機載預警雷達的發(fā)展與技術(shù)分析

許璟瑜 許曉東 樊綱旗

摘要：機載預警雷達是一種應用于預警機中的雷達控制系統(tǒng)裝置，可以對空中和海上的目標進行搜索、跟蹤與監(jiān)視，還可以引導和指揮己方飛機開展作戰(zhàn)任務(wù)，在軍事領(lǐng)域發(fā)揮了很大的作用。為了不斷提升軍事戰(zhàn)斗力，就要逐步強化預警機的技術(shù)發(fā)展質(zhì)量。本文首先淺談了機載預警雷達的發(fā)展狀況，之后探究了機載預警雷達所面臨的問題，并分析了其今后的技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：預警機;機載預警雷達;技術(shù)發(fā)展趨勢

引言：將雷達裝置裝配到預警機上，這種雷達就稱為機載預警雷達。與地面雷達相比，這種雷達裝置可以消除雷達盲區(qū)，拓寬探測的范圍，為防空系統(tǒng)提供更好的預警服務(wù)，有著布防靈活、生存能力強以及機動性強的優(yōu)勢。但這種機械預警雷達的技術(shù)難度較高，可以實現(xiàn)自主研制的國家少之又少，未來，機載預警雷達不僅要擁有很強的飛行性能，還有具備良好的隱身性能等其他能力，現(xiàn)代高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭對其技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求。

1機載預警雷達的發(fā)展階段

預警機發(fā)展到今天，已經(jīng)有了幾十年歷史，世界上的第一架預警機于上世紀四十年代中期開始服役，開啟了雷達裝置在軍事領(lǐng)域中的嶄新發(fā)展階段。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，預警機已經(jīng)從原本單純的空中雷達站逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘环N具備多元化功能的空中指控平臺，其中的一項最關(guān)鍵的傳感器就是機載預警雷達，機載預警雷達可以劃分為三個發(fā)展階段，具體如下。

上世紀四十年代中期到七十年代初期可以劃分為機載預警雷達發(fā)展的第一個階段，這個階段的技術(shù)特征表現(xiàn)為常規(guī)脈沖體制，預警雷達裝置發(fā)展的目標主要為提升搭載預警雷達裝置的預警機的飛行高度，從而提升其對飛行高度較低的目標的探測視距。盡管這一時期的預警雷達裝置使用的是常規(guī)的脈沖體制，但已經(jīng)具備了探測海面上的低空飛行目標的能力，并能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤，所以，該階段的預警機主要在海軍領(lǐng)域中使用，并且通常需要大型搭載設(shè)施作為平臺支持，正因如此，預警機的規(guī)模一般較小，也很難飛行到較高的高度。盡管該階段的機載預警雷達只是在預警機上將地面雷達進行簡單的集成，抵抗雜波干擾的能力弱，并且探測的范圍也不夠廣闊，但是它也體現(xiàn)出了雷達裝置在軍事領(lǐng)域中得到了全新的應用與發(fā)展。

上世紀七十年代初期到九十年代初期，是機載預警雷達發(fā)展的第二個階段，這個階段的技術(shù)特征主要為脈沖多普勒體制，該階段致力于不斷擴大預警機裝備的規(guī)模，但與此同時，卻急劇壓縮預警機的型號數(shù)量。多年來，為了與實際的軍事任務(wù)需求相匹配，機載預警雷達的型號也在不斷地優(yōu)化，預警機裝備發(fā)展的一項重要途徑就是提升各種裝備對環(huán)境和任務(wù)需求的適應性。該階段的機載預警雷達擁有了可以在陸地上空展開探測工作的能力，使預警機從海軍領(lǐng)域延伸到了空軍領(lǐng)域，空軍領(lǐng)域的預警機不需要大型搭載設(shè)施的支持，并且預警機的上升高度和探測的范圍都有了很大的提升[1]。

上世紀90年代初期至今，是機載預警雷達發(fā)展的第三個階段，其技術(shù)特征表現(xiàn)為有源相控陣體制被廣泛的應用，這在很大程度上增強了機載預警雷達執(zhí)行軍事任務(wù)時的適用性，一方面，這種體制可以延伸探測目標的距離，另一方面，還可以更好的對高機動目標進行跟蹤。在這一階段，預警機中的其他系統(tǒng)與機載預警雷達之間聯(lián)系的更加緊密，以此來改善雷達獲取情報存在的缺陷，更好的適應了軍事任務(wù)的需要，對于戰(zhàn)場的形勢以及系統(tǒng)的能夠獲取的情報都有了更好的感知。

2國外機載預警雷達的發(fā)展現(xiàn)狀

機載預警雷達運行的基本任務(wù)是，在雜波較為嚴重的環(huán)境之下，對于一些非己方的目標進行探測、觀測以及跟蹤等。對于一個機載預警雷達的性能進行評估時，其技術(shù)水平的判定是由多方面的判定標準決定的，通常情況下，這些標準包括對目標的探測能力、抵抗雜波干擾的能力、抵抗其他因素干擾的能力以及對于探測到的目標的跟蹤能力。優(yōu)化機載預警雷達的運行水平以提升軍事實力的本質(zhì)就是對上述提到的幾項評判標準進行強化的過程?，F(xiàn)階段，對于機載預警雷達的先進程度并沒有設(shè)定出一個準確的評估標準，一般情況下，是由天線形式的發(fā)展狀況以及反雜波體制的發(fā)展狀況進行判定的。

2.1天線形式的發(fā)展

隨著科學技術(shù)水平不斷向前邁進，各種事物的發(fā)展都迎來了更好的契機，在這之中，有源T/R組件正在逐漸向功能多元化、輕質(zhì)以及高效的角度轉(zhuǎn)型，在機載預警雷達系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛。機載平臺的特征和軍事任務(wù)的需求是機載預警雷達在選擇天線類型方面的風向標，CLBAS天線、無源陣列天線以及有源相控天線等幾種類型的天線在未來發(fā)展的進程中，會呈現(xiàn)出一種相互依存、共同合作的發(fā)展局面[2]。

2.2反雜波體制的發(fā)展

反雜波體制經(jīng)歷了一個多時段的演變歷程，具體將可以分為以下三個時段，第一個時段，動目標顯示體制，也可以稱之為動目標探測體制;第二個時段，脈沖多普勒體制;第三個時段，空時自適應處理體制?，F(xiàn)階段，反雜波體制正在向多維聯(lián)合自適應處理體制的方向不斷發(fā)展。上述內(nèi)容中提到的反雜波體制的第一個時段，即動目標顯示體制，其應用到的是一種低脈沖重復頻率的波形，雜波遍布到多普勒域的每一個角落，這種模式通常是在雜波相對較弱的海上軍事作業(yè)中被高頻率的使用，E-2C APS-145雷達是其中一種較為典型的類型。在多普勒域較為清晰的區(qū)域內(nèi)，一般是以脈沖多普勒體制為主，脈沖多普勒體制在這個區(qū)段內(nèi)對于目標的探測能力較強，在雜波較強的情況下應用脈沖多普勒體制也能夠取得較為良好的效果，在雜波較強的情況下，其中較為典型的雷達類型為E-3A APY1/2。不過，由于在空間中的自由度不夠充足，脈沖多普勒體制只能借助和波束開展相關(guān)的探測工作，其探測能力會在一定程度上受到來自副瓣雜波的干擾。20世紀末期，對于空時自適應處理體制，雷達領(lǐng)域?qū)ζ溥M行了深入的研究，將大量的自由度導入其中，與此同時，借助雜波空時耦合屬性作為發(fā)展的支撐力量，這種體制可以沿著干擾帶和雜波脊，構(gòu)建出一個凹口，從而具備了極強的抗干擾能力與抗雜波能力。

3機載預警雷達面臨的技術(shù)問題

3.1隱身技術(shù)

機載預警雷達的探測范圍和距離以及預警的時間一定要十分充足。以某機載預警雷達裝置為例，當搭載這種機載預警雷達裝置的預警機處在9600米的空中時，對于探測巡航導彈目標的距離可以達到300公里以上，探測戰(zhàn)斗機目標的距離則更廣，而對于一些大型的目標，其探測距離會達到更遠。由此可見，這種機載預警雷達裝置對于巡航導彈、戰(zhàn)斗機以及高空轟炸機等多種類型的目標的探測距離都是符合要求的。伴隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，隱身技術(shù)也在逐漸完善與進步，一些需要被探測的目標在這樣的技術(shù)條件下，其本身的前視RCS也在逐漸的縮小，因此，這些目標被探測到的可能性也會相應的降低，這為機載預警雷達的檢測工作以及提供的預警服務(wù)帶來了很大的困難，一些機載預警雷達在實際的應用中，其檢測敵機的能力正在被無形的削弱?；诖耍覀兛梢砸庾R到，在未來機載預警雷達技術(shù)發(fā)展的歷程中，強化其反隱身能力是一項需要攻克的難點，也是接下來增強機載預警雷達探測能力的首要任務(wù)。

3.2干擾

科學技術(shù)的不斷發(fā)展也催生出了許多種新技術(shù)的出現(xiàn)，在這之中，產(chǎn)生出了一種電子干擾技術(shù)，并且這種技術(shù)還在逐步向前發(fā)展。該技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，對機載預警雷達的檢測與預警工作帶來了很大的負面影響，機載預警雷達將會棉鈴更多的干擾條件，并且這些條件較為復雜，解決起來存在很高的難度，也更加難以控制，這些干擾條件通常以欺騙性干擾和壓制性干擾為主要的干擾形式。另外，機載預警雷達在實際開展探測工作的過程中，還會在一定程度上受到其運行環(huán)境的干擾，這種干擾通常是無意識的，例如各種同頻通信設(shè)備和同頻雷達設(shè)備所發(fā)射出的輻射信號等，這些無意的干擾條件也會對機載預警雷達的運行效率和探測能力造成比較明顯的負面影響[3]。

4未來機載預警雷達的技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1反隱身

一般來說，隱身目標的RCS與常規(guī)目標相比較而言，是相對較小的，隱身目標的RCS減小會導致雷達裝置探測的范圍縮小、距離縮短。為了解決這個問題，較為有效的一種手段就是實現(xiàn)雷達威懾能力的提高，也就是增加功率孔直徑。功率孔直徑的增加可以通過以下兩種方法，第一，增加發(fā)射機的功率;第二，增加天線孔直徑。不過在實際的發(fā)展中，供電能力以及空間因素會對機載預警雷達造成一定的限制，為增加發(fā)射機功率和天線孔直徑帶來了很多困難。

當發(fā)射機的功率與天線孔直徑已經(jīng)確定時，就可以通過使用較高水平的信號處理算法的方式來提升雷達的威懾力。例如，可以借助檢測前跟蹤的手段來增強機載預警雷達檢測隱身目標的能力。除此之外，當處于一種信噪比較低的情況下，檢測前跟蹤技術(shù)還可以對需要被檢測的目標進行嚴密的跟蹤，并且這種跟蹤能夠持續(xù)一整個過程。與此同時，將合理利用能量作為出發(fā)點，在檢測之后再對目標進行跟蹤，借助的是非相參積累和脈沖串相參積累，這兩種能量積累的方式都只能單純的積累每一次掃描脈沖串之間的能量，而在檢測之前就對目標進行跟蹤不僅可以積累每一次掃描脈沖串之間的能量，還能夠?qū)呙栝g的能量進行積累，從而實現(xiàn)機載預警雷達對隱身目標探測范圍的擴大以及距離的延長，增強了機載雷達裝置的探測能力，提供了更優(yōu)質(zhì)的預警服務(wù)。

4.2抗干擾

現(xiàn)階段，軍事領(lǐng)域中所使用到的機載預警雷達采用的基本是脈沖壓縮加PD體制，這種形式的體制具備一定的抵抗噪聲干擾能力。一個典型的PD 雷達，如果它相干處理的時間間隔范圍在5毫秒到20毫秒之間，脈沖的重復頻率為10kHz到100kHz之間，那么我們就可以借助計算的方式，得出一個實際的數(shù)值，用以體現(xiàn)抵抗噪聲干擾的具體程度。上述情況的雷達裝置的相干處理增益為17dB到43dB之間，即這種PD雷達裝置對于噪聲干擾有17dB到43dB的處理增益[4]。機載預警雷達能夠發(fā)射脈沖壓縮波形，借助與濾波進行匹配的方式，也可以在一定程度上增加信噪比，從而降低噪聲因素對其造成的影響，達到很好的抗干擾效果。另外，還可以通過增加寬帶接收通道的手段，來對干擾信號分布的頻譜進行解析，再從中選擇出干擾程度較小的頻段，開展探測工作，其具體流程如下圖所示。同時，還可以分析干擾信號的視頻特性，從而設(shè)計出可以與干擾信號達到最恰當正交性的雷達信號，接收與接收之后再進行處理也會更加的容易，這種技術(shù)可以叫做環(huán)境敏感智能化雷達技術(shù)。除此之外，還可以通過設(shè)計出一種雙平臺或多平臺的雷達系統(tǒng)，來實現(xiàn)抗干擾的目的。

總結(jié)：綜上所述，作為一種重要的軍事戰(zhàn)略型裝備，機載預警雷達受到了極大地重視，并且這項技術(shù)正在不斷地進步。就當前國際上現(xiàn)存的幾種預警機的發(fā)展情況而言，機載預警雷達仍舊處在一個逐漸完善與優(yōu)化的過程中，并且隨著隱身戰(zhàn)斗機的發(fā)展，預警機的發(fā)展歷程將會面臨著更大的挑戰(zhàn)。技術(shù)人員在設(shè)計雷達系統(tǒng)時，一定要樹立先進的意識，運用科學的經(jīng)驗和發(fā)展理念，不斷優(yōu)化機載預警雷達的性能，保證軍事戰(zhàn)斗力的提升。

參考文獻：

[1]石嘉暉.機載預警雷達的發(fā)展與技術(shù)分析[J].數(shù)字通信世界，2018（07）：104.

[2]張啟明，楊覲源，徐俁強.機載雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（40）：131.

[3]趙為偉，宋曉偉.機載雷達技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].電子科技，2018，31（01）：79-82.

[4]陳小龍，張海，孫嘉辰，黃勇.機載預警雷達網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同探測模式及性能分析[J].太赫茲科學與電子信息學報，2020，18（02）：215-221.