現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)陳伯孝第章

雷達(dá)是英文“Radiodetectionandranging”縮寫(xiě)Radar的音譯，其含義是指利用無(wú)線電對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和測(cè)距。它的基本功能是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的散射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并測(cè)定目標(biāo)的空間位置。雷達(dá)經(jīng)歷了它的誕生和發(fā)展初期后，在20世紀(jì)六七十年代進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。1.1雷達(dá)的發(fā)展概況當(dāng)前1頁(yè)，總共130頁(yè)。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在20世紀(jì)中后期，雷達(dá)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，出現(xiàn)了許多新型雷達(dá)，例如合成孔徑雷達(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等。現(xiàn)代雷達(dá)的功能已超出了最早定義雷達(dá)的“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”的含義，已賦以新的內(nèi)涵——提取目標(biāo)的更多信息，例如目標(biāo)的屬性、目標(biāo)成像、目標(biāo)識(shí)別和戰(zhàn)場(chǎng)偵察等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的分類(lèi)或識(shí)別。當(dāng)前2頁(yè)，總共130頁(yè)。下面簡(jiǎn)單回顧現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展史上的一些重大事件：

1.雷達(dá)的誕生及發(fā)展初期

1886年，HeinrichHertz(海因里奇·赫茲)驗(yàn)證了電磁波的產(chǎn)生、接收和散射。

1886~1888年，ChristianHulsmeyer(赫爾斯姆耶)研制出原始的船用防撞雷達(dá)。

1937年，RobertWatsonWatt(沃森·瓦特)設(shè)計(jì)出第一部可用的雷達(dá)——“ChainHome”，并在英國(guó)建成。當(dāng)前3頁(yè)，總共130頁(yè)。1938年，美國(guó)信號(hào)公司制造的SCR-268成為第一部實(shí)用的防空火控雷達(dá)，其工作頻率為200MHz，作用距離為180km。這種雷達(dá)共生產(chǎn)了3100部。

1939年，美國(guó)無(wú)線電公司(RCA)研制出第一部實(shí)用艦載雷達(dá)——XAF，安裝在“紐約號(hào)”戰(zhàn)艦上，對(duì)飛機(jī)的探測(cè)距離為160km，對(duì)艦船的探測(cè)距離為20km。當(dāng)前4頁(yè)，總共130頁(yè)。

2.二戰(zhàn)中的雷達(dá)

在第二次世界大戰(zhàn)中，雷達(dá)發(fā)揮了重要作用。用雷達(dá)控制高射炮擊落一架飛機(jī)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(dá)被譽(yù)為第二次世界大戰(zhàn)的“天之驕子”。當(dāng)前5頁(yè)，總共130頁(yè)。

3.20世紀(jì)五六十年代的雷達(dá)

在這期間，由于航天技術(shù)的飛速發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星以及宇宙飛船等均采用雷達(dá)作為探測(cè)和控制手段。反洲際彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)要求雷達(dá)具有高精度、遠(yuǎn)距離、高分辨率和多目標(biāo)測(cè)量能力，使雷達(dá)技術(shù)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期；大功率速調(diào)管放大器應(yīng)用于雷達(dá)，發(fā)射功率比磁控管高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；這一時(shí)期研制的大型雷達(dá)用于觀察月亮、極光、流星；單脈沖跟蹤雷達(dá)ANFPS-16的角跟蹤精度達(dá)0.1mrad；合成孔徑雷達(dá)利用裝在飛機(jī)上較小的側(cè)視天線可產(chǎn)生地面上的一個(gè)條狀地圖；機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)應(yīng)用于“波馬克”空空導(dǎo)彈的下視和制導(dǎo)；當(dāng)前6頁(yè)，總共130頁(yè)?！胞湹吕住备哳l超視距雷達(dá)作用距離達(dá)3700km；S波段防空相控陣?yán)走_(dá)ANSPS-33在方位維采用鐵氧體移相器控制進(jìn)行電掃，在俯仰維采用頻掃方式；超遠(yuǎn)程相控陣?yán)走_(dá)ANFPS-85用于外空監(jiān)視和洲際彈道導(dǎo)彈預(yù)警；等等。當(dāng)前7頁(yè)，總共130頁(yè)。

4.20世紀(jì)七八十年代的雷達(dá)

這一時(shí)期合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和脈沖多普勒雷達(dá)得到了迅速發(fā)展。相控陣用于戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)。同期，美國(guó)研制出E-3預(yù)警機(jī)等。當(dāng)前8頁(yè)，總共130頁(yè)。5.20世紀(jì)90年代的雷達(dá)

20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，雷達(dá)進(jìn)一步向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。同時(shí)，反雷達(dá)的對(duì)抗技術(shù)也迅速發(fā)展起來(lái)。一些主要軍事大國(guó)紛紛研制一些新體制雷達(dá)，例如無(wú)源雷達(dá)、雙(多)基地雷達(dá)、機(jī)(或星)載預(yù)警雷達(dá)、稀布陣?yán)走_(dá)、多載頻雷達(dá)、微波成像雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等。當(dāng)前9頁(yè)，總共130頁(yè)。

6.新世紀(jì)的雷達(dá)

新世紀(jì)，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，雷達(dá)將是高性能、多功能的綜合體，即集雷達(dá)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(jī)動(dòng)性并降低成本，雷達(dá)將由過(guò)去集中式大孔徑天線向分布式小孔徑雷達(dá)方向發(fā)展；從頻率源、發(fā)射到接收，雷達(dá)已從模擬向數(shù)字化方向發(fā)展，提出了數(shù)字化雷達(dá)的概念。數(shù)字化雷達(dá)在每個(gè)脈沖重復(fù)周期采用不同的信號(hào)形式，提高了抗干擾能力。從信號(hào)處理和檢測(cè)的角度，雷達(dá)將向智能化方向發(fā)展。綜合利用多部雷達(dá)協(xié)同探測(cè)與雷達(dá)組網(wǎng)，可以提高雷達(dá)的探測(cè)能力和覆蓋范圍。同時(shí)，雷達(dá)將向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。當(dāng)前10頁(yè)，總共130頁(yè)。在雷達(dá)技術(shù)得到迅速發(fā)展的同時(shí)，由于敵我雙方軍事斗爭(zhēng)的需要，雷達(dá)亦面臨著生存和發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)。雷達(dá)面臨的威脅主要有四個(gè)方面：一是隱身技術(shù)。由于采用隱身技術(shù)，使得目標(biāo)的散射截面積(RCS)大幅度降低，雷達(dá)接收到的目標(biāo)散射回波信號(hào)微乎其微，以至于難以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。二是綜合電子干擾(ECM)。由于快速應(yīng)變的電子偵察和強(qiáng)烈的電子干擾，使得雷達(dá)難以正確地發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo)。三是反輻射導(dǎo)彈(ARM)。高速反輻射導(dǎo)彈已成為雷達(dá)的克星，當(dāng)前11頁(yè)，總共130頁(yè)。只要雷達(dá)一開(kāi)機(jī)，被敵方偵察到以后，很容易利用ARM將雷達(dá)摧毀。四是低空突防。對(duì)具有掠地、掠海能力的低空、超低空飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈，雷達(dá)一般難以發(fā)現(xiàn)。這就是人們常說(shuō)的雷達(dá)面臨的“四大威脅”。當(dāng)前12頁(yè)，總共130頁(yè)。

1.2.1基本組成

雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成如圖1.1所示。通常包括波形產(chǎn)生器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、A/D變換、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、顯示器、信息存儲(chǔ)與傳輸、天線及其伺服裝置、電源等部分。1.2雷達(dá)工作原理與分類(lèi)當(dāng)前13頁(yè)，總共130頁(yè)。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(lì)信號(hào)，也稱(chēng)為激勵(lì)源，同時(shí)，產(chǎn)生相干本振信號(hào)送給接收機(jī)；發(fā)射機(jī)對(duì)激勵(lì)源提供的射頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，再經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)饋電至天線，由天線輻射出去；目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)天線和收發(fā)開(kāi)關(guān)至接收機(jī)，再由接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、混頻和濾波等處理；信號(hào)處理的作用是抑制非期望信號(hào)(雜波、干擾)，通過(guò)相干積累或非相干積累等措施以提高有用信號(hào)的信噪比，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與跟蹤等。當(dāng)前14頁(yè)，總共130頁(yè)。通常將目標(biāo)航跡的關(guān)聯(lián)、跟蹤濾波、航跡管理等稱(chēng)為雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理。目標(biāo)航跡及相關(guān)信息在屏幕上顯示的同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備傳輸至各級(jí)指揮系統(tǒng)。當(dāng)前15頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.1雷達(dá)系統(tǒng)的基本組成當(dāng)前16頁(yè)，總共130頁(yè)。1.2.2雷達(dá)分類(lèi)

根據(jù)雷達(dá)的功能及工作方式的不同，雷達(dá)有多種分類(lèi)方法。

1)按作用分類(lèi)

雷達(dá)按作用可分為軍用和民用兩大類(lèi)。軍用雷達(dá)根據(jù)其作戰(zhàn)平臺(tái)所處位置又分為地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、星載雷達(dá)、末制導(dǎo)雷達(dá)(彈載雷達(dá))等。當(dāng)前17頁(yè)，總共130頁(yè)。地面雷達(dá)按其功能又包括監(jiān)視雷達(dá)(警戒雷達(dá))、跟蹤雷達(dá)、火控雷達(dá)、目標(biāo)引導(dǎo)與指示雷達(dá)等。機(jī)載雷達(dá)包括機(jī)載預(yù)警雷達(dá)、機(jī)載火控雷達(dá)、轟炸雷達(dá)、機(jī)載氣象雷達(dá)、機(jī)載空中偵察雷達(dá)、機(jī)載測(cè)高雷達(dá)等。

民用雷達(dá)主要包括空中交通管制雷達(dá)、港口管制雷達(dá)、氣象雷達(dá)、探地雷達(dá)、汽車(chē)防撞或自動(dòng)駕駛雷達(dá)、道路車(chē)輛測(cè)速雷達(dá)等。當(dāng)前18頁(yè)，總共130頁(yè)。2)按信號(hào)形式分類(lèi)

雷達(dá)按信號(hào)形式分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)，以及介于兩者之間的準(zhǔn)連續(xù)波雷達(dá)。脈沖雷達(dá)又分為脈沖壓縮雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)和噪聲雷達(dá)。根據(jù)信號(hào)帶寬可分為窄帶雷達(dá)、寬帶雷達(dá)和超寬帶雷達(dá)。根據(jù)信號(hào)的相參性可分為相參雷達(dá)和非相參雷達(dá)?，F(xiàn)代雷達(dá)一般都為相參雷達(dá)。當(dāng)前19頁(yè)，總共130頁(yè)。3)按天線波束掃描形式分類(lèi)

雷達(dá)按天線波束掃描形式分為機(jī)械掃描雷達(dá)、電掃描雷達(dá)，以及機(jī)械掃描與電掃描相結(jié)合的雷達(dá)。

4)按測(cè)量的目標(biāo)參數(shù)分類(lèi)

雷達(dá)按測(cè)量的目標(biāo)參數(shù)可分為兩坐標(biāo)(距離、方位)雷達(dá)、三坐標(biāo)(距離、方位、仰角或高度)雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)、測(cè)速雷達(dá)、敵我識(shí)別雷達(dá)、成像雷達(dá)等。

5)按角度跟蹤方式分類(lèi)

跟蹤雷達(dá)按角度跟蹤方式可分為圓錐掃描雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)。當(dāng)前20頁(yè)，總共130頁(yè)。1.2.3雷達(dá)的工作頻率

雷達(dá)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(dá)的工作頻率分為不同的頻段，表1.1列出了雷達(dá)頻段和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及各頻段的主要應(yīng)用場(chǎng)合和特點(diǎn)。例如，L波段代表波長(zhǎng)以22cm為中心，S波段以10cm為中心，C波段以5cm為中心，X波段以3cm為中心，Ku波段以2.2cm為中心，Ka波段以8mm為中心。根據(jù)工作波長(zhǎng)，雷達(dá)可分為超短波雷達(dá)、米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等。這里字母頻段名稱(chēng)不能代表雷達(dá)工作的實(shí)際頻率。當(dāng)前21頁(yè)，總共130頁(yè)。表1.1雷達(dá)的工作頻率

當(dāng)前22頁(yè)，總共130頁(yè)。1.2.4從雷達(dá)回波提取的目標(biāo)位置信息

1)距離

普通脈沖雷達(dá)是通過(guò)測(cè)量發(fā)射信號(hào)傳播到目標(biāo)并返回來(lái)的時(shí)間來(lái)測(cè)定目標(biāo)的距離的。如圖1.2所示。假設(shè)延遲時(shí)間為τ，τ＝2R/c，則目標(biāo)的距離R為

(1.2.1)當(dāng)前23頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.2發(fā)射脈沖和目標(biāo)回波示意圖當(dāng)前24頁(yè)，總共130頁(yè)。這種基于窄脈沖的測(cè)距方法，脈沖越窄，測(cè)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(cè)距方法是采用脈沖壓縮波形(將在后面章節(jié)中介紹)。當(dāng)前25頁(yè)，總共130頁(yè)。2)方向(方位和仰角)

目標(biāo)的方向是通過(guò)測(cè)量回波的波前到達(dá)雷達(dá)的角度來(lái)確定的。雷達(dá)一般使用方向性天線，即具有窄輻射方向圖的天線進(jìn)行波束方位維和俯仰維的掃描。當(dāng)接收信號(hào)的能量最大時(shí)，天線所指的方向就是目標(biāo)所在的方向。這種或其它測(cè)量方向的方法都假定大氣不擾亂無(wú)線電波的直線傳播。

入射波前的方向也可通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)分離的天線所接收的相位差來(lái)決定，而相位差則取決于入射波前與兩個(gè)天線連線的夾角。兩個(gè)天線分開(kāi)越遠(yuǎn)，則精度越高。然而如果天線分得太開(kāi)，就會(huì)在兩個(gè)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(cè)量結(jié)果。當(dāng)前26頁(yè)，總共130頁(yè)。早期的比幅單脈沖雷達(dá)在每個(gè)平面上使用兩個(gè)天線(或用兩個(gè)饋源照射單個(gè)反射體)來(lái)進(jìn)行角度測(cè)量，但這兩個(gè)天線中心的間隔應(yīng)小于半個(gè)波長(zhǎng)，從而避免了柵瓣造成的模糊。比相單脈沖雷達(dá)的兩個(gè)天線相距多個(gè)波長(zhǎng)，但各個(gè)天線的方向性抑制了柵瓣。當(dāng)前27頁(yè)，總共130頁(yè)。3)高度

假設(shè)目標(biāo)的斜距為R，仰角為θ，則目標(biāo)的高度為

H＝R·sinθ＋h (1.2.2)

其中h為天線高度。如果考慮地球曲率半徑ρ的影響，則目標(biāo)的高度為

(1.2.3)當(dāng)前28頁(yè)，總共130頁(yè)。4)目標(biāo)的尺寸和形狀

利用目標(biāo)的一維距離像可以大致確定目標(biāo)在距離維的尺寸和散射點(diǎn)的分布；利用合成孔徑雷達(dá)成像可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的偵察和對(duì)目標(biāo)的識(shí)別；通過(guò)對(duì)目標(biāo)的三維成像，特別是單脈沖三維成像，可以對(duì)目標(biāo)的三維尺寸和形狀進(jìn)行特征提取。當(dāng)前29頁(yè)，總共130頁(yè)。1.2.5多普勒頻率

當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，若雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的工作頻率為f0，則接收信號(hào)的頻率為f0＋fd，fd為多普勒頻率。將這種由于目標(biāo)相對(duì)輻射源的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致回波信號(hào)頻率的變化稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。如圖1.3所示，當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，多普勒頻率為正；當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)時(shí)，多普勒頻率為負(fù)。照射到目標(biāo)上的波形具有間隔為λ(波長(zhǎng))的等相位波前，靠近雷達(dá)的目標(biāo)導(dǎo)致反射回波的等相位波前相互靠近(較短波長(zhǎng))，λ>λ′(λ′為反射波波長(zhǎng))；反之，遠(yuǎn)離雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)導(dǎo)致反射回波的等相位波前相互擴(kuò)展(較長(zhǎng)波長(zhǎng))，λ<λ′。當(dāng)前30頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.3多普勒效應(yīng)(運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)反射的等相位波前的影響)當(dāng)前31頁(yè)，總共130頁(yè)。假定雷達(dá)的發(fā)射脈沖寬度為τ，對(duì)應(yīng)的波程為L(zhǎng)＝cτ(c為光速)，目標(biāo)的徑向速度為vr，如圖1.4所示，假定脈沖前沿到達(dá)目標(biāo)與后沿到達(dá)目標(biāo)的時(shí)間間隔為Δt，在Δt時(shí)間內(nèi)目標(biāo)移向脈沖內(nèi)的距離為d＝vrΔt。由于脈沖以光速傳播，后沿已經(jīng)移動(dòng)的距離是cτ－d，那么

cτ＝cΔt＋vrΔt，cτ′＝cΔt－vrΔt

(1.2.4)當(dāng)前32頁(yè)，總共130頁(yè)。由式(1.2.4)，得到反射脈沖寬度τ′和入射脈沖寬度τ之間的關(guān)系為

(1.2.5)

式中， 通常稱(chēng)為時(shí)間擴(kuò)展因子。若vr＝0，則τ′＝τ。同理可以計(jì)算，當(dāng)目標(biāo)以速度vr遠(yuǎn)離雷達(dá)時(shí)，反射和入射脈沖寬度之間的關(guān)系為

(1.2.6)當(dāng)前33頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.4運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度對(duì)發(fā)射脈沖的影響當(dāng)前34頁(yè)，總共130頁(yè)。為了推導(dǎo)出多普勒頻率，圖1.5考慮兩個(gè)脈沖的情況，假設(shè)兩個(gè)入射脈沖的重復(fù)頻率(PRF)為fr，脈沖1的前沿到達(dá)目標(biāo)以后，脈沖2的前沿要花Δt時(shí)間到達(dá)目標(biāo)，電波傳播的距離為 ，且脈沖2前沿在Δt時(shí)間的遲延距離d＝vrΔt，則

(1.2.7)

經(jīng)化簡(jiǎn)得

(1.2.8)當(dāng)前35頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.5目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)發(fā)射脈沖的影響當(dāng)前36頁(yè)，總共130頁(yè)。反射脈沖間隔T'r所對(duì)應(yīng)的波程為s－d，其中s＝cΔt，則回波脈沖的重復(fù)頻率f'r＝1T'r，且

(1.2.9)

由此，回波脈沖的PRF與入射脈沖的PRF之間的關(guān)系為

(1.2.10)當(dāng)前37頁(yè)，總共130頁(yè)。由于周期的數(shù)量不變，反射信號(hào)的頻率也以相同的因子上升，回波信號(hào)的載頻f'0與入射信號(hào)的載頻f0之間的關(guān)系為

(1.2.11)當(dāng)前38頁(yè)，總共130頁(yè)。多普勒頻率定義為回波信號(hào)的載頻f'0與入射信號(hào)的載頻f0之差，即

(1.2.12)

由于vr>>c，且波長(zhǎng)λ＝c/f0，則

(1.2.13)當(dāng)前39頁(yè)，總共130頁(yè)?？梢?jiàn)，多普勒頻率與目標(biāo)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(dǎo)出：圖1.6給出了一個(gè)以速度vr向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，在t0時(shí)刻(參考時(shí)間)的距離為R0，那么在t時(shí)刻目標(biāo)的距離為

(1.2.14)

(1.2.15)當(dāng)前40頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.6以速度vr向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)當(dāng)前41頁(yè)，總共130頁(yè)。若發(fā)射信號(hào)為s(t)，不考慮傳輸衰減，則雷達(dá)接收信號(hào)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(chēng)壓縮因子)為γ，即

(1.2.17)當(dāng)前42頁(yè)，總共130頁(yè)。同理，對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)離雷達(dá)飛行的目標(biāo)，比例因子為γ＝1 。式(1.2.16)可改寫(xiě)為

(1.2.18)

從上式可以看出，與靜止目標(biāo)的回波相比，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)是時(shí)間壓縮形式，因此，根據(jù)傅立葉變換的比例特性，時(shí)間壓縮信號(hào)的頻譜將以因子γ擴(kuò)展。當(dāng)前43頁(yè)，總共130頁(yè)?？紤]特殊情況，若發(fā)射信號(hào)為

(1.2.19)

式中ω0＝2πf0是以弧度每秒表示的中心頻率。y(t)的傅立葉變換為Y(ω)，則接收信號(hào)及其傅立葉變換為當(dāng)前44頁(yè)，總共130頁(yè)。

(1.2.20)

(1.2.21)

為了簡(jiǎn)單，相位常數(shù)ψ0在式(1.2.21)中被忽略。因此，接收信號(hào)的頻譜出現(xiàn)在以γω0為中心處，而不是以ω0為中心處。由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒角頻率為當(dāng)前45頁(yè)，總共130頁(yè)。

(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(dāng)目標(biāo)以速度vr遠(yuǎn)離雷達(dá)時(shí)，多普勒頻率fd＝－

。當(dāng)前46頁(yè)，總共130頁(yè)。圖1.7(a)給出了雷達(dá)中心頻率f0分別為35、10、3GHz和450、150MHz時(shí)的多普勒頻率與徑向速度之間的關(guān)系曲線，圖1.7(b)給出了徑向速度vr分別為10、100、1000ms時(shí)的多普勒頻率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線。當(dāng)前47頁(yè)，總共130頁(yè)。圖1.7多普勒頻率與徑向速度、波長(zhǎng)之間的關(guān)系當(dāng)前48頁(yè)，總共130頁(yè)。多普勒頻率和雷達(dá)視線與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角有關(guān)，如圖1.8所示，當(dāng)雷達(dá)視線與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為θ時(shí)，vr＝vtcosθ，為目標(biāo)速度vt投影到雷達(dá)視線上的徑向速度，多普勒頻率為fd＝2vtcosθ/λ。當(dāng)前49頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.8多普勒頻率與雷達(dá)視線的關(guān)系當(dāng)前50頁(yè)，總共130頁(yè)。若雷達(dá)平臺(tái)也在運(yùn)動(dòng)，如圖1.9所示，例如，在導(dǎo)彈上的導(dǎo)引頭末制導(dǎo)雷達(dá)，在某一時(shí)刻彈載雷達(dá)的波束與雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向的夾角為θa，導(dǎo)彈相對(duì)于大地的速度為va，目標(biāo)相對(duì)于大地的速度為vt，與雷達(dá)視線的夾角為θ，則目標(biāo)回波的多普勒頻率為

(1.2.24)當(dāng)前51頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.9運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上雷達(dá)的多普勒頻率當(dāng)前52頁(yè)，總共130頁(yè)。針對(duì)雙基地雷達(dá)，如圖1.10所示，目標(biāo)速度vt與發(fā)射站和接收站的夾角分別為θt和θr，則目標(biāo)回波的多普勒頻率為

(1.2.25)

其中β＝θt＋θr，為雙基地角。當(dāng)前53頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.10雙基地雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系當(dāng)前54頁(yè)，總共130頁(yè)。若目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于雷達(dá)視線的方位和仰角分別為θa和θe，如圖1.11所示，則目標(biāo)回波的多普勒頻率為

(1.2.26)

式中，cosθ＝cosθecosθa，目標(biāo)速度vt投影到雷達(dá)視線的徑向速度為vr＝vtcosθ＝vtcosθecosθa。當(dāng)前55頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.11徑向速度與方位和仰角的關(guān)系當(dāng)前56頁(yè)，總共130頁(yè)。當(dāng)然，對(duì)距離的連續(xù)測(cè)量也可獲得距離對(duì)時(shí)間的變化率，即相對(duì)速度。但通過(guò)對(duì)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生的多普勒頻率的測(cè)量可獲得更精確的實(shí)時(shí)相對(duì)速度，因此實(shí)際中通常采用多普勒測(cè)量的方法。任何對(duì)速度的測(cè)量都需要一定的時(shí)間。假定信噪比保持不變，則測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng)，精度就越高。雖然多普勒頻移在某些應(yīng)用中是用來(lái)測(cè)量相對(duì)速度的(例如公路上的測(cè)速雷達(dá)和衛(wèi)星探測(cè)雷達(dá)等)，但它更廣泛地應(yīng)用于從固定雜波中鑒別動(dòng)目標(biāo)，例如動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)、脈沖多普勒雷達(dá)等方面，即利用目標(biāo)和雜波的多普勒頻率的差異實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波的抑制。當(dāng)前57頁(yè)，總共130頁(yè)。

1.3.1主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)

雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)由雷達(dá)的功能決定，主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)有：探測(cè)范圍、測(cè)量精度、分辨率、數(shù)據(jù)率、抗干擾能力等，分別如下。1.3雷達(dá)的主要戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前58頁(yè)，總共130頁(yè)。1)探測(cè)范圍

雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)的空域，叫做探測(cè)范圍，又稱(chēng)威力范圍，它由雷達(dá)的最小可測(cè)距離Rmin、最大作用距離Rmax、仰角和方位角的探測(cè)范圍決定。圖1.12為某雷達(dá)的威力圖，下邊的橫坐標(biāo)為距離R，左邊的縱坐標(biāo)為高度h，右邊的縱坐標(biāo)(含上橫向坐標(biāo))為仰角θe。這里假設(shè)天線的高度為7m，目標(biāo)的散射截面積(RCS)為［0.1，2］m2，發(fā)射脈沖寬度分別為［20，180］μs。該圖表明雷達(dá)對(duì)不同類(lèi)型目標(biāo)的探測(cè)范圍。當(dāng)前59頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.12雷達(dá)的威力圖當(dāng)前60頁(yè)，總共130頁(yè)。2)分辨率

分辨率是指對(duì)兩個(gè)相鄰目標(biāo)的分辨能力。雷達(dá)通常包括距離和方位兩維，甚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(biāo)就認(rèn)為目標(biāo)是可以分辨的。針對(duì)距離維而言，兩個(gè)目標(biāo)在同一角度但處在不同距離上，其最小可區(qū)分的距離(ΔR)min稱(chēng)為距離分辨率。其定義為：對(duì)于脈沖雷達(dá)(或在脈沖壓縮后)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)目標(biāo)的回波脈沖的后沿與第二個(gè)目標(biāo)的回波脈沖的前沿相接近以致不能區(qū)分出是兩個(gè)目標(biāo)時(shí)，當(dāng)前61頁(yè)，總共130頁(yè)。作為可分辨的極限，這個(gè)極限間距就是距離分辨率。距離分辨率一般用ΔR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?？梢?jiàn)脈沖寬度越窄，即發(fā)射信號(hào)的帶寬B越寬，ΔR值越小，距離分辨率就越高。例如，當(dāng)Te＝1μs時(shí)，ΔR＝150m；當(dāng)Te＝0.1μs時(shí)，ΔR＝15m。當(dāng)前62頁(yè)，總共130頁(yè)。雷達(dá)系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)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(gè)距離門(mén)(通常稱(chēng)為“波門(mén)”)，每個(gè)波門(mén)的寬度為ΔR′(實(shí)際中取小于或等于ΔR)，

(1.3.2)

當(dāng)兩個(gè)目標(biāo)處在相同距離上，但角位置有所不同時(shí)，最小能夠區(qū)分的角度稱(chēng)為角分辨率(在水平面內(nèi)的分辨率稱(chēng)為方位分辨率，在垂直面內(nèi)的分辨率稱(chēng)為俯仰角分辨率)。它與波束寬度有關(guān)，波束愈窄，角分辨率愈高。半功率波束寬度θ0.5≈λ/D，λ為波長(zhǎng)，D為天線的有效孔徑。當(dāng)前63頁(yè)，總共130頁(yè)。圖1.13給出了目標(biāo)分辨示意圖，“情況1”中兩個(gè)目標(biāo)在同一個(gè)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(gè)目標(biāo)在同一個(gè)方位單元，在方位維不可分辨，但在距離維可以分辨；“情況3”中兩個(gè)目標(biāo)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。當(dāng)前64頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.13目標(biāo)分辨示意圖當(dāng)前65頁(yè)，總共130頁(yè)。3)測(cè)量精度(或誤差)

雷達(dá)測(cè)量精度是以測(cè)量誤差的均方根值來(lái)衡量的。測(cè)量方法不同，測(cè)量精度也不同。誤差越小，精度越高。雷達(dá)測(cè)量誤差通?？煞譃橄到y(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，其中系統(tǒng)誤差可以采取一定的措施進(jìn)行修正，實(shí)際中影響測(cè)量精度的主要是隨機(jī)誤差。所以往住對(duì)測(cè)量結(jié)果規(guī)定一個(gè)誤差范圍，例如，規(guī)定一般警戒雷達(dá)的距離測(cè)量精度δR取距離分辨率ΔR的1/3左右；最大值法的測(cè)角精度為δθ＝(0.1~0.2)θ0.5；等信號(hào)法的測(cè)角精度比最大值法的測(cè)角精度高。對(duì)于跟蹤雷達(dá)，當(dāng)前66頁(yè)，總共130頁(yè)。信噪比較高時(shí)，單脈沖跟蹤雷達(dá)的δθ＝(0.02~0.1)θ0.5，圓錐掃描雷達(dá)的δθ可達(dá)(0.05)θ0.5。其中θ0.5為半功率波束寬度。當(dāng)前67頁(yè)，總共130頁(yè)。4)數(shù)據(jù)率

數(shù)據(jù)率是雷達(dá)對(duì)整個(gè)威力范圍完成一次探測(cè)(即對(duì)整個(gè)威力范圍內(nèi)所有目標(biāo)提供一次信息)所需時(shí)間的倒數(shù)，也就是單位時(shí)間內(nèi)雷達(dá)對(duì)每個(gè)目標(biāo)提供目標(biāo)信息相關(guān)數(shù)據(jù)的次數(shù)。它表征搜索雷達(dá)的工作速度。例如，一部在10s時(shí)間內(nèi)對(duì)威力區(qū)范圍完成一次搜索的雷達(dá)，其數(shù)據(jù)率為每分鐘6次。一般搜索雷達(dá)的數(shù)據(jù)率為10s左右，而跟蹤雷達(dá)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(cè)量精度。當(dāng)前68頁(yè)，總共130頁(yè)。5)抗干擾能力

雷達(dá)通常在各種自然干擾和人為干擾(ECM)的條件下工作，其中主要是敵方施放的干擾(包括無(wú)源干擾和有源干擾)。這些干擾將使雷達(dá)的性能急劇降低，嚴(yán)重時(shí)可能使雷達(dá)失去工作能力。所以現(xiàn)代雷達(dá)必須具有一定程度的抗干擾能力。當(dāng)前69頁(yè)，總共130頁(yè)。6)工作的可靠性與可維修性

雷達(dá)通常需要長(zhǎng)時(shí)間可靠的工作，甚至需要在野外工作，可靠性要求較高。雷達(dá)的可靠性，通常用兩次故障之間的平均時(shí)間間隔來(lái)表示，稱(chēng)為平均無(wú)故障時(shí)間，記為MTBF。這一平均時(shí)間越長(zhǎng)，可靠性就越高。關(guān)于可靠性的另—指標(biāo)是發(fā)生故障以后的平均修復(fù)時(shí)間，記為MTTR，它越短越好?，F(xiàn)代雷達(dá)中大量使用計(jì)算機(jī)，可靠性包括硬件的可靠性和軟件的可靠性。一般雷達(dá)的MTBF在數(shù)千小時(shí)，而機(jī)場(chǎng)航管雷達(dá)要求在數(shù)萬(wàn)小時(shí)。軍用雷達(dá)還要考慮戰(zhàn)爭(zhēng)條件下雷達(dá)的生存能力，包括雷達(dá)的抗轟炸能力和機(jī)動(dòng)性能。當(dāng)前70頁(yè)，總共130頁(yè)。7)觀察與跟蹤的目標(biāo)數(shù)

觀察與跟蹤的目標(biāo)數(shù)取決于雷達(dá)終端對(duì)目標(biāo)的數(shù)據(jù)處理能力?，F(xiàn)代雷達(dá)通常要求對(duì)數(shù)百個(gè)批次的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤及進(jìn)行目標(biāo)航跡的處理。當(dāng)前71頁(yè)，總共130頁(yè)。8)工作環(huán)境條件

雷達(dá)一般要有三防(防水、防腐蝕、防鹽霧)措施，特別是在戶外的設(shè)備均需要有三防措施。當(dāng)前72頁(yè)，總共130頁(yè)。1.3.2主要技術(shù)指標(biāo)

1)天饋線的性能指標(biāo)

天饋線系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)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。當(dāng)前73頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.14常用波束形狀當(dāng)前74頁(yè)，總共130頁(yè)。2)發(fā)射機(jī)性能

發(fā)射機(jī)的主要性能指標(biāo)有峰值功率Pt、平均功率Pav和發(fā)射機(jī)總效率及功率放大鏈總增益等。

一般遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)的脈沖功率為幾百千瓦至兆瓦級(jí)。由于發(fā)射機(jī)屬大功率設(shè)備，需采用一定的冷卻措施。常用的冷卻方式有風(fēng)冷、水冷。當(dāng)前75頁(yè)，總共130頁(yè)。3)雷達(dá)信號(hào)形式

雷達(dá)信號(hào)特征包括工作頻率、信號(hào)帶寬、脈沖重復(fù)頻率、發(fā)射脈沖寬度和調(diào)制方式等。雷達(dá)的工作頻率主要根據(jù)目標(biāo)的特性、電波傳播條件、天線尺寸、高頻器件的性能、雷達(dá)的測(cè)量精確度和功能等要求來(lái)決定。雷達(dá)的工作帶寬主要根據(jù)距離分辨的要求來(lái)決定。一般要求工作帶寬為5％~10％，超寬帶雷達(dá)為25％以上。雷達(dá)的調(diào)制方式主要有頻率調(diào)制、相位調(diào)制等。當(dāng)前76頁(yè)，總共130頁(yè)。4)接收機(jī)性能

接收機(jī)的性能指標(biāo)主要有噪聲溫度(或噪聲系數(shù))、動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度等。

5)雷達(dá)信號(hào)處理

不同體制雷達(dá)需采用不同的處理方法。雷達(dá)信號(hào)處理常用的指標(biāo)有：MTI、MTD對(duì)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(cè)性能等。當(dāng)前77頁(yè)，總共130頁(yè)。6)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理能力

雷達(dá)數(shù)據(jù)處理能力指雷達(dá)能處理的目標(biāo)批次數(shù)。

這些性能指標(biāo)將在后繼章節(jié)中具體介紹。當(dāng)前78頁(yè)，總共130頁(yè)。

由于軍事上的需要，現(xiàn)代雷達(dá)在迅速發(fā)展的同時(shí)，亦面臨著生存的挑戰(zhàn)。通常人們所說(shuō)的雷達(dá)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(dǎo)彈(ARM)和隱身技術(shù)。下面就雷達(dá)面臨的威脅及其對(duì)抗措施分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1.4雷達(dá)的生存與對(duì)抗當(dāng)前79頁(yè)，總共130頁(yè)。1.4.1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(gè)方面：

(1)電子支援偵察(ESM)措施，即對(duì)敵輻射源進(jìn)行截獲、識(shí)別、分析和定位。

(2)電子對(duì)抗(ECM)措施，即破壞敵方電子裝置或降低其效能，甚至摧毀其設(shè)備。

(3)電子反對(duì)抗(ECCM)措施，是為保障己方電子設(shè)備在敵方實(shí)施電子對(duì)抗條件下仍然正常工作的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段。當(dāng)前80頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.15電子戰(zhàn)(EW)組成示意圖當(dāng)前81頁(yè)，總共130頁(yè)。1.對(duì)雷達(dá)的電子偵察及雷達(dá)反偵察技術(shù)

電子戰(zhàn)中對(duì)雷達(dá)的電子偵察包括：

(1)雷達(dá)情報(bào)偵察。以偵察飛機(jī)、衛(wèi)星、艦船和地面?zhèn)刹煺緛?lái)偵測(cè)雷達(dá)的特征參數(shù)，判斷雷達(dá)的屬性、類(lèi)型、用途、配置及所控制的武器等有關(guān)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)情報(bào)。

(2)雷達(dá)對(duì)抗支援偵察。憑借所截獲的雷達(dá)信號(hào)，分析、識(shí)別雷達(dá)的類(lèi)型、數(shù)量、威脅性和等級(jí)等有關(guān)情報(bào)，為作戰(zhàn)指揮實(shí)施雷達(dá)告警、戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)、引導(dǎo)干擾和引導(dǎo)殺傷武器等提供依據(jù)。當(dāng)前82頁(yè)，總共130頁(yè)。(3)雷達(dá)尋的和告警。作戰(zhàn)中實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)和導(dǎo)彈系統(tǒng)并發(fā)出告警。

(4)引導(dǎo)干擾。偵察是實(shí)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(dá)提供依據(jù)，也可以起引導(dǎo)殺傷武器的作用。

雷達(dá)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(shè)法使敵方收不到己方的雷達(dá)信號(hào)或收到假信號(hào)。雷達(dá)的主要反偵察措施如下：當(dāng)前83頁(yè)，總共130頁(yè)。(1)將雷達(dá)設(shè)計(jì)成低截獲概率(LPI)雷達(dá)。這種雷達(dá)的最大特點(diǎn)是低峰值功率，寬帶、高占空比發(fā)射波形，低副瓣雷達(dá)發(fā)射天線，自適應(yīng)發(fā)射功率管理技術(shù)等。

(2)控制雷達(dá)開(kāi)機(jī)時(shí)間。在保證完成任務(wù)的前提下，開(kāi)機(jī)時(shí)間盡量短，次數(shù)盡量少。戰(zhàn)時(shí)開(kāi)機(jī)必須按規(guī)定權(quán)限批準(zhǔn)。值班雷達(dá)的開(kāi)機(jī)時(shí)間和順序應(yīng)無(wú)規(guī)律地改變。當(dāng)前84頁(yè)，總共130頁(yè)。(3)控制雷達(dá)工作頻率。對(duì)現(xiàn)役雷達(dá)要按規(guī)定使用常用頻率工作；同一體制的雷達(dá)，應(yīng)規(guī)定它們以相近的頻率工作；禁止擅自改變雷達(dá)的工作頻率，若采用跳頻反干擾，也必須經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)，并按預(yù)定方案進(jìn)行。對(duì)現(xiàn)役雷達(dá)的備用頻率要嚴(yán)加控制。

(4)隱藏雷達(dá)和新式雷達(dá)的啟用必須經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)。

(5)適時(shí)更換可能被敵方偵察的雷達(dá)陣地。

(6)設(shè)置假雷達(dá)，并發(fā)射假的雷達(dá)信號(hào)。當(dāng)前85頁(yè)，總共130頁(yè)。2.電子干擾

針對(duì)雷達(dá)的對(duì)抗措施有三種：一是告警和回避；二是火力摧毀，屬硬對(duì)抗；三是干擾，屬軟對(duì)抗。

雷達(dá)干擾是指利用雷達(dá)干擾設(shè)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(dá)波，從而擾亂敵方雷達(dá)的正常工作或降低雷達(dá)的效能。雷達(dá)干擾能造成敵方雷達(dá)迷盲，使它不能發(fā)現(xiàn)和探測(cè)目標(biāo)或引起其判斷錯(cuò)誤，不能正確實(shí)施告警；另外，它還能造成雷達(dá)跟蹤出錯(cuò)，并使武器系統(tǒng)失控、威力不能正常發(fā)揮等。這是雷達(dá)對(duì)抗設(shè)備與雷達(dá)作斗爭(zhēng)時(shí)最常用的一種手段。當(dāng)前86頁(yè)，總共130頁(yè)。雷達(dá)干擾主要包括有源干擾和無(wú)源干擾兩大類(lèi)。有源干擾主要有各種欺騙性干擾、噪聲阻塞式干擾等。無(wú)源干擾主要有箔條、角反射體假目標(biāo)干擾。當(dāng)前87頁(yè)，總共130頁(yè)。

3.雷達(dá)常用的電子抗干擾技術(shù)

雷達(dá)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(yīng)、副瓣對(duì)消、副瓣消隱、電子掃描相控陣、單脈沖測(cè)角等技術(shù)。

在發(fā)射方面，采用高有效輻射功率、復(fù)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(dòng)態(tài)范圍、高鏡頻抑制、單脈沖輔助接收系統(tǒng)的信道匹配。當(dāng)前88頁(yè)，總共130頁(yè)。在信號(hào)與信息處理方面，采用目標(biāo)回波微小變化識(shí)別、同時(shí)多目標(biāo)多單元跟蹤、雜波抑制、干擾對(duì)消、智能信號(hào)處理等。

其它幾種有效的雷達(dá)抗干擾技術(shù)有：

(1)低截獲概率雷達(dá)(LPIR)技術(shù)。采用編碼擴(kuò)譜和降低峰值功率等措施，將雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)成低截獲概率信號(hào)，使偵察接收機(jī)難以偵察，甚至偵收不到這種信號(hào)，從而保護(hù)雷達(dá)不受電子干擾。當(dāng)前89頁(yè)，總共130頁(yè)。(2)MIMO雷達(dá)與稀布陣綜合脈沖孔徑雷達(dá)(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(guò)信號(hào)處理而綜合形成發(fā)射波束的新體制雷達(dá)技術(shù)，是一種典型的MIMO雷達(dá)。由于同時(shí)工作頻率多，偵察接收機(jī)無(wú)法區(qū)分每個(gè)天線采用的工作頻率以及每個(gè)天線的相對(duì)位置，即使偵察到信號(hào)也無(wú)法獲得發(fā)射天線陣列的增益。由包括Ne個(gè)發(fā)射單元組成的MIMO雷達(dá)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(dāng)。當(dāng)前90頁(yè)，總共130頁(yè)。因此這些雷達(dá)具有信號(hào)截獲概率低等優(yōu)點(diǎn)，是一種反干擾能力強(qiáng)的新雷達(dá)體制。

(3)雙多基地雷達(dá)技術(shù)。雙基地雷達(dá)在接收站不發(fā)射信號(hào)，有利于對(duì)抗針對(duì)發(fā)射波束方向的有源定向干擾和反輻射導(dǎo)彈對(duì)接收站的攻擊。

(4)無(wú)源探測(cè)技術(shù)。這是一種自身不發(fā)射信號(hào)，靠接收目標(biāo)發(fā)射或散射信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的一種探測(cè)技術(shù)。例如，利用調(diào)頻電臺(tái)、電視臺(tái)發(fā)射并由目標(biāo)散射的信號(hào)而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，這種技術(shù)稱(chēng)為基于外輻射源的探測(cè)技術(shù)。無(wú)源探測(cè)既不會(huì)被偵察，也不會(huì)被干擾。當(dāng)前91頁(yè)，總共130頁(yè)。1.4.2雷達(dá)抗反輻射導(dǎo)彈技術(shù)

第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，雷達(dá)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的巨大作用已為世人所公認(rèn)，這自然也就使雷達(dá)成為戰(zhàn)爭(zhēng)中首當(dāng)其沖的被消滅對(duì)象。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，多國(guó)部隊(duì)僅反輻射導(dǎo)彈(ARM)就發(fā)射了數(shù)千枚，使伊方雷達(dá)多數(shù)被摧毀。雷達(dá)面臨著ARM的嚴(yán)重威脅，反ARM的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施成了雷達(dá)設(shè)計(jì)師和軍用雷達(dá)用戶所共同關(guān)心的問(wèn)題。當(dāng)前92頁(yè)，總共130頁(yè)。1.ARM的特點(diǎn)

ARM又稱(chēng)為反雷達(dá)導(dǎo)彈。它利用雷達(dá)輻射的電磁波束進(jìn)行制導(dǎo)來(lái)準(zhǔn)確地?fù)糁欣走_(dá)。目前的ARM具有以下特點(diǎn)：

(1)采用多種制導(dǎo)方式，一般有被動(dòng)雷達(dá)被動(dòng)紅外、電視制導(dǎo)以及捷聯(lián)慣性制導(dǎo)等體制。

(2)ARM導(dǎo)引頭頻率覆蓋范圍為0.5~18GHz；已由最初只能攻擊炮瞄雷達(dá)發(fā)展成了可以攻擊單脈沖雷達(dá)、脈沖壓縮雷達(dá)、頻率捷變雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。當(dāng)前93頁(yè)，總共130頁(yè)。(3)引信和戰(zhàn)斗部：早期的“百舌鳥(niǎo)”ARM使用的是無(wú)源比相雷達(dá)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(qiáng)。

(4)目前，ARM已發(fā)展到了第三代，它們采用了計(jì)算機(jī)與人工智能技術(shù)，具有記憶跟蹤能力。即使雷達(dá)突然關(guān)機(jī)，也能夠準(zhǔn)確地定位攻擊。能自動(dòng)切換制導(dǎo)方式，自動(dòng)搜索和截獲目標(biāo)，從而大大提高了對(duì)目標(biāo)攻擊的準(zhǔn)確性和殺傷能力。當(dāng)前94頁(yè)，總共130頁(yè)。

2.抗ARM的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施

目前已有許多對(duì)抗ARM的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)措施，歸納起來(lái)大致可以分為兩大類(lèi)，即主動(dòng)措施和被動(dòng)措施。主動(dòng)抗ARM措施即直接擊毀ARM(或其載機(jī))，使它在到達(dá)目標(biāo)雷達(dá)前就失去作用。被動(dòng)抗ARM技術(shù)與措施主要有：

(1)設(shè)法使ARM難以截獲并跟蹤雷達(dá)信號(hào)。通常載機(jī)的電子支援系統(tǒng)先截獲、識(shí)別并定位敵方雷達(dá)，然后將其有關(guān)參數(shù)(如脈沖功率、脈沖重復(fù)間隔和頻率等)送交ARM尋的器，阻止或干擾ARM獲取雷達(dá)的這些信息，就可以達(dá)到對(duì)抗ARM的目的。雷達(dá)方的具體對(duì)抗措施如下：當(dāng)前95頁(yè)，總共130頁(yè)。

①提高雷達(dá)空間、結(jié)構(gòu)、頻率、時(shí)間及極化的隱蔽性。這種方法能增加反輻射導(dǎo)彈的導(dǎo)向誤差。諸如縮短雷達(dá)工作時(shí)間，間斷工作，只向預(yù)定扇區(qū)輻射或頻繁更換雷達(dá)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(fù)雜信號(hào)和極化調(diào)制信號(hào)等。

②瞬時(shí)改變雷達(dá)輻射脈沖參數(shù)。當(dāng)前96頁(yè)，總共130頁(yè)。

③將發(fā)射站和接收站分開(kāi)放置。發(fā)射站與接收站不在一個(gè)陣地上使ARM無(wú)法確定接收站陣地位置，這樣也就談不上將它擊毀，當(dāng)然發(fā)射陣地還得另有對(duì)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(kuò)大雷達(dá)探測(cè)范圍。雙多基地雷達(dá)就是反ARM的雷達(dá)體制之一。

④盡量降低雷達(dá)帶外輻射與熱輻射。ARM可能采用微波無(wú)源和紅外綜合導(dǎo)引頭，因此必須減少雷達(dá)本身及其輔助設(shè)備的熱輻射和帶外輻射。這需要使用專(zhuān)門(mén)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(dá)的電源設(shè)備置于掩體內(nèi)；還應(yīng)選擇合理的信號(hào)形式，使用帶阻濾波器抑制諧波和復(fù)合輻射。當(dāng)前97頁(yè)，總共130頁(yè)。

⑤盡量將雷達(dá)設(shè)計(jì)成低截獲概率雷達(dá)。其途徑有三：(a)應(yīng)用一種能將雷達(dá)頻譜擴(kuò)展到盡可能寬的頻率上的編碼波形，ARM截獲接收機(jī)難以對(duì)它實(shí)現(xiàn)匹配濾波；(b)應(yīng)用超低副瓣天線(副瓣低于－40dB)；(c)對(duì)雷達(dá)實(shí)施功率管理，旨在控制輻射的時(shí)機(jī)和電平的大小。

⑥雷達(dá)采用超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)波段。雷達(dá)工作波長(zhǎng)與ARM彈體尺寸相當(dāng)時(shí)，由于諧振效應(yīng)，ARM的雷達(dá)截面積將增加，有利于雷達(dá)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(<0.5GHz)的雷達(dá)不易受到ARM的攻擊。當(dāng)前98頁(yè)，總共130頁(yè)。這種低頻雷達(dá)也可以作為負(fù)責(zé)頂空區(qū)域、提供高探測(cè)概率的輔助雷達(dá)。由于ARM多利用雷達(dá)上方探測(cè)能力最弱這個(gè)弱點(diǎn)來(lái)攻擊主力雷達(dá)，所以用這種輔助雷達(dá)提供報(bào)警是非常必要的。當(dāng)前99頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.16某導(dǎo)彈的尺寸及其RCS值當(dāng)前100頁(yè)，總共130頁(yè)。圖1.16給出了某導(dǎo)彈的尺寸及其散射截面積(RCS)的測(cè)量結(jié)果(為導(dǎo)彈前方±60°范圍內(nèi)的平均RCS值)。從圖中可以看出，導(dǎo)彈長(zhǎng)3m，諧振頻率點(diǎn)在150MHz附近；雷達(dá)工作在150MHz與工作在1000MHz相比，RCS相差約15dB；工作在500MHz以下的RCS比工作在1000MHz的約大10dB，這表明在500MHz以下該導(dǎo)彈存在諧振效應(yīng)。當(dāng)前101頁(yè)，總共130頁(yè)。利用某VHF頻段的反輻射導(dǎo)彈告警雷達(dá)進(jìn)行試驗(yàn)，圖1.17是某導(dǎo)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(gè)目標(biāo)(即飛機(jī)和導(dǎo)彈)，以及這兩個(gè)目標(biāo)的距離和多普勒頻率，導(dǎo)彈的速度大于2馬赫，飛機(jī)的速度約1馬赫。由此可見(jiàn)，在導(dǎo)彈與其載機(jī)分離后，通過(guò)速度和加速度比較容易區(qū)分是飛機(jī)還是導(dǎo)彈。圖1.18分別給出了飛機(jī)和導(dǎo)彈所在多普勒通道的時(shí)域信號(hào)。由此可見(jiàn)，飛機(jī)和導(dǎo)彈的距離相差不到3km，但經(jīng)脈沖壓縮、相干積累處理后兩者的信噪比差不多，當(dāng)前102頁(yè)，總共130頁(yè)。這表明即使導(dǎo)彈比飛機(jī)體積小得多，但是由于諧振效應(yīng)，使得導(dǎo)彈的RCS顯著增強(qiáng)，從而達(dá)到與飛機(jī)相當(dāng)?shù)腞CS，所以二者回波信號(hào)強(qiáng)度差不多。當(dāng)前103頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.17距離-多普勒等高線圖當(dāng)前104頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.18飛機(jī)和導(dǎo)彈所在多普勒通道的處理結(jié)果當(dāng)前105頁(yè)，總共130頁(yè)。(2)施放干擾或采取誘騙措施?？捎糜性椿驘o(wú)源誘餌使ARM不能擊中目標(biāo)，或施放干擾，破壞和擾亂ARM導(dǎo)引頭的工作。

①使用附加輻射源和誘餌發(fā)射機(jī)。美國(guó)戰(zhàn)術(shù)空軍控制系統(tǒng)ANTPS-75雷達(dá)，其對(duì)付ARM的誘餌由3部分發(fā)射機(jī)組成，模擬雷達(dá)信號(hào)特征(包括頻率捷變)，遮蓋雷達(dá)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)它提供的ARM信息將幾個(gè)假發(fā)射機(jī)的照射扇區(qū)不斷切換，這樣ARM就要不斷瞄準(zhǔn)，可能最終導(dǎo)向一個(gè)假發(fā)射機(jī)。當(dāng)前106頁(yè)，總共130頁(yè)。

②雷達(dá)組網(wǎng)反ARM。

③施放各種調(diào)制的有源干擾。除用射頻干擾ARM導(dǎo)引頭外，由于ARM可能采用光學(xué)、紅外或綜合導(dǎo)引頭，所以還應(yīng)采取干擾這類(lèi)導(dǎo)引頭的措施，諸如干擾其角度信息。當(dāng)前107頁(yè)，總共130頁(yè)。1.4.3雷達(dá)反低空入侵技術(shù)

1.低空超低空突防的威脅

低空超低空系指地表面之上300m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(shì)：低空超低空空域是大多數(shù)雷達(dá)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(zhuān)家認(rèn)為，目前飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈低空突防最佳高度在海上為15m，在平原地區(qū)為60m，在丘陵和山地為120m。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?，F(xiàn)在，各發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極研制超低空飛行器。當(dāng)前108頁(yè)，總共130頁(yè)。飛行目標(biāo)的低空超低空突防對(duì)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能會(huì)造成以下影響：

(1)地形遮擋。地球是一個(gè)球體，“地球曲率”會(huì)大大縮減雷達(dá)的有效探測(cè)距離。

(2)地形多徑效應(yīng)。雷達(dá)電磁波的直射波、地面反射波和目標(biāo)反射波的組合產(chǎn)生多徑干涉效應(yīng)，導(dǎo)致仰角上波束分裂。而且，在低高度上，這種效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)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(yīng)與平坦地形的特性有關(guān)，而地形遮擋效應(yīng)則發(fā)生在起伏地形狀態(tài)。當(dāng)前109頁(yè)，總共130頁(yè)。(3)強(qiáng)表面雜波。要探測(cè)低空目標(biāo)，雷達(dá)勢(shì)必會(huì)接收到強(qiáng)地面海面反射的背景雜波，這是與目標(biāo)回波處于相同雷達(dá)分辨單元的表面反射波。為了探測(cè)巡航導(dǎo)彈和雷達(dá)截面積小的飛行目標(biāo)，必須要求很高的雜波可見(jiàn)度(SCV)。SCV描述脈沖多普勒雷達(dá)或動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)檢測(cè)地雜波背景中目標(biāo)的一個(gè)品質(zhì)系數(shù)。當(dāng)前110頁(yè)，總共130頁(yè)。2.雷達(dá)反低空突防措施

雷達(dá)反低空突防(入侵)方面的措施，歸納起來(lái)有兩大類(lèi)：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(dá)到雷達(dá)反低空突防的目的，主要可采取以下方法：

(1)設(shè)計(jì)反雜波性能優(yōu)良的低空監(jiān)視雷達(dá)。當(dāng)前111頁(yè)，總共130頁(yè)。(2)研制利用電離層折射特性的超視距雷達(dá)來(lái)提高探測(cè)距離(比普通微波雷達(dá)的探測(cè)距離可大若干倍，例如可達(dá)到3000~4000km)，并進(jìn)行俯視探測(cè)，使低空飛行目標(biāo)難以利用地形遮擋逃脫雷達(dá)對(duì)它的探測(cè)。地波超視距雷達(dá)發(fā)射的電磁波以繞射方式沿地面(或海面)傳播，其探測(cè)距離一般為200~400km；它不但能探測(cè)地面或海面上的目標(biāo)，還能監(jiān)視低空和掠海飛行目標(biāo)。

(3)通過(guò)提高雷達(dá)平臺(tái)高度(如氣球載雷達(dá)或飛艇載雷達(dá))來(lái)增加雷達(dá)水平視距，延長(zhǎng)預(yù)警時(shí)間。

當(dāng)前112頁(yè)，總共130頁(yè)。(4)發(fā)揮雷達(dá)組網(wǎng)的群體優(yōu)勢(shì)來(lái)對(duì)付低空突防飛行目標(biāo)。單部雷達(dá)的視野畢竟有限，難以完成解決地形遮擋的影響問(wèn)題，何況在實(shí)戰(zhàn)中往往又是多種對(duì)抗手段同時(shí)施展的。因此，解決低空目標(biāo)探測(cè)問(wèn)題的最有效的方案是部署既有地面低空探測(cè)雷達(dá)，又有各種空中平臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)的靈活而有效的多層次、多種體制雷達(dá)，以及由其組成立體復(fù)合探測(cè)網(wǎng)。例如利用氣球載雷達(dá)或飛艇載雷達(dá)、機(jī)載預(yù)警機(jī)、衛(wèi)星、地面雷達(dá)等組成聯(lián)合探測(cè)網(wǎng)，提高對(duì)低空目標(biāo)的探測(cè)能力。當(dāng)前113頁(yè)，總共130頁(yè)。1.4.4飛機(jī)隱身與雷達(dá)反隱身技術(shù)

1.隱身飛機(jī)及其主要隱身方法

隱身飛機(jī)(stealthyAircraft)是自20世紀(jì)80年代以來(lái)軍用雷達(dá)面臨的最嚴(yán)重的電子戰(zhàn)威脅。隱身飛機(jī)的特點(diǎn)就是顯著地減小了目標(biāo)的散射截面積(RCS)。目前隱身飛機(jī)對(duì)微波雷達(dá)的RCS減小了20~30dB，表1.2給出了目前幾種隱身飛機(jī)在微波頻段的RCS。根據(jù)一些研究資料報(bào)道：隱身目標(biāo)在微波段的RCS很小，如美國(guó)隱身戰(zhàn)斗機(jī)F-117A在微波波段的RCS僅約0.01m2，而在主諧振區(qū)的散射截面積卻高達(dá)10~20m2，提高了近1000~2000倍。當(dāng)前114頁(yè)，總共130頁(yè)。表1.2幾種隱身飛機(jī)在微波頻段的RCS

表1.3隱身飛機(jī)在不同頻段的RCS

當(dāng)前115頁(yè)，總共130頁(yè)。圖1.19給出了對(duì)類(lèi)似F-117的RCS的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量頻率范圍為0.1~2GHz?？梢?jiàn)，在低頻率段(300MHz以下)，迎頭方向的RCS在0~10dBm2。這是因?yàn)镕-117A翼展長(zhǎng)12.99m，其諧振頻率約為16.22MHz，諧振區(qū)頻率范圍為16~160MHz。當(dāng)前116頁(yè)，總共130頁(yè)。

圖1.19對(duì)類(lèi)似F-117的RCS測(cè)量結(jié)果當(dāng)前117頁(yè)，總共130頁(yè)。對(duì)雷達(dá)截面積減縮的技術(shù)途徑主要有：外形隱身技術(shù)、雷達(dá)吸波材料隱身技術(shù)、無(wú)源對(duì)消技術(shù)和有源對(duì)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(yīng)用前景，因而不少?lài)?guó)家已開(kāi)始進(jìn)行更深入的研究。當(dāng)前118頁(yè)，總共130頁(yè)。1)外形隱身技術(shù)

外形隱身技術(shù)是通過(guò)修改目標(biāo)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(biāo)的表面和邊緣，使其強(qiáng)散射的方向偏離單站雷達(dá)入射波的方向。但是它不可能在全部的立體角范圍內(nèi)對(duì)所有的觀察角都達(dá)到這一點(diǎn)，因?yàn)槔走_(dá)入射波總會(huì)在一些觀察角上垂直入射到目標(biāo)的表面，這時(shí)目標(biāo)的RCS就很大。當(dāng)前119頁(yè)，總共130頁(yè)。外形隱身的目的就是將這