新雷达技术应用对电子情报侦察技术发展的影响

李圣衍;胡东

【摘 要】In this paper,the classification of intelligence reconnaissance is firstly overviewed,then new type radar and new radar technologies applied are introduced,and the reconnaissance problems brought by new type radar are analyzed in detail,finally new technologies and orientations of radar intelligence reconnaissance development are presented.%首先回顾了情报侦察的分类,然后介绍了部分新体制雷达及所采用的新技术,并详细分析了由此带来的侦察问题,最后提出了雷达情报侦察发展的新技术和方向。

【期刊名称】《舰船电子对抗》

【年(卷),期】2012(035)004

【总页数】4页(P19-22)

【关键词】雷达情报侦察;低副瓣;宽带数字化接收机;高灵敏度

【作 者】李圣衍;胡东

【作者单位】南京电子技术研究所,南京210039;南京电子技术研究所,南京210039

【正文语种】中 文

【中图分类】TN95

0 引 言

侦察情报技术的使用由来已久，但在现代战争环境下，其发展尤其快。目前，经过几十年的发展，侦察情报技术的应用平台涵盖陆、海、空、天，主要有航天平台（各类成像侦察卫星、电子侦察卫星、天基红外系统等）、航空平台（固定翼侦察机、无人侦察机、侦察飞艇等）、海上及水下平台（海上监视船等）、地面平台（固定侦听站等）。其所使用的侦察监视传感器包括有源雷达、信号情报侦察、光电侦察、声学探测、辐射计等等。不同的传感器主要针对目标的不同物理特征来进行侦察，其中雷达情报侦察主要侦察雷达辐射的电磁信号，是信号情报侦察中重要的一环，其通过对雷达信号的侦察可以了解雷达的工作参数、工作方式等，在战时可以通过电子干扰、反辐射武器打击使其效能下降或无法工作，这样可以使敌人无法进行战场感知或武器系统失灵，为打赢战争起到事半功倍的效果。

因此雷达情报侦察和雷达有源探测是天生的对手，两者相辅相成，相克相生。雷达技术的发展需要考虑抗截获的需求，而雷达情报侦察需要考虑截获和分析识别的需求。

1 新雷达技术的发展概述

1.1 宽带／超宽带相控阵技术

目前外军装备的典型相控阵体制的雷达工作带宽如表1所示。

上述雷达的工作带宽均超过10%，甚至达到20% ～30%，带宽的增加除了可以提升雷达抑制杂波等能力，还可以有效提高雷达抗截获和反干扰的能力。

随着技术的发展，以GaN和SiC器件为代表的宽禁带器件研制这几年获得了长足进步，为研制宽带更宽的雷达创造了条件。现在国外已经研制的器件可覆盖甚高频（VHF）波段到S波段，可以同时满足探测隐身目标的能力和满足测量精度的需要，但雷达系统技术需要进行深入的研究。

表1 外军典型相控阵雷达的工作带宽

_________________________________________________________________________________2GHz______应用方向 ______雷达型号 ___________雷达类型 ______工作频段 ____工作带宽____警戒、引导雷达 _____AN／FPS-78 ____________对空监视 __________S ____500MHz______反导雷达 _______GBR-N ___有源相控阵、宽带、可变极化 _______X波段 ____1.3GHz___AN／SPY-1系列 ___________无源相控阵 _______S波段 ____400MHz__舰载对空警戒雷达 _____SAMPSON ___有源相控阵、宽带、频率捷变 _______S波段 _____2GHz_____SMART-L _________三座标、多波束 _______L波段 _____1GHz舰载制导火控雷达 _______APAR __________有源相控阵 X波段 _____2GHz EMPAR________________________________________________无源相控阵__C波段

1.2 双／多基地雷达探测技术

双／多基地或多基地工作体制是近年来雷达系统方面正在研究和发展的新体制。双／多基地雷达可以利用目标的侧向或前向反射回波来探测目标特性，以得到更大的雷达横截面积（RCS）。实验表明，利用非后向反射探测到的RCS值要比利用后向反射测得的RCS值高约15dB，这样在相同的探测距离下，雷达的发射功率小10dB以上。同样采用该体制后，雷达的接收站和发射站分置，系统可以采用调频连续波（FMCW）的方式工作，发射功率大大降低。

另外，由于收发分置，干扰机无法掌握接收站的准确位置，可增强对抗敌方定向电子干扰和欺骗干扰的能力。

1.3 一体化探测技术

美军的机载电子任务系统已在F-22、F-35战机上实现了高度融合。在F-22“猛禽”战机的探测系统中，AN／ALR-94电子战系统和 AN／APG-77雷达系统实现了无源探测和有源探测的融合。当敌机搜索F-22战机时，AN／ALR-94系统先于敌机进行探测、跟踪，然后引导AN／APG-77雷达进行“猝发”方式工作，用最少的能量探测目标。F-35战机上实现了综合孔径、综合射频和综合处理3个层面的融合，高度融合的任务电子系统有效提高了飞行员战场态势感知的能力，增强了电子对抗能力。

1.4 宽带、低副瓣相控阵天线设计技术

为了提高雷达抗截获、反干扰的能力，相控阵雷达天线在设计时，通过选择正确的照射函数，控制影响随机副瓣的相位误差和幅度误差来获得低副瓣性能。目前在工程实践中，

通过精密的设计和加工可使相控阵的副瓣电平比主瓣峰值低50dB以上。

1.5 低截获概率（LPI）波形设计技术

随着相控阵雷达发射／接收（TR）组件适应的信号占空比越来越大，雷达可以采用大占空比的信号设计，包括采用多相码信号、混沌调频信号、组合波形等，这些信号的使用，大大增加了侦察机的侦察难度，使其无法进行“指纹识别”。

大时宽带宽信号示意图如图1所示。

图1 大时宽带宽信号示意图

2 雷达情报侦察技术面临的难题

2.1 带宽带来的问题

电子情报侦察可以采用多种接收体制对雷达的频率参数进行侦察，常见的有超外差接收体制、模拟／数字信道化接收体制，数字瞬时测频（DIFM）接收体制等，工程上采用上述体制的组合较多。为适应信号带宽越来越宽的雷达，电子情报侦察接收机的处理带宽也越来越宽，据侦察接收机灵敏度公式：

式中：Be为信号处理的带宽；F0为噪声系数；M为识别系数。

从上述公式可以看出，处理带宽将影响灵敏度的指标。处理带宽增加1倍，灵敏度下

降3dB。所以对于宽带信号侦察来说，灵敏度下降将严重影响侦察距离。

2.2 功率带来的问题

一般条件下，侦察机接收的最小功率为：

式中：PtGt（θ）为雷达在接收机方向的有效辐射功率。

雷达采用低副瓣技术后，侦察机接收到的旁瓣功率大大降低，在接收灵敏度恒定的条件下，侦察距离大大缩短。比如雷达副瓣电平降低10dB，在副瓣侦察的条件下，侦察距离降低10倍。

2.3 波形带来的问题

随着双／多基地等新体制雷达的应用，雷达越来越多地采用LPI波形，包括连续波和准连续波体制、大时宽带宽编码体制。

准连续波体制克服了常规雷达低占空比工作的缺点，有效降低了雷达发射的脉冲功率，根据公式：，其中Pav为平均功率，决定雷达探测距离，Ppk为发射的脉冲功率，对侦察距离有较大影响。在Pav恒定时，占空比提高10%时，Pk下降 p 10%，对于相同的接收机，侦察距离将下降5%。

同时随着大量伪随机编码、混沌调频等LPI信号的运用，现有侦察接收机的侦察距离也大大缩短。针对典型的LPI雷达和电子支援措施（ESM）侦察机的探测距离，可以做个

比较，典型的雷达为荷兰的“领航员”雷达；典型的ESM系统基于DIFM体制，其对应的参数见表2、表3［1］。从参数对照可以看出，“领航员”雷达能够在20km内发现目标，而基于DIFM的ESM系统只能在2.5km内检测到“领航员”雷达信号。由此可见，LPI雷达使得ESM系统截获其辐射功率的能力大大降低。

表2 “领航员”雷达参数表__________参数 ___________典型值频率 ___________9GHz_________发射功率 ____________1W_________天线增益 ___________30dB积累时间 1ms_________________目标反射面积 __________100m2________噪声系数 4dB噪底 __________-144dBm_____非相参积累增益 ____________4dB损失 ____________4dB__________信噪比 15dB捷变带宽 _________200MHz____20km内_______________________接收功率 -125dBm_________

表3 典型ESM系统参数表_____________________________________-

60dBm_______________________________________________________________________参数__典型

值

______

接

收

________________________

天

线

增

益

0dB____________________________________________________________________________频带__2GHz___________________________________视频带宽__10MHz_________有效带宽 __________200MHz_________________________噪声系数__10dB噪底 __________-97dBm_______________________________________________________________________信噪比__17dB灵敏度 __________-60dBm 2.5km内接收功率________________________________

2.4 信号密度带来的问题

目前战场上典型的信号密集度指标如下［2］：全向的电子侦察系统针对全频段（0.1～40GHz）环境，信号密集度可达100～500万个脉冲／秒；机载电子侦察系统针对2～18GHz、全向环境，信号密集度可达50～100万个脉冲／s；舰载侦察系统针对1～18GHz、全向环境，信号密集度可达50～100万个脉冲／s；对于窄波束、宽频带搜索系统，信号密集度可达2～5万个脉冲／s。

据随机过程理论中的泊松过程定义可知，到达接收机的脉冲流可视为泊松流，泊松流的概率密度分布函数为［3］：

式中：t为分选处理时间；λ为脉冲流的到达率；n为到达的脉冲数。

这样，在时间0～t内到达脉冲数多于1个的概率为：

在密集的信号环境下，当信号处理时间比脉冲到达时间间隔长时，会出现在前面脉冲还未处理完而后面的脉冲已到达的情况，后面的脉冲就会因得不到处理而丢失。

设所要处理的脉冲流的平均到达率为106脉冲／秒，处理时间为1μs，则：

脉冲丢失截获概率为26.42%，实际工作时，单脉冲的处理时间远大于1μs，所以实际的脉冲丢失概率更大。一般为了减少脉冲丢失，信号分选器通常需要增加先进先出（FIFO）的排队电路，或采用高速处理电路，减少处理时间。

3 雷达情报侦察技术的发展趋势

为了适应越来越密集、复杂的信号环境，解决宽带、低功率、低信噪比检测的问题，必须大力发展宽带检测技术、数字处理技术，提高信号的测量精度和自动识别能力，缩短响应时间。

（1）宽带数字接收技术

数字化接收具备将雷达信号进行数字化采集和存储的能力，为采用各种复杂的检测算法对负信噪比条件下检测雷达信号及非雷达信号提供基础。宽带微波数字化接收技术是解决低截获概率信号、微弱信号探测的有效途径。宽带数字信道化接收机既有高截获概率的特点，又发挥了数字化接收机在信号处理方面的优势。目前模／数转换采样率可以达5GHz／s，处理带宽可达2GHz，划分若干子信道进行覆盖，既满足瞬时覆盖的要求，又能适应最小脉宽的要求，同时采集端前移，降低了噪声系数。采用先进的算法可实现低信噪比检测。应该说数字化接收技术是侦察系统中需要重点发展的关键技术之一。

（2）大动态接收处理技术［4］

随着空间电磁信号越来越密集，大信号、小信号同时到达接收机的可能性越来越大。如果接收机动态不够，将存在大信号压制小信号的情况，检测时将造成信号丢失。目前比较有效的解决途径是在接收机的前端尽量按频率或方位稀释信号，但一般是以设备的复杂性为代价，所以采用新的接收技术对同时到达信号进行检测是需要研究的课题之一。

（3）“指纹”识别技术［5］

电子“指纹”分析将使电子侦察触觉更敏锐，对LPI波形的雷达信号侦察具有重大意

义。目前的研究包括电子指纹存在的机理、分析提取电子“指纹”的方法。电子“指纹”识别是一项复杂甚至模糊的推理、判断过程，研究的方向如下：首先要建立辐射源个体指纹识别库，经过论证、测试给出辐射源个体指纹参数可识别的最优容差范围，在此基础上建立置信度评估模型，建立“指纹”识别专家系统。

（4）海量数据处理技术［5］

未来战场的电磁环境将具有极高的信号密度，而且由于新体制雷达大量涌现，各种功能和体制的雷达组合使用及无意／有意干扰的影响，使得电子侦察设备的信号分选和识别面临极大的困难和严峻的挑战。在高密度复杂信号环境下对雷达信号进行分选识别是雷达信号侦察技术的重要研究课题。目前主要考虑的技术途径包括：改进、优化信号分选和信号识别算法，提高对信号稀释、归类、去交错处理能力，采用先进的并行处理硬件架构，提高侦察设备的运算吞吐能力。

4 结束语

综上所述，雷达侦察技术的发展和雷达技术的发展是一对孪生兄弟，雷达的发展必然带动侦察技术的进步。大量新体制雷达、新型雷达处理技术的应用，使得侦察设备面临严酷的电磁环境，这就需要侦察设备具备高灵敏度、大动态、低信噪比检测能力，具备大容量数据快速处理能力，具备脉内特征识别的能力等等。目前有些关键技术需要在现有基础上进行优化，有些关键技术需要突破原有的体制，需要通过相应的研究突破关键技术和瓶颈技术。

参考文献

［1］ 曹军亮.低截获概率雷达在反ESM系统中的应用［J］.舰船电子对抗，2010，33（2）：20-23.

［2］ 上官晋太.高密度信号重频分选的若干问题研究［J］.山西师范大学学报，2001（6）：51-55.

［3］ 承德保.现代雷达反对抗技术［M］.北京：国防工业出版社，2008.

［4］ 熊群力，陈润生，杨小牛，等.综合电子战［M］.北京：国防工业出版社，2008.

［5］ 雷厉，石星，吕泽均，等.侦察与监视［M］.北京：国防工业出版社，2008.