军用雷达技术在现代战争中的应用

军用雷达技术在现代战争中的应用??点击上面国科环宇快捷关注军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置。它的基本战术性能指标有：探测目标类型、覆盖空域、发现概率和虚警概率、测量座标数及精度、数据更新率、处理目标容量、全天候、全天时能力、电子反对抗能力、抗摧毁能力、目标识别能力、电磁兼容性、可用性、耗电量和全寿命周期费用等。主要技术参数有工作频率及带宽、发射机功率、天线增益、波瓣宽度及旁瓣电平、系统噪声温度、信号带宽和目标信号在杂波或干扰背景中的改善因子等。军用雷达种类繁多，按其发射接收天线所在位置可分为单基地雷达、双基地雷达和多基地雷达。按其发射波形可分为连续波雷达、调频连续波雷达和脉冲波雷达，按其装载所在的平台可分为地基雷达、机载雷达、舰载雷达和星载雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达、微波雷达和毫米波雷达。按其探测的目的性可分为预警雷达、截获雷达、跟踪雷达、制导雷达、成像雷达和地形回避雷达等。按探测的机理分为视距雷达和超视距雷达。军用雷达是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要视觉传感器。它不但可以预警、截获、跟踪、识别、引导拦截空中、海面、地面和外空的目标，而且具有依靠空中或外空平台对地面大面积内的目标成像的能力。目前其分辨率及测量精度虽不及光学和红外传感器，但军用雷达的全天候、全天时以及大空域高数据率的性能则是其他传感器无法代替的，因而军用雷达在军事领域担负着极其重要的角色，具有广阔的应用前景。一、军用雷达在现代战争中的作用1864年麦克斯韦提出了电磁场理论，预见了电磁波的存在。1886年赫兹成功地完成了产生电磁波的实验，从而证实了“无线电”的存在。1922年马可尼主张用短波无线电来探测物体，确定另一船舶的存在，这是对于雷达概念的最早描述。之后，英、美、德等国的科学家做了许多验证试验。1935年2月英国人用一部12MHz的雷达探测到60km外的轰炸机，并于1937年初，正式布置了雷达“链条”(Chain)，美国1938年制造了第一部防空火力控制雷达SCR-268，其工作频率为205MHz，探测距离达180km，先后生产了约3000部。由此可见，雷达的发明和应用是上世纪30年代，至今已有70多年的历史。1940年11月，美国麻省理工学院(MIT)成立了辐射实验室，对雷达及其相关技术进行全面研究，取得了全面丰硕成果。第二次世界大战后，陆续公开出版了有名的28本《辐射实验室丛书》，公布了雷达和有关专业技术的大批资料，这对全世界雷达技术的发展起了重大的推动作用。第二次大战期间，飞机是交战双方的一种主要作战武器，探测敌方飞机的入侵，引导己方高射炮和飞机去拦截，成了迫切需要解决的问题,对船舶的探测也是当时的紧迫问题。作为主要探测手段的雷达应运而生，获得了快速发展。那时雷达的主要任务是发现目标的存在，测量目标的坐标位置，即飞机目标的距离，方位和仰角(或由距离与仰角换算出来的高度)，目标距离依靠测量雷达辐射信号从雷达到目标往返所需的传播时间来确定。要测量目标所在的角度必须依靠定向天线，即具有较窄波束宽度的雷达天线。为了使天线波束能照射到整个观测空域，天线波束必须在空间进行扫描，初期的雷达天线都是机械扫描天线。二战之后，军用雷达技术获得很大发展，各种新的军用雷达在战后多次局部战争中均起了重要作用。军用雷达在现代战争中的作用主要表现在以下3个方面：①雷达是各个级别上的作战指挥系统(亦称指挥、控制、通信计算机和情报、监视侦察系统，即C4ISR系统)中能够实时、主动、全天候获取有关目标战场环境信息的探测手段：②雷达是各类先进作战平台(飞机、导弹、战舰、战车等)的不可缺少的组成部分，是实现远程打击、精确打击的必要手段，是发挥其作战效能的倍增器。③雷达是发展和评估各类先进武器系统和进行军事技术研究的测试手段。军用雷达的分类有多种方法。常用的主要分类方法有：①按雷达测量的坐标参数分类，可分为二坐标(2D)雷达和三坐标(3D)雷达。例如，只测量目标距离和目标方位的雷达属于二坐标雷达；能同时测量目标的距离、方位、仰角的雷达则称为三坐标雷达。②按功能和作用分类，雷达可分为空中搜索(警戒)雷达，目标指示(引导)雷达，火控雷达，制导雷达，炮位侦察雷达和岸防雷达等。③按雷达装载的平台来分类，有机载雷达、舰载雷达、气球载雷达、弹载雷达、车载雷达、星载雷达等。以机载雷达为例，又可细分为机载预警雷达、机载火控雷达、机载战场侦察雷达、直升机载雷达、无人机载雷达等。其中每一种机载雷达根据功能差异，所用的主要技术等，又可分出许多品种。④按采用的雷达信号形式来划分，有连续波雷达和脉冲雷达两大类。每一类中又包含多种雷达，如调频连续波雷达，脉冲多普勒雷达，脉冲压缩雷达等。⑤其它分类方法，如根据其移动性可分为固定式雷达，机动雷达，可运输式雷达等；根据雷达作用距离大小，可分为近程雷达、中程雷达、远程雷达、超远程雷达，等等。无论哪种雷达，都包含有产生高功率辐射信号的雷达发射机；向空间辐射信号的发射天线；接收从目标反射信号的接收天线；将微弱的接收信号进行放大滤波和变换的雷达接收机；对雷达信号进行处理、录取与显示的雷达终端设备；控制雷达天线转动，控制与录取天线波束指向数据的雷达伺服设备：雷达各分系统协调工作的频率综合器和定时器等。典型的先进脉冲雷达的基本组成，如图1所示。在图l中，发射天线与接收天线公用，因而增加了双工器：图l中的发射机为功率放大式发射机，接收机则是采用了低噪声放大器(LNA)的外差式接收机。军用雷达要完成的基本功能主要是：①目标检测，在雷达观测空域内确定有无感兴趣的目标；②目标参数测量，亦称目标参数估计，用于确定目标位置，运动参数和提取其它目标特征参数；③目标分类、识别，用于确定目标类型，分辨真假目标等。为实现这些功能，满足现代战争的特点与密切相关的军事需求，对各种用途的新一代军用雷达提出以下8点要求：①观察低可探测目标：(包括隐身目标，如隐身飞机、隐身无人机、隐身舰船)和直径5cm以下“空间垃圾”(对航天和空间飞行活动)，小型导弹，反辐射导弹(A刚)等；②提高雷达在复杂电磁干扰环境下工作的可靠性和有效性；提高雷达在硬打击(反辐射导弹和激光制导炸弹)下的生存能力；③提高雷达测量的分辨率和精度，以适应具有精确打击能力的各类作战平台和测量评估雷达发展的需要：④进行目标分类、识别和判别目标属性；⑤对地面、海面和空中运动目标进行高分辨成像，检测地面／海面的运动或静止军用目标；⑥发展双，基地雷达系统，将多部雷达组网，采用多传感器数据融合(MSDF)，改善雷达性能，提高雷达抗电子战、信息战能力与雷达的生存能力：⑦提高雷达进入各类指挥控制(C4ISR)系统与作战平台的综合能力；⑧将有源雷达与无源雷达结合，将雷达中的一些功能模块(例如天线，发射，接收，信号处理，计算机，终端显示)与敌我识别(IFF)、电子战(Ew)，通信系统设备等中的相应功能模块共用，严格控制雷达发射信号的辐射，对雷达辐射进行管理和改进雷达所在平台的综合电子系统的性能。二、军用雷达技术的应用为了实现这些日益增高的新要求，各项雷达新技术获得了很大发展，并逐渐应用于各类先进雷达之中。这些新技术主要表现在以下9个方面：1)雷达频段的扩展在频率的高端，往毫米波、红外、激光雷达方向扩展：在低端则往vHF、UHF与HF(短波)波段扩展。2)雷达自动目标识别(ATR)根据雷达观测数据及从雷达回波中提取的特征，对目标进行分类、识别、判别属性是实现战场管理，精确打击的重要条件，是当今雷达发展中的一个重大课题。3)雷达成像技术采用大的瞬时信号带宽信号，可获得目标的高分辨一维像，再利用目标回波中多普勒频移的变化，即利用综合孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)的原理可获得很高的两维分辨能力，实现目标的两维成像，测量地面高度、探测林中隐蔽目标，甚至探测地下军事工事，这极大提高了雷达的应用范围。4)超低副瓣天线技术高增益、超低副瓣天线(最大副瓣低于．40dB)是雷达抗干扰、抗ARM，抗杂波的关键技术。5)超宽带雷达技术雷达信号的瞬时相对带宽大于25％的雷达称为超宽带雷达。超宽带雷达在目标识别、雷达成像、抗干扰、抗AI己M等方面均有重要意义。6)相控阵天线技术除低／超低副瓣相控阵天线外，有源相控阵天线，共形相控阵天线和宽带相控阵天线的发展有重要意义。有源相控阵天线中每一个天线单元均有一个发射，接收组件(T瓜组件)，具有高性能、高可靠、低成本的发射／接收组件，数字波束形成(DBF)，自适应波束形成，大时宽带积信号的数字产生与数字处理等技术正在快速发展，并在相控阵天线的大量采用是降低先进雷达成本的重要措施。7)先进的信号处理与数据处理技术随着计算机、集成电路技术的飞速发展，高速、大容量并行处理的实时处理成为可能。将其用于相控阵天线，可实现自适应数字波束形成(ADBF)。这将天线理论与信号处理相结合，出现了具有多种自适应能力的信号处理天线，为提高雷达的性能提供了新的潜力。8)雷达系统建模与仿真技术利用现今迅速发展的计算机技术和仿真技术，可以在雷达研制过程中的设计阶段，合理确定各项战术技术指标，协调各分系统之间的指标分配、优化雷达系统设计，缩短雷达设计周期；在系统软件优化和系统性能评估中仿真技术更有重要作用。采用先进的雷达系统建模与仿真技术是克服先进雷达研制周期长，技术风险大，成本高的关键措施。9)雷达新工艺，新结构，新材料技术为实现雷达的高机动能力，解决在一些复杂平台上安装所遇到的体积、重量的限制和恶劣物理环境的影响，解决大功率散热问题等，都要依赖于采用新工艺，新结构和新材料。同时，这些新技术也是提高雷达性能，缩短雷达研制周期，降低成本的重要措施。碳纤维复杂材料(CFRP)、纳米材料、微电子机械系统(MEMS)，在雷达中将有更广泛的应用。二战以后，军用雷达技术保持了高速发展的势头，这与战后的冷战局面和美苏两国的军备竞赛有密切关系。计算机、集成电路和信号处理技术的发展使雷达中的运动目标显示(MTI)处理、脉冲多普勒(PD)处理、脉冲压缩等，先后从模拟处理方式转为数字处理方式，极大地提高了雷达的性能，也大大促进了相控阵雷达的诞生。1957年苏联成功发射第一个人造卫星上天以后，观测空间飞行目标，人造卫星和洲际弹道导弹成了重大课题，要求雷达作用距离要达到数千公里，可同时跟踪多批高速飞行的目标，只有采用计算机实时控制的相控阵才能实现这些功能。相控阵雷达与机械扫描雷达的主要差别是它采用了由大量天线单元构成的阵列天线及其复杂的馈线系统，其中包括了大量的无源与有源微波器件。每一个天线单元上带有一个电控移相器或移相器和衰减器组成的幅相调节器(APV)，因而天线口径照射函数可在计算机控制下高速变化，使相控阵雷达具有常规机械扫描雷达所具备的若干技术特点，它们是：①天线波束的快速扫描能力；②天线波束形状的快速变化能力；③空间定向与空域滤波的能力；④空间功率合成能力；⑤天线与雷达平台共形的能力。相控阵技术不仅在远程、超远程雷达近年来在各种战术雷达中也都得到了广泛应用。除了相控阵天线技术外，高功率雷达发射机技术始终是雷达技术的一个重点。在雷达发展过程中，经历了三、四极管发射机、磁控管、速调管、行波管等电真空发射机，随着高功率半导体器件的发展，固态发射机技术越益被广泛应用，特别是应用于～些高性能相控阵雷达之中；但在高功率、高频段，例如毫米波波段的雷达发射机仍广泛采用电真空器件的发射机。为适应雷达观察隐身飞机和空对空、空对地、空对舰、反辐射导弹(AI洲)、无人飞机等雷达截面积小的低可观察目标，各种军用雷达对高功率发射机的要求更显突出，促使新的电真空、半导体功率放大器件快速发展，例如高功率回旋速调管、宽禁带(wBG)半导体功率器件及放大器等均成了当今雷达技术领域中的研究重点。三、军用雷达的发展趋势现代军用雷达的发展是以现代信息处理技术，微电子技术和计算机等信息技术的迅猛发展和广泛应用为基础的