談通信化雷達(dá)追蹤技術(shù)

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摘要：伴隨著空中突防和防空作戰(zhàn)逐漸步入高強(qiáng)度電子對(duì)抗及隱形時(shí)期，常規(guī)雷達(dá)追蹤體系在作戰(zhàn)主動(dòng)能力、能量密度及質(zhì)量層面都相對(duì)落后。雷達(dá)系統(tǒng)需要從追蹤體系層面實(shí)行改進(jìn)，充分開發(fā)其組合式追蹤的主動(dòng)能力、切實(shí)應(yīng)用波形信號(hào)的數(shù)據(jù)深度優(yōu)勢(shì)，才可滿足將來空中作戰(zhàn)的要求。文章給出一類新型雷達(dá)體系-通信化雷達(dá)，其借助在發(fā)出波形信號(hào)中加入基站動(dòng)態(tài)信息、天線掃掠方向、發(fā)出時(shí)段等輔助位置數(shù)據(jù)和波形辨認(rèn)信號(hào)等信息，并且在接收過程中識(shí)別、使用該信號(hào)實(shí)施目標(biāo)追蹤、確定位置、辨別、抵抗干擾信號(hào)及多重目標(biāo)辨別，能夠大大提高遠(yuǎn)距離、隱形、高強(qiáng)度對(duì)抗情況下的雷達(dá)系統(tǒng)追蹤性能及野外生存能力。文章從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、追蹤理論、性能分析等層面對(duì)通信化雷達(dá)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：通信化雷達(dá)；遠(yuǎn)距離追蹤；抵抗干擾

引言

雷達(dá)系統(tǒng)借助發(fā)出電磁波并且針對(duì)目標(biāo)回波實(shí)施收集及辨別，達(dá)成對(duì)于目標(biāo)的探測(cè)、確定位置、追蹤、辨別。雷達(dá)信號(hào)規(guī)劃和信號(hào)分析算法，限定了位移、速率等數(shù)據(jù)檢測(cè)精度和目標(biāo)辨別功能等一般指標(biāo)。但是，在高強(qiáng)度對(duì)抗、遠(yuǎn)距離追蹤、隱形目標(biāo)追蹤等狀況下，目前的雷達(dá)波形規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析、追蹤模式具有一定短板，比如，目標(biāo)回波信號(hào)相較于干擾信號(hào)、噪音信號(hào)的弱點(diǎn)，雷達(dá)抵抗外界干擾的能力相較于大范圍、低造價(jià)分散式干擾信號(hào)的弱點(diǎn)等。雷達(dá)領(lǐng)域盡管已經(jīng)開發(fā)出掩護(hù)脈沖等一系列特殊波形和運(yùn)作方式，從而得到了某些程度的對(duì)抗主動(dòng)性，然而總體而言，雷達(dá)追蹤系統(tǒng)作為一類組合式追蹤模式，該類系統(tǒng)主動(dòng)性沒有得到全方位開發(fā)，尤其是未能依靠波形信號(hào)中隱藏的數(shù)據(jù)深度優(yōu)勢(shì)來提高整體追蹤效果。為此，本文在目前服役的雙基地雷達(dá)、雷達(dá)通信整體化開發(fā)前提下，給出一類新型的雷達(dá)體系-通信化雷達(dá)，該系統(tǒng)關(guān)鍵特征為借由加入輔助定位數(shù)據(jù)的波形信號(hào)規(guī)劃及數(shù)據(jù)提取處置用以顯著提升雷達(dá)追蹤性能，即為經(jīng)過在發(fā)出波形信號(hào)中加入基站動(dòng)態(tài)信息、天線掃掠方向、發(fā)出時(shí)段等等輔助位置數(shù)據(jù)和波形辨認(rèn)信號(hào)等信息，并且在接收過程中識(shí)別、使用該信號(hào)實(shí)施目標(biāo)追蹤、確定位置、辨別、抵抗干擾信號(hào)及多重目標(biāo)辨別，能夠大大提高遠(yuǎn)距離、隱形、高強(qiáng)度對(duì)抗情況下的雷達(dá)系統(tǒng)追蹤性能及野外生存能力。本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、追蹤理論、性能分析等層面對(duì)通信化雷達(dá)進(jìn)行了研究。

1通信化雷達(dá)追蹤理論

通信化雷達(dá)體系的基礎(chǔ)架構(gòu)如圖1所示，使用單站方式或者多站方式（以多站方式為主流形式），能夠采用“信號(hào)接收站前置、信號(hào)發(fā)射站后置”的排布方式，信號(hào)發(fā)射站使用地基、空基體系、艦載系統(tǒng)或者民用輻射源以此躲避對(duì)方反擊火力實(shí)行發(fā)射，增加生存概率，信號(hào)接收站則使用無人機(jī)、隱形戰(zhàn)機(jī)或者前端平臺(tái)進(jìn)行近距離信號(hào)接收，以此獲得能量?jī)?yōu)勢(shì)地位并且實(shí)行隱形追蹤[1]。通信化雷達(dá)使用加入信號(hào)的波形，把基站從常規(guī)的能量發(fā)射源頭升級(jí)為“能量+信息發(fā)射源頭”，把接收站作用由常規(guī)的數(shù)據(jù)探測(cè)升級(jí)為“數(shù)據(jù)探測(cè)+調(diào)制信號(hào)獲得”，把雷達(dá)目標(biāo)由常規(guī)的電磁信號(hào)反射物體升級(jí)為“電磁信號(hào)反射物體+電磁信號(hào)傳送體”，發(fā)揮“協(xié)同式追蹤”的潛在能力，能夠在雙基站追蹤的時(shí)候提升信號(hào)傳輸效果，能夠搭建電子對(duì)抗?fàn)顩r下追蹤時(shí)的信號(hào)深度優(yōu)勢(shì)，提升雷達(dá)低抗干擾性能。通信化雷達(dá)的大體運(yùn)作模式是：（1）基站后置排布，使用方向窄波光束針對(duì)目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤┓较驋呗?，發(fā)射波形中加入實(shí)時(shí)區(qū)域數(shù)據(jù)、發(fā)射時(shí)段數(shù)據(jù)、波束方向數(shù)據(jù)、波形序列數(shù)據(jù)和其余必須傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，基站能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)性排布。（2）接收站前置排布，使用數(shù)碼矩陣體系針對(duì)目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤┓较蛲蕉喾较虿ㄊ盘?hào)接收（或方向高速掃掠），實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)反射數(shù)據(jù)的收集、探測(cè)、分析（到達(dá)方位分析、到達(dá)時(shí)段分析）、數(shù)據(jù)收集（基站區(qū)域數(shù)據(jù)、發(fā)射目標(biāo)數(shù)據(jù)、發(fā)射波形方向數(shù)據(jù)、波束數(shù)據(jù)等）及位置確定等，基站能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)性排布。通信化雷達(dá)在排布狀態(tài)上和常規(guī)的多向基地雷達(dá)、外部輻射源頭雷達(dá)具有某些相同的特點(diǎn)。多向基地雷達(dá)具備較強(qiáng)的抗干擾性能、隱形目的探測(cè)能力等優(yōu)點(diǎn)[2]，然而其對(duì)于基站和接收站之間的信號(hào)一致性要求較高，通常借助微波直接信道進(jìn)行通信、衛(wèi)星信道進(jìn)行通信或者光纖通信來完成，在繁雜多變實(shí)戰(zhàn)狀況條件下，以上模式會(huì)大幅制約該體系的探測(cè)區(qū)域、反應(yīng)能力和自我保護(hù)能力；與多向基地雷達(dá)體系比較，外部輻射源頭雷達(dá)具備更佳的隱蔽特性，然而因?yàn)閷?duì)于非協(xié)調(diào)輻射源頭的高度依靠，其追蹤工作平穩(wěn)性、反應(yīng)能力不能滿足實(shí)際需要。以上兩種雷達(dá)均具有特定的限定性，現(xiàn)階段依然未能成為實(shí)際應(yīng)用追蹤任務(wù)的主要力量。本文給出的通信化雷達(dá)基站站點(diǎn)之間不須高度一致性、不須互通，在排布模式、活動(dòng)性、反應(yīng)能力、支援保護(hù)依靠性層面均具備較大的優(yōu)勢(shì)，具備更廣闊的實(shí)際使用前景。雷達(dá)通信一體化技術(shù)最近一段時(shí)間以來引起了海內(nèi)外眾多相關(guān)工程技術(shù)人員的注意，該技術(shù)的核心思想在于使用相同裝備或者相同平臺(tái)同步完成通信及雷達(dá)追蹤性能。海內(nèi)外相關(guān)工程技術(shù)人員在雷達(dá)通信一體化解決方案、發(fā)射波形規(guī)劃、信息分析等層面已經(jīng)展開了大規(guī)模的研究，例如從常規(guī)的線性調(diào)頻雷達(dá)數(shù)據(jù)開始，借助和最少頻率移動(dòng)鍵控的組合，完成同步追蹤和信息通信；在信息通信數(shù)據(jù)根基上規(guī)劃的濾波裝置組成多載波形，能夠較好地同步使用在復(fù)合孔徑雷達(dá)探測(cè)和信息通信性能；還有相關(guān)工程技術(shù)人員根據(jù)多重?cái)?shù)碼頻率調(diào)頻規(guī)劃的綜合化波形，借助調(diào)頻參數(shù)變更、脈沖間隔波形轉(zhuǎn)換來完成雷達(dá)探測(cè)和信息通信功能，有的相關(guān)工程技術(shù)人員借助區(qū)域分波束規(guī)劃來完成雷達(dá)探測(cè)和信息通信性能。本文給出的通信化雷達(dá)和雷達(dá)通信一體化存在顯著的差異，雷達(dá)通信一體化依舊是雷達(dá)追蹤和通信傳送兩類作用的結(jié)合，這兩類性能在頻率、能量分配和功能存在互相競(jìng)爭(zhēng)的情況，然而通信化雷達(dá)的設(shè)計(jì)理念是雷達(dá)追蹤，該系統(tǒng)局限的通信性能是為雷達(dá)追蹤性能服務(wù)的，兩類功能在波形規(guī)劃、數(shù)據(jù)處理上結(jié)合程度較高，能夠提高雷達(dá)探測(cè)全面追蹤的能力。

2通信化雷達(dá)核心科技

2.1通信化雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和波形規(guī)劃

通信化雷達(dá)的波形通?？梢允褂秒p層/多層耦合調(diào)制模式，其獨(dú)有的數(shù)據(jù)處理大體包含4個(gè)環(huán)節(jié)：目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)探測(cè)、數(shù)據(jù)收據(jù)、使用處置。通信化雷達(dá)數(shù)據(jù)處理步驟如下：（1）對(duì)于雷達(dá)目標(biāo)反射回波數(shù)據(jù)實(shí)施子脈沖的匹配收集。（2）對(duì)于匹配收集發(fā)出數(shù)據(jù)提取，實(shí)施子脈沖之間滑窗參數(shù)累積。（3）對(duì)于滑窗參數(shù)累積結(jié)論實(shí)施目標(biāo)探測(cè)，并且探測(cè)目標(biāo)的時(shí)間延續(xù)區(qū)域。（4）在時(shí)間延續(xù)區(qū)域?qū)τ冢?）中輸送數(shù)據(jù)實(shí)行碼元數(shù)據(jù)收集。（5）經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)，獲得發(fā)射基站區(qū)域、波形方向、發(fā)出脈沖間隔等有關(guān)數(shù)據(jù)。（6）根據(jù)獲得數(shù)據(jù)及探測(cè)數(shù)據(jù)，完成目標(biāo)確定、辨別、抗干擾能力等使用性能。依據(jù)通信化雷達(dá)性能需要，需要在發(fā)射波形中加入基站區(qū)域、發(fā)出時(shí)間、波束方向、編碼序號(hào)等參數(shù)，所以，需要在接收端處置信噪比增益、模糊數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳送量、錯(cuò)誤代碼率等多方面制約下實(shí)施波形的改進(jìn)規(guī)劃。現(xiàn)階段雷達(dá)通信一體化科技中的波形規(guī)劃能夠提供一定的參考、但是沒有符合相關(guān)條件的波形。正交頻分復(fù)用波形具備正交性能優(yōu)異、隔離程度較高的優(yōu)點(diǎn)，被普遍使用在多信道通信體系，但是正交頻分復(fù)用波形的數(shù)值一般不夠穩(wěn)定，這項(xiàng)特性限制發(fā)射機(jī)功放作用在飽和區(qū)域，影響了該系統(tǒng)能效[3]。參考文獻(xiàn)經(jīng)過在LFM數(shù)據(jù)中加入一套正交FM數(shù)值來標(biāo)記通信信號(hào)，并且借助加入加權(quán)參數(shù)來均衡雷達(dá)追蹤及通信功能，但是，該模式需要雷達(dá)接收設(shè)備內(nèi)置通信數(shù)據(jù)，如若不然便無法針對(duì)相關(guān)目標(biāo)反射數(shù)據(jù)實(shí)施匹配收集且有效檢測(cè)該目標(biāo)。本文借助前導(dǎo)信息碼長(zhǎng)度取值的方案代替功率配比的模式來均衡雷達(dá)追蹤和通信輸送的功能，然而其遠(yuǎn)程追蹤時(shí)通信信號(hào)傳送也是一個(gè)難點(diǎn)?？傮w來講，現(xiàn)階段雷達(dá)通信一體化技術(shù)的核心目標(biāo)是雷達(dá)目標(biāo)追蹤和通信數(shù)據(jù)傳送兩類功能的配合，其波形規(guī)劃很難符合通信化雷達(dá)的實(shí)際使用要求。

2.2通信化雷達(dá)目標(biāo)位置確定

通信化雷達(dá)能夠應(yīng)用“距離總和-方位角-方位角”的方案進(jìn)行位置確定，如果收發(fā)站都是單單使用方向掃略（俯仰方向應(yīng)用寬波傳輸信號(hào)）的狀況下便能達(dá)到針對(duì)目標(biāo)3D立體空間坐標(biāo)的位置確認(rèn)。定位理論中，T代表基站所在區(qū)域的位置（坐標(biāo)：XT、YT、ZT），R代表接收站所在區(qū)域的位置（坐標(biāo)XR、YR、ZR），P代表相關(guān)目標(biāo)的空間位置（坐標(biāo)X、Y、Z），hT、rT、rR分別是相關(guān)目標(biāo)和基站的空間位置高度差值，相關(guān)目標(biāo)和基站之間的距離，目標(biāo)和接收站之間的距離。

3通信化雷達(dá)追蹤特性的研究

下文首先研究了通信化雷達(dá)的追蹤目標(biāo)的性能，隨后針對(duì)通信化雷達(dá)在遠(yuǎn)距離追蹤、隱身目標(biāo)探測(cè)、干擾信號(hào)對(duì)抗等層面的使用情況實(shí)行簡(jiǎn)單描述。

3.1位置確定功能研究對(duì)比

用最普遍的狀況來實(shí)施研究對(duì)比，基站、接收站都使用方向窄波信號(hào)、俯仰寬波信號(hào)。多向基地雷達(dá)系統(tǒng)因?yàn)楹茈y精確捕捉基站實(shí)時(shí)脈沖的波束方向、發(fā)出脈沖精確時(shí)間，所以需要使用接收直達(dá)波數(shù)據(jù)、搭建通信信道等模式，才可以使用“角度-距離總和”等方案確認(rèn)相關(guān)目標(biāo)的二維坐標(biāo)（即圖2所示），效率較差、靈活度不高。通信化雷達(dá)能夠從收到的脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)內(nèi)篩選出實(shí)時(shí)脈沖的基站波束方向、發(fā)出時(shí)間、基站坐標(biāo)等詳細(xì)參數(shù)信息，所以能夠直接使用“角度-角度-距離總和”等模式確定相關(guān)目標(biāo)的3D空間坐標(biāo)，效率相對(duì)較差、靈活度較高。所以，能夠得出，通信化雷達(dá)與傳統(tǒng)雙基地雷達(dá)相比在定位性能層面具備很大的優(yōu)勢(shì)：可以在遠(yuǎn)距離的收發(fā)基站、更小的通信信道支持、更加靈活地對(duì)目標(biāo)實(shí)行三坐標(biāo)位置確定。

3.2通信化雷達(dá)使用前景探究

通信化雷達(dá)借助在波形信號(hào)內(nèi)加入輔助追蹤數(shù)據(jù)，既能夠在雙/多基地排布式追蹤中更加準(zhǔn)確地定位目標(biāo)，還可以在繁雜的對(duì)抗情況下辨認(rèn)出干擾信號(hào)及目標(biāo)。針對(duì)中遠(yuǎn)距離的追蹤，能夠把接收基站前置隱藏接收，因?yàn)榻邮站€路比較短，回波目標(biāo)收集功率比單基地雷達(dá)的功率更大，具備追蹤能力及提高生存能力的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)直達(dá)波抑制的狀況，通信化雷達(dá)也具備明顯的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涠ㄎ徊恍枰褂弥边_(dá)波，能夠使用地表曲面進(jìn)行遮蔽、接收基站在發(fā)射基站方向產(chǎn)生波束0點(diǎn)等多重方法限制直達(dá)波，也能夠借助波形規(guī)劃從時(shí)間區(qū)域內(nèi)和直達(dá)波實(shí)行阻隔。針對(duì)繁雜對(duì)抗條件下的目標(biāo)追蹤，在騙取假目標(biāo)制約辨別層面，當(dāng)雷達(dá)使用繁雜信號(hào)調(diào)制波形以后，因?yàn)閿_動(dòng)裝置通常只能對(duì)雷達(dá)信息的頻段、脈沖、重頻等一般參數(shù)實(shí)行分別辨識(shí)，無法對(duì)加入的數(shù)據(jù)實(shí)行精準(zhǔn)收集，所以轉(zhuǎn)換發(fā)送干擾數(shù)據(jù)和信號(hào)回波一定有差別，即便擾動(dòng)裝置使用直接發(fā)送的模式，例如切片式發(fā)送，也能夠明顯地?fù)p壞波形信息的構(gòu)造，進(jìn)而能夠被辨別。在壓制擾動(dòng)控制層面，假如信號(hào)內(nèi)部波形規(guī)劃和頻段發(fā)生變化、波形轉(zhuǎn)換相組合，能夠?yàn)閿_動(dòng)裝置的儲(chǔ)存-發(fā)送產(chǎn)生極大困難。大體來講，通信化雷達(dá)與常規(guī)單基地雷達(dá)相比具備更優(yōu)異的戰(zhàn)場(chǎng)追蹤隱藏性、可大幅提高生存能力，與雙/多基地雷達(dá)對(duì)比具備更加優(yōu)異的追蹤靈活性及抗電磁干擾性能。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文給出了一類新型的雷達(dá)追蹤系統(tǒng)-通信化雷達(dá)，該系統(tǒng)完全發(fā)揮“組合式追蹤”的潛能，借助對(duì)于發(fā)射波形中加入的輔助數(shù)據(jù)的收集及使用，能夠明顯提升雙/多基地等排布式追蹤體系的追蹤定位性能、抗干擾能力及應(yīng)用的靈活能力。本文研究了通信化雷達(dá)的構(gòu)成及理論設(shè)計(jì)，對(duì)于其使用趨勢(shì)進(jìn)行了分析，未來將配合實(shí)際追蹤場(chǎng)景展開波形規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析的深入探究，解決多重目標(biāo)、多重路徑等繁雜狀況產(chǎn)生的問題，把該系統(tǒng)使用在遠(yuǎn)距離追蹤、反隱形、抵抗電磁干擾等具體使用狀況。

參考文獻(xiàn)：

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作者：孫振宇 單位：91550部隊(duì)