面，采用高有效輻射功率、復雜的脈沖壓縮波形、寬帶頻率跳變技術(shù)。在接收方面，采用寬動態(tài)范圍、高鏡頻抑制、單脈沖輔助接收系統(tǒng)的信道匹配。9090在信號與信息處理方面，采用目標回波微小變化識別、同時多目標多單元跟蹤、雜波抑制、干擾對消、智能信號處理等。其它幾種有效的雷達抗干擾技術(shù)有：(1)低截獲概率雷達(LPIR)技術(shù)。采用編碼擴譜和降低峰值功率等措施，將雷達信號設計成低截獲概率信號，使偵察接收機難以偵察，甚

35、至偵收不到這種信號，從而保護雷達不受電子干擾。91 91(2)MIMO雷達與稀布陣綜合脈沖孔徑雷達(SIAR)技術(shù)。SIAR是一種米波段采用大孔徑稀疏布陣、全向輻射、在接收端通過信號處理而綜合形成發(fā)射波束的新體制雷達技術(shù)，是一種典型的MIMO雷達。由于同時工作頻率多，偵察接收機無法區(qū)分每個天線采用的工作頻率以及每個天線的相對位置，即使偵察到信號也無法獲得發(fā)射天線陣列的增益。由包括Ne個發(fā)射單元組成的MIMO雷達輻射的功率只有從相控陣(PAR)主瓣截獲的功率的1Ne，在所有方向輻射的功率與PAR的平均副瓣功率相當。9292因此這些雷達具有信號截獲概率低等優(yōu)點，是一種反干擾能力強的新雷達體制。(3

36、)雙多基地雷達技術(shù)。雙基地雷達在接收站不發(fā)射信號，有利于對抗針對發(fā)射波束方向的有源定向干擾和反輻射導彈對接收站的攻擊。(4)無源探測技術(shù)。這是一種自身不發(fā)射信號，靠接收目標發(fā)射或散射信號來發(fā)現(xiàn)目標的一種探測技術(shù)。例如，利用調(diào)頻電臺、電視臺發(fā)射并由目標散射的信號而對目標進行定位，這種技術(shù)稱為基于外輻射源的探測技術(shù)。無源探測既不會被偵察，也不會被干擾。93931.4.2 雷達抗反輻射導彈技術(shù)雷達抗反輻射導彈技術(shù)第二次世界大戰(zhàn)以來，雷達在戰(zhàn)爭中的巨大作用已為世人所公認，這自然也就使雷達成為戰(zhàn)爭中首當其沖的被消滅對象。在海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊僅反輻射導彈(ARM)就發(fā)射了數(shù)千枚，使伊方雷達多數(shù)被摧毀。雷

37、達面臨著ARM的嚴重威脅，反ARM的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施成了雷達設計師和軍用雷達用戶所共同關心的問題。94941.ARM的特點的特點ARM又稱為反雷達導彈。它利用雷達輻射的電磁波束進行制導來準確地擊中雷達。目前的ARM具有以下特點：(1)采用多種制導方式，一般有被動雷達被動紅外、電視制導以及捷聯(lián)慣性制導等體制。(2)ARM導引頭頻率覆蓋范圍為0.518 GHz；已由最初只能攻擊炮瞄雷達發(fā)展成了可以攻擊單脈沖雷達、脈沖壓縮雷達、頻率捷變雷達和連續(xù)波雷達。9595(3)引信和戰(zhàn)斗部：早期的“百舌鳥”ARM使用的是無源比相雷達引信，而現(xiàn)在的“哈姆”ARM采用激光有源引信，抗干擾能力較強。(4)目前，ARM已

38、發(fā)展到了第三代，它們采用了計算機與人工智能技術(shù)，具有記憶跟蹤能力。即使雷達突然關機，也能夠準確地定位攻擊。能自動切換制導方式，自動搜索和截獲目標，從而大大提高了對目標攻擊的準確性和殺傷能力。96962.抗抗ARM的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施目前已有許多對抗ARM的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)措施，歸納起來大致可以分為兩大類，即主動措施和被動措施。主動抗ARM措施即直接擊毀ARM(或其載機)，使它在到達目標雷達前就失去作用。被動抗ARM技術(shù)與措施主要有：(1)設法使ARM難以截獲并跟蹤雷達信號。通常載機的電子支援系統(tǒng)先截獲、識別并定位敵方雷達，然后將其有關參數(shù)(如脈沖功率、脈沖重復間隔和頻率等)送交ARM尋的器，阻

39、止或干擾ARM獲取雷達的這些信息，就可以達到對抗ARM的目的。雷達方的具體對抗措施如下：9797提高雷達空間、結(jié)構(gòu)、頻率、時間及極化的隱蔽性。這種方法能增加反輻射導彈的導向誤差。諸如縮短雷達工作時間，間斷工作，只向預定扇區(qū)輻射或頻繁更換雷達陣地；采用各種調(diào)制(如調(diào)頻、調(diào)幅以及寬頻譜調(diào)制)的復雜信號和極化調(diào)制信號等。瞬時改變雷達輻射脈沖參數(shù)。9898將發(fā)射站和接收站分開放置。發(fā)射站與接收站不在一個陣地上使ARM無法確定接收站陣地位置，這樣也就談不上將它擊毀，當然發(fā)射陣地還得另有對抗ARM的措施。這樣配置的好處是不易遭到電子干擾，還可以擴大雷達探測范圍。雙多基地雷達就是反ARM的雷達體制之一。盡量

40、降低雷達帶外輻射與熱輻射。ARM可能采用微波無源和紅外綜合導引頭，因此必須減少雷達本身及其輔助設備的熱輻射和帶外輻射。這需要使用專門的吸收材料和屏蔽材料，或采用多層管道冷卻系統(tǒng)，甚至將雷達的電源設備置于掩體內(nèi)；還應選擇合理的信號形式，使用帶阻濾波器抑制諧波和復合輻射。9999盡量將雷達設計成低截獲概率雷達。其途徑有三：(a)應用一種能將雷達頻譜擴展到盡可能寬的頻率上的編碼波形，ARM截獲接收機難以對它實現(xiàn)匹配濾波；(b)應用超低副瓣天線(副瓣低于40 dB)；(c)對雷達實施功率管理，旨在控制輻射的時機和電平的大小。雷達采用超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)波段。雷達工作波長與ARM彈體尺寸相

41、當時，由于諧振效應，ARM的雷達截面積將增加，有利于雷達及早發(fā)現(xiàn)ARM。另外，ARM尺寸有限，難于安裝低頻天線，所以低頻率(0.5 GHz)的雷達不易受到ARM的攻擊。100100這種低頻雷達也可以作為負責頂空區(qū)域、提供高探測概率的輔助雷達。由于ARM多利用雷達上方探測能力最弱這個弱點來攻擊主力雷達，所以用這種輔助雷達提供報警是非常必要的。101101圖1.16 某導彈的尺寸及其RCS值102102圖1.16給出了某導彈的尺寸及其散射截面積(RCS)的測量結(jié)果(為導彈前方60范圍內(nèi)的平均RCS值)。從圖中可以看出，導彈長3m，諧振頻率點在150 MHz附近；雷達工作在150 MHz與工作在10

42、00 MHz相比，RCS相差約15 dB；工作在500 MHz以下的RCS比工作在1000 MHz的約大10 dB，這表明在500 MHz以下該導彈存在諧振效應。103103利用某VHF頻段的反輻射導彈告警雷達進行試驗，圖1.17是某導彈回波的距離-多普勒等高線圖，從圖中可以清楚地看到有兩個目標(即飛機和導彈)，以及這兩個目標的距離和多普勒頻率，導彈的速度大于2馬赫，飛機的速度約1馬赫。由此可見，在導彈與其載機分離后，通過速度和加速度比較容易區(qū)分是飛機還是導彈。圖1.18分別給出了飛機和導彈所在多普勒通道的時域信號。由此可見，飛機和導彈的距離相差不到3 km，但經(jīng)脈沖壓縮、相干積累處理后兩者的

43、信噪比差不多，104104這表明即使導彈比飛機體積小得多，但是由于諧振效應，使得導彈的RCS顯著增強，從而達到與飛機相當?shù)腞CS，所以二者回波信號強度差不多。105105圖1.17 距離-多普勒等高線圖106106圖1.18 飛機和導彈所在多普勒通道的處理結(jié)果107107 (2)施放干擾或采取誘騙措施。可用有源或無源誘餌使ARM不能擊中目標，或施放干擾，破壞和擾亂ARM導引頭的工作。使用附加輻射源和誘餌發(fā)射機。美國戰(zhàn)術(shù)空軍控制系統(tǒng)ANTPS-75雷達，其對付ARM的誘餌由3部分發(fā)射機組成，模擬雷達信號特征(包括頻率捷變)，遮蓋雷達天線副瓣，分散放置。如果在這種綜合系統(tǒng)中配備告警裝置，根據(jù)它提供

44、的ARM信息將幾個假發(fā)射機的照射扇區(qū)不斷切換，這樣ARM就要不斷瞄準，可能最終導向一個假發(fā)射機。108108雷達組網(wǎng)反ARM。施放各種調(diào)制的有源干擾。除用射頻干擾ARM導引頭外，由于ARM可能采用光學、紅外或綜合導引頭，所以還應采取干擾這類導引頭的措施，諸如干擾其角度信息。1091091.4.3 雷達反低空入侵技術(shù)雷達反低空入侵技術(shù)1.低空超低空突防的威脅低空超低空突防的威脅低空超低空系指地表面之上300 m以下的空間。從軍事上講，利用低空超低空突防具有這樣一些特殊優(yōu)勢：低空超低空空域是大多數(shù)雷達的盲區(qū)；低空超低空是現(xiàn)代防空火力最薄弱的空域。西方軍事專家認為，目前飛機和巡航導彈低空突防最佳高度

45、在海上為15 m，在平原地區(qū)為60 m，在丘陵和山地為120 m。就保證突防成功而言，降低飛行高度比增加飛行速度更有利于提高飛行器的生存概率。現(xiàn)在，各發(fā)達國家都在積極研制超低空飛行器。110110飛行目標的低空超低空突防對雷達的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能會造成以下影響：(1)地形遮擋。地球是一個球體，“地球曲率”會大大縮減雷達的有效探測距離。(2)地形多徑效應。雷達電磁波的直射波、地面反射波和目標反射波的組合產(chǎn)生多徑干涉效應，導致仰角上波束分裂。而且，在低高度上，這種效應會導致目標回波按R8(而不是在自由空間中通常按R4)的規(guī)律衰減。多徑效應與平坦地形的特性有關，而地形遮擋效應則發(fā)生在起伏地形狀態(tài)。1111

46、11(3)強表面雜波。要探測低空目標，雷達勢必會接收到強地面海面反射的背景雜波，這是與目標回波處于相同雷達分辨單元的表面反射波。為了探測巡航導彈和雷達截面積小的飛行目標，必須要求很高的雜波可見度(SCV)。SCV描述脈沖多普勒雷達或動目標顯示雷達檢測地雜波背景中目標的一個品質(zhì)系數(shù)。1121122.雷達反低空突防措施雷達反低空突防措施雷達反低空突防(入侵)方面的措施，歸納起來有兩大類：一為技術(shù)措施，主要是反雜波技術(shù)；二為戰(zhàn)術(shù)措施，主要是物理上的反遮擋。要達到雷達反低空突防的目的，主要可采取以下方法：(1)設計反雜波性能優(yōu)良的低空監(jiān)視雷達。113113(2)研制利用電離層折射特性的超視距雷達來提高

47、探測距離(比普通微波雷達的探測距離可大若干倍，例如可達到30004000 km)，并進行俯視探測，使低空飛行目標難以利用地形遮擋逃脫雷達對它的探測。地波超視距雷達發(fā)射的電磁波以繞射方式沿地面(或海面)傳播，其探測距離一般為200400 km；它不但能探測地面或海面上的目標，還能監(jiān)視低空和掠海飛行目標。(3)通過提高雷達平臺高度(如氣球載雷達或飛艇載雷達)來增加雷達水平視距，延長預警時間。114114(4)發(fā)揮雷達組網(wǎng)的群體優(yōu)勢來對付低空突防飛行目標。單部雷達的視野畢竟有限，難以完成解決地形遮擋的影響問題，何況在實戰(zhàn)中往往又是多種對抗手段同時施展的。因此，解決低空目標探測問題的最有效的方案是部署

48、既有地面低空探測雷達，又有各種空中平臺監(jiān)視系統(tǒng)的靈活而有效的多層次、多種體制雷達，以及由其組成立體復合探測網(wǎng)。例如利用氣球載雷達或飛艇載雷達、機載預警機、衛(wèi)星、地面雷達等組成聯(lián)合探測網(wǎng)，提高對低空目標的探測能力。1151151.4.4 飛機隱身與雷達反隱身技術(shù)飛機隱身與雷達反隱身技術(shù)1.隱身飛機及其主要隱身方法隱身飛機及其主要隱身方法隱身飛機(stealthyAircraft)是自20世紀80年代以來軍用雷達面臨的最嚴重的電子戰(zhàn)威脅。隱身飛機的特點就是顯著地減小了目標的散射截面積(RCS)。目前隱身飛機對微波雷達的RCS減小了2030 dB，表1.2給出了目前幾種隱身飛機在微波頻段的RCS。根

49、據(jù)一些研究資料報道：隱身目標在微波段的RCS很小，如美國隱身戰(zhàn)斗機F-117A在微波波段的RCS僅約0.01 m2，而在主諧振區(qū)的散射截面積卻高達1020 m2，提高了近10002000倍。116116表1.2 幾種隱身飛機在微波頻段的RCS表1.3 隱身飛機在不同頻段的RCS117117圖1.19給出了對類似F-117的RCS的測量結(jié)果，測量頻率范圍為0.12 GHz。可見，在低頻率段(300 MHz以下)，迎頭方向的RCS在010 dBm2。這是因為F-117A翼展長12.99 m，其諧振頻率約為16.22 MHz，諧振區(qū)頻率范圍為16160 MHz。118118圖1.19 對類似F-11

50、7的RCS測量結(jié)果119119對雷達截面積減縮的技術(shù)途徑主要有：外形隱身技術(shù)、雷達吸波材料隱身技術(shù)、無源對消技術(shù)和有源對消技術(shù)，其中最常用、最為有效的技術(shù)是前兩種。另外等離子體隱身技術(shù)亦具有較好的應用前景，因而不少國家已開始進行更深入的研究。1201201)外形隱身技術(shù)外形隱身技術(shù)是通過修改目標的形狀，在一定角域范圍內(nèi)顯著地減小其RCS特征，一般是修改目標的表面和邊緣，使其強散射的方向偏離單站雷達入射波的方向。但是它不可能在全部的立體角范圍內(nèi)對所有的觀察角都達到這一點，因為雷達入射波總會在一些觀察角上垂直入射到目標的表面，這時目標的RCS就很大。121121外形隱身的目的就是將這些高RCS區(qū)域

51、移至威脅相對較小的空域中。如對飛機采用翼身融合技術(shù)，大部分采用圓滑過渡，從而取消了在寬角范圍內(nèi)有強反射特性的直角反射結(jié)構(gòu)，顯著降低了雷達的截面積。美國的F-117A是世界上第一部由電子工程師設計的飛機外形，如圖1.20(a)所示，它采用了66.5的大后掠角，其光學和雷達的特征最低。F-117A由機翼和機身以及垂尾和平尾構(gòu)成了強反向源，并采用非直角結(jié)構(gòu)顯著地降低了這些兩面角的反射。122122如機身機翼兩面角約為130，在側(cè)向一個很大的俯仰范圍內(nèi)比直角結(jié)構(gòu)的反射要低20 dB左右。垂尾采用V形外傾結(jié)構(gòu)，與平尾夾角約為50，且超出平尾和機身，向后延伸成菱形尾翼，顯著地減小了角反射器效應。圖1.20

52、(b)為隱身轟炸機B-2。123123圖1.20 隱身機1241242)雷達吸波材料隱身技術(shù)雷達吸波材料隱身技術(shù)基于通過吸收電磁波能量來減小反射回波的能量，它是最早實際應用于隱身的技術(shù)。吸波材料主要有表面涂層材料和結(jié)構(gòu)型復合材料兩類。目前大量使用的表面涂層材料是鐵氧體吸波材料，其可使一定頻帶內(nèi)的反射回波降低2030 dB。為了擴展吸收頻帶，采用分層結(jié)構(gòu)或參數(shù)漸變結(jié)構(gòu)，125125如一種優(yōu)化的4層磁性吸波材料在115 GHz范圍內(nèi)具有最小的反射率，而自身厚度不超過7.5 mm。還有很多種其它涂層吸收劑，如對電磁波具有吸收、透波和偏振功能的金屬及其氧化物磁性超細粉末，吸波性能良好的碳化硅耐高溫陶瓷，能減少入射電磁波的反射及吸收電磁波的屬性材料，能減弱電磁波反射的電子型高聚物材料，對電磁波具有良好吸收性能的納米材料等。126126結(jié)構(gòu)型吸波材料是一種復合材料，其以環(huán)氧樹脂、熱塑料等為基體，填充了鐵氧體、石墨等吸波材料，并由具有低介電常數(shù)的石