电子通信工程前沿知识性讲座

（朱友杰；2013704059；电子与通信工程）摘要：雷达具有发现目标距离远，测定目标坐标速度快,能全天候使用等特点。因此在警戒、引导、武器控制、侦察、航行保障、气象观测、敌我识别等方面获得广泛应用，成为现代战争中一种重要的电子技术装备。而诞生的电子战将不可避免的与雷达技术有密切的联系，而雷达性能的好坏将不可避免的影响信息战的胜负，进而决定战争的胜败。本文就雷达与电子战有关的部分性能进行探讨。关键词：干扰、反干扰、侦察、反侦察Summary：Theradarhasthediscoveryobjectdistancetobefar,thepositioningofthetargetcoordinatesspeedisquick,cancharacteristicsandsoonall-weatheruse.Thereforeinaspectsandsoonsecurity,guidance,weaponcontrol,reconnaissance,navigationsafeguard,meteorologicalobservation,foeidentificationobtainsthewidespreadapplication,becomesinthemodernwarfareonekindofimportantelectronictechnologyequipment.Butisborntheelectroniccombatgeneralinevitablehasthecloserelationwiththeradartechnology,butradarperformancequalityinevitableinfluenceweaponofinformationvictoryanddefeat,thendecisionwarvictoryordefeat.Thisarticlecarriesonthediscussionontheradarandtheelectronicwarfarerelatedpartialperformance.Keywords：interference、anti-jamming、surveillance、counter-surveillance一、起源雷达是英文Radar的音译，源于radiodetectionandranging的缩写，原意为无线电探测和测距，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。二、历史1922年：无线电之父马可尼提出一个新概念：在能见度极低时，可发射无线电波而凭“回声”（实为反射波）探测船只。1922年：美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。雷达有关性能概述1924年：英国阿普利顿和巴尼特通过电离层反射无线电波测量赛层的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。1931年：美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达，开始让发射机发射连续波，三年后改用脉冲波。1935年：A.L.Samuel最早研制出多腔磁控管的模型。同年法国Gutton用磁控管产生16厘米波长，十一月29日德国人H.E.Hollmann注册了一项更为出色的多腔磁控管专利。1939年H.A.H.布特和J.T.兰道尔制成了完全达到实用标准的多腔磁控管，从而使得大战中美国的分米级别雷达技术突飞猛进。而苏联却于40年代出版的刊物上声称两名苏联学者先于36年制成了多腔磁控管，以将它的发明归功于自己名下（其类似的声称在飞机，无线电等多项荣誉中屡见不鲜），却无法掩盖大战中苏联雷达与无线电技术落后，成为各交战国中唯一在二战时往夜间战斗机上装米波雷达国家以及其战列舰在战后才装上进口的舰载雷达的事实。雷达作为夜间和雾天的海上探测式工具开始进行和平利用。1936年1月英国W.瓦特(又译罗伯特·沃特森·瓦特）在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。英国空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。1937年：美国第一个军舰雷达XAF试验成功1943年：美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器。1947年：美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。50年代中期：美国装备了超距预警雷达系统，可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。1959年：美国通用电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可发跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。1964年：美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造卫星或太空飞行器。1971年：加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。三、雷达相关性能3.1干扰雷达干扰可分为无源干扰和有源干扰两大类。3.1.1无源干扰有一种看起来并不起眼的东西——金属箔条，在实战中大有用途。当飞机或舰船受到雷达威胁时可投放箔条或发射箔条火箭，诱骗敌方雷达制导导弹射偏。飞机也可以将大量的干扰物投放到空中，散发开来呈云雾状，称为“干扰走廊”。另外还有一种角反射器无源干扰物，它是由反射能力很强的金属板组成，能够将来自各方面的雷达波反射回去。巧妙使用反射器，能在敌方雷达屏幕上显示假桥梁、假坦克等，以达到迷惑敌人的目的。2.1.2有源干扰利用无线电发射设备发射某种形式的干扰信号，以扰乱欺骗敌方雷达。例如，由飞机携带的干扰舱，当飞进干扰区时释放杂乱无章的干扰信号，或者制造假的回波信号来扰乱敌方雷达的正常工作。雷达有源干扰可分为压制性干扰和欺骗性干扰。应用最广泛的有源压制性干扰是噪声干扰，它对各种体制的雷达均有明显的干扰作用。在实战中，为了提高干扰效果，通常把各种干扰样式的雷达干扰组合使用。雷达反干扰技术的发展，又使得新型侦察和干扰技术在不断地产生。雷达对抗设备正向一体化、智能化、通用化、模块化和系列化发展，在作战运用上正向雷达干扰与反辐射导弹结合的软硬杀伤一体化方向发展。3.2抗干扰雷达抗干扰的主要目标是在与敌方电子干扰对抗中保证己方雷达任务的顺利完成。雷达抗干扰措施可分为两大类：（1）技术抗干扰措施；（2）战术抗干扰措施。技术抗干扰措施又可分为两类：一类是使干扰不进入或少进入雷达接收机中；另一类是当干扰进入接收机后，利用目标回波和干扰的各自特性，从干扰背景中提取目标信息。这些技术措施都用于雷达的主要分系统如天线、发射机、接收机、信号处理机中，下面将逐一介绍。3.2.1与天线有关的抗干扰技术雷达通过天线发射和接收目标信号，但同时可能接收到干扰信号，可以通过在天线上采取某些措施尽量减少干扰信号进入接收机。如提高天线增益，可提高雷达接收信号的信干比；控制天线波束的覆盖与扫描区域可以减少雷达照射干扰机；采用窄波束天线不仅可以获得高的天线增益，还能增大雷达的自卫距离、提高能量密度，还可以减少地面反射的影响，减小多径的误差，提高跟踪精度；采用低旁瓣天线可以将干扰限制在主瓣区间，还可以测定干扰机的角度信息，并能利用多站交叉定位技术，测得干扰机的距离信息；为了消除从旁瓣进入的干扰，还可以采取旁瓣消隐和旁瓣对消技术；当采用阵列接收天线时，可通过调整各个阵列单元信号的幅度与相位，在多个干扰方向上构成天线波瓣的零点，从而减少接收干扰信号的强度。从电波与天线理论可知：接收天线能很好地接收与其极化方式相同的电磁能量，若极化方式不同，则会引起很大衰减。因此在设计天线时，采用变极化技术，使极化形式和目标信号匹配而与干扰信号失配，就能减少对干扰信号的接收。另外还可采用旋转极化对消、视频极化对消技术等[3]。3.2.2与发射机有关的抗干扰技术对付噪声干扰的最直接办法是增大雷达发射机功率，结合高增益天线可以使雷达获得更大的探测距离，但该方法对箔条、诱饵、转发器和欺骗式应答干扰等无效。对此，更有效的方法是使用复杂的、变化的、不同的发射信号，让电子支援（ESM）和电子干扰承受最大的负担。根据方法的不同可分为跳频法、频率分集或宽瞬时带宽信号。如果频率能在较宽的范围内随机跳变，使雷达不断跳到不受干扰的频率上工作，它的抗干扰能力就能得到增强。常用的方法有固定跳频和频率捷变，由于频率捷变信号的跳频速度很快（可达微秒数量级），因此它能使瞄准式杂波干扰机很难截获或跟踪雷达。对于阻塞式干扰机，由于很难以足够的功率覆盖整个雷达的跳频带宽，干扰效果有限。在雷达发射机平均功率相同的条件下，宽带频率捷变雷达是目前抗杂波干扰的较好体制。另外，开辟新频段让雷达工作于更低或更高的频段上，散布范围尽量大；还可以使雷达突然在敌干扰频段的空隙中工作，使敌方不易干扰。2.2.3与接收机有关的抗干扰技术当雷达遭遇强大干扰时，强干扰信号与目标回波信号一同进入雷达接收机，使其超出正常的动态范围，工作状态进入饱和状态，这称为过载现象。一旦接收机出现过载，雷达就处于盲视状态，失去监视目标的作用，所有的反干扰措施也都失去意义。因此，抗饱和过载是雷达抗干扰的一条重要措施。雷达常采用的抗饱和过载技术有宽动态范围接收机（如对数接收机、线性-对数接收机）、瞬时自动增益控制电路、“宽-限-窄”电路、检波延迟控制电路、快速时间常数电路、近程增益控制电路、微波抗饱和电路等[4、5]。“宽-限-窄”抗宽带噪声调频干扰系统包括：宽带放大器、限幅器和窄带放大器，综合利用了频域和时域抗干扰原理，多次“整削”宽带噪声调频干扰的能量，同时又充分保护目标回波信号能量不受损失，可极大地改善系统信干比，从而极大地降低雷达虚警概率、提高发现概率，因而是抗宽带噪声调频干扰的一种有效抗干扰技术。3.3雷达反侦察技术由于雷达侦察接收系统要在满足信号强度、测向和测频的件下才能实施电子信号的侦察，分选出目标性能参数，因此可采取以下技术措施达到反侦察目的。(1)减少开机时间在保证雷达开展正常工作、完成任务的前提下，开机工作时间越短越好。通过减少雷达设备的开机发射时间，降低雷达辐射电磁波暴露的机会，减少对方截获电子信号有效时间，造成侦测困难，起到反侦察作用。(2)多频段体制在工作频率上要采取反侦察措施，采用多频段、多频率点捷变频的工作体制，使工作频率不容易被对方侦测到，起到频率隐蔽的作用，降低电磁波被对方截获的概率。(3)控制发射信号功率通过控制发射信号的功率强度，降低雷达辐射信号的能量，起到能量隐蔽的作用，增加对方侦收电磁波的难度，也是达到降低被截获的概率的一种有效的技术途径，技术实现上可通过改变发射脉冲信号的重复周期和时宽来实现。(4)低截获概率信号设计技术设计复杂的雷达信号形式和调制方式，合理选择雷达和侦察天线增益之比、接收机带宽之比和最小检测信噪比，提高天线主瓣增益，降低副瓣增益，提高工作频段，降低波束宽度以及变极化等，实现信号的低截获性能。四、结论当前，电子技术的发展促使雷达干扰与抗干扰之间的对抗更加激烈。雷达的抗干扰需要对雷达各分系统采取合适的抗干扰措施才能提高雷达的整体抗干扰能力。同时，抗干扰技术需要与适当的战术相结合才能发挥更佳的效能。本文对雷达性能及对抗技术进行了论述，主要通过侦察和反侦察、