双(多)基地雷达系统的发展及应用

摘 要 本文首先叙述了双 多 基地雷达的发展历史 并对该雷达 在现代防御体系中的优势进行了分析与探讨 最后阐述了典型的双 多 基地雷达系统及其未来的发展趋势 1 引言 双 多 基地雷达主要是相对于比较常见的单基地雷达而言的 它是 从雷达收发站配置的角度来命名的 单基地雷达一般是收发共址 即接收站和发射站位于同一个地方 而双 多 基地雷达则是收发异 址 其中多基地雷达还具有多个发射站和多个接收站 以离散的形 式配置 双 多 基地雷达实际上早在单基地雷达发展前好几年就已 经出现了 其原理也早已为人们所应用 但是发展的过程却十分缓 慢 这主要是由于天线收发开关和脉冲发射技术的出现 使得单基 地雷达在很长一段时间内占据了雷达技术发展的主导地位 但是近 年来 随着 四大威胁 即目标隐身技术 综合性电子干扰技术 低 空超低空突防技术和反辐射导弹技术的迅猛发展 现代战争对军用 雷达的要求变得越来越苛刻 单基地雷达因此也面临着日益严重的 生存危机 在海湾战争中 伊拉克的雷达系统为了躲避美军反辐射 导弹的攻击 不得不采取了关机的消极措施以求安全 因此 为了 对付日趋发展并成熟起来的 四大威胁 的挑战 双 多 基地体制雷 达又重新得到了各国的重视 由于双 多 基地雷达使用两个或两个 以上的分离基地 其中包括有源和无源基地 因此按照不同的军事 要求 它在防御体系中就有多种可能的组合形式 从部置的位置方 面来看 可分为地发 地收 空发 地收 地发 空收等几种形式 多基地雷达还具有一发多收 多发多收等形式 2 双 多 基地雷达的发展历史 在双 多 基地雷达正式出现之前 人们实际上就已经开始了这种雷 达体制的应用 到三十年代后期 在美 英 法 德 俄等国的早 期雷达防御系统中 都出现了这种体制的雷达 当时采用的基本工 作原理是使用相距甚远的发射机和接收机 通过测定目标反射信号 的多普勒频移和发射机向接收机直接传播的信号之间的差频 从而 检测出穿过发射机 接收机基线的目标 1922 年 美国海军实 验室 NRL 首次应用一部波长为 5m 的连续波试验装置探测水面船只 由于当时没有有效的隔离方法 只能把收发机分置 这就是一种早 期的双基地连续波雷达 到 1932 年 NRL 已经用这种双基地雷达探测到了相距 80km 的飞机 同时 美国和法国还布置了双基地的远程雷达防御网 用于探测入 侵的飞机 1934 年 前苏联也研制出了一种双基地连续波雷达 称为 RUS 1 到第二次世界大战德国入侵时 该雷达已在前苏联的 远东和高加索地区配置了 45 部 另外 日本的大阪大学也研制出 了一种双基地连续波雷达 A 型 用以探测太平洋上的盟军飞机 但是 到了 1936 年时 美国海军研究所发明了双工器 提供了收 发天线共用的技术途径 从此以后 单基地雷达由于结构简单 逐 渐成为实用雷达的主流 而双 多 基地体制也从此受到了人们的冷 落 直到五十年代才开始有所恢复 国外从七十年代开始 对战术 双 多 基地雷达相继开展了研制和试验工作 到八十年代时 多基 地雷达体制还得到了进一步的发展 并已经建立了自动化雷达防御 网 美国在 1965 年投入使用的 SpaSur 系统就是一部多基地远程监 视防御系统 1976 年 美国远景研究规划局 DARPA 还提供了一个 称为 圣殿 Sanctuary 的双基地防空雷达的研制计划 到 1987 年 时该系统已具备了初步的工作能力 从七十年代后期开始 美国还 致力于研究双基地雷达采用多阵列天线 多通道接收机 数字波束 形成等技术的新课题 此外 美国还完成了 警戒和目标指示多基 地系统 战术双基地雷达论证计划 等多个双 多 基地雷达的体 制试验 几乎同时 前苏联也曾经公布了它们的双 多 基地雷达研 制成果 并将它用于国家防御体系中 3 双 多 基地雷达的应用 一个完整的防御体系是具有各种先进武器系统的综合运用 更是各 种典型雷达的应用 在现代战争中 雷达构成了 C3I 系统和武器控 制系统的重要环节 发挥着至关重要的作用 因此雷达也成了现代 高技术战争中敌方袭击的首要目标 而雷达系统是否能承受敌方打 击并生存下来 已经成为防御体系是否有效并可能决定战争胜败的 关键因素 然而 在九十年代甚至下个世纪 战术雷达系统将不可 避免地面临着 四大威胁 的挑战 这就要求雷达系统必须在基本原 理和体制上找到出路 有所突破 才能生存下去 进一步增强防御 系统的能力 我们认为 双 多 基雷达在这方面的功能是比较突出的 下面将具 体分析双 多 基地雷达对抗 四大威胁 时的优势和在现代战争中的 应用 3 1 抗摧毁能力强 反辐射导弹是通过跟踪雷达发射的电磁波束进行制导而摧毁雷达系 统的 这种导弹采用被动寻的 雷达反射面积小 隐蔽性好 命中 率高 威力极大 直接对雷达及操作人员的安全产生威胁 但是 无源雷达是不发射电磁波的 因此反辐射导弹无法对无源雷达形成 有效攻击 双 多 基地雷达使用两个以上的分离基地 发射站与接 收站分开设置 其中接收站就是无源的 处在极为隐蔽的地方 它 受到敌方电子侦察的概率几乎为零 因此反辐射导弹只能追踪和攻 击发射站 如果我们能够合理配置发射站 如远离战区或将发射站 置于飞机或卫星上 从而构成空地间的双基地雷达 就可以避免反 辐射导弹的攻击 增强防御系统的抗摧毁能力 3 2 抗干扰能力强 电子干扰是在现代战争中起重要作用的电子战的内容之一 对雷达 系统实施电子干扰就是使雷达降低或失去功能的一种破坏方法 目 的是全部或部分地瘫痪对方防御网 它实质上是利用对方雷达工作 发射的电磁波确定其所在位置及工作方式 从而进行干扰 双 多 基地雷达不仅接收站相对比较隐蔽 对方无法侦察其具体位置 而 且还可以通过两个以上接收站间的交叉测向确定干扰源的位置 适 时地避开干扰源 由于对方干扰的主干扰方向只是雷达天线所在的 方向 因此 对接收站而言 主要面临的是从副瓣进入的干扰 这 对整个系统的工作不会产生多大影响 4 可对抗隐身飞行器 隐身飞行器投入应用以后 对现代防御系统的构成和工作方式产生 了极大的影响 但是隐身能力的大小相对于不同的观测空间是不相 同的 单基地雷达一般都是利用发射的电磁波经目标后向反射后得 到的回波来进行目标特征的探测 因此隐身技术也是致力于减少这 个后向反射回波来达到隐身目的 但双 多 基地雷达一般都是利用 目标的侧向或前向反射回波来探测目标特征 可以得到更大的雷达 反射截面积 RCS 从而降低了隐身飞行器的隐身效果 测试结果表明 利用前后反射方法探测到的雷达 RCS 值要比利用后 向反射测得的 RCS 值高出大约 15dB 双 多 基地雷达的发射站和 接收站相对目标距离之间的夹角越大 就有可能获得更多的信号能 量 另外 如果能将不同频段的双 多 基地雷达组成雷达网 不仅可以 扩大雷达的覆盖范围 而且可以提高对隐身目标的探测和跟踪能力 这也是一种有效的反隐身技术途径 双 多 基地雷达组网是根据隐 身目标的空域特性 多视角地探测隐身目标 抑制其 RCS 缩减 取 得显著的反隐身效果 目前 已有很多国家对雷达组网的检测特性 以及实现反隐身的现实性和可行性进行研究 其成果将为解决雷达 反隐身这一难题提供有益的借鉴 5 抗低空突防能力强 低空和超低空突防是现代飞行和巡航导弹主要的战术手段之一 其原因就是一般单基地雷达的低空探测性能不好 总会出现一定的 盲区 为了消除这种目标探测上的盲区 我们可以通过配置双 多 基地雷达来实现 由于双 多 基地雷达的发射与接收射线并不相互 重叠 因此可以使用合理布站的方式完成 低空超低空目标的探测任务 对近程防御而言 可采用一些小型多 基雷达网来扩大覆盖范围和提高探测精度 对远程低空防御而言 则需要采用空间双基体制 例如将发射机布置在卫星上 而把接收 机布置在战区前沿的预警机上 以便提供充分的告警时间 此外 利用双 多 基地雷达探测目标 可以充分发挥雷达系统的性能优势 收发站分置又减少了对天线转换开关和接收机保护设备的需求 高 频损耗亦可降低大约 4dB 由于双 多 基地雷达系统能在现代战争中有效地对 四大威胁 的挑 战 具备以上几个较为突出的优势 才能促进它在军事防御系统中 的广泛应用 不过 在战术任务不同时 其布站形式 结网结构和 工作模式也是不同的 因此在应用时也会体现出不尽相同的优缺点 6 典型的双 多 基地雷达系统 目前 世界上美 英 俄等军事大国都非常重视对双 多 基雷达的 研究 发展和使用 并已经取得了显著的成果 特别是美国 已将 多个双 多 基地雷达系统应用于国土防御网中 担负着远 中 近 程的战略警戒任务 从八十年代初开始 美国 DARPA 和国防部还开 展了多方面的开发工作 以评估它在执行多种战术防御任务时的工 效 结果令人满意 6 1 美国的双基雷达系统 圣殿 雷达是由美国技术服务公司 TSC 研制的一种战术双基体制 系统 它使用地面相干雷达接收站与机载发射机协同工作 担负对 空监视和目标跟踪任务 1980 年 8 月 该系统在太平洋导弹测试 中心完成了试飞 探测到了 100km 外的目标 它主要包括防空双基 地和空地双基系统等 防空双基地系统的研究目的是降低地面雷达遭受敌方反辐射导弹攻 击的可能性 整个过程包括 4 个阶段 可行性论证 初步测试 它对远 近程目标的检测和跟踪能力 将发射安装在 A 3 飞机上 接收机在地面 检测地杂波下的低空目标 继续对空中目标进行跟 踪测试 该系统工作在 L 波段 作用距离为 102km 测距精度达 10m 测速精度 1 3m s 空地双基系统是使发射机载机远离战区 但将载有接收机的攻击机布置在战区内 进行目标搜索 跟踪和进 攻 它工作在 I 波段 发射机载机为 C 141 飞机 接收机载机为 C 130 进行多次复杂的测试和分析 已经解决了发射机与接收机 间信号的相位和时间同步问题 收发载机间相互位置和速度的协调 问题 6 2 美国的多基雷达系统 目前 美国已经建成了 SPASUR 和 MMS 两个多基雷达系统 其中 SPASUR 是为海军研制的对空监视和警戒系统 它有 3 个发射站和 6 个接收站 作用距离为 1000 1600km 测角精度 0 02 MMS 则服务于陆军 用于对大气层内目标进行高精度跟踪和测量 其精度比单基地雷达高出好几倍 同时还能测出目标的速度和加速 度 对于小尺寸目标 MMS 的作用距离为 500 700km 在 75km 高度 上 测量目标位置的精度为 3m 测速精度为 0 05m s 对加速度的 测量精度大约为 0 1m s 近年来 美国还提出了使用多基地雷达建立未来反导防御体系的方 案 并用于精确定位和打击系统 PLSS 在 PLSS 中 首先使用 3 架高空侦察机组成一个 3 点测量网 然后再把接收到的目标信号转 发给地面指挥中心 最后由地面系统来确定目标的精确坐标 进而 实施攻击 6 3 其它国家的情况 现在 英国的普莱西公司也开始研制一种用于近程防御警戒的双基 雷达 据称 其发射频率为 600MHz 发射功率 800W 作用距离达 到了 500km 俄罗斯也使用了双基地系统 在信息冗余条件下 给 出了测量目标极坐标的方框图和结果曲线 如果双基地雷达系统测 出的 3 个数据中有 1 个是冗余的 可使距离测量的精度提高到接近 4 倍左右 7 未来的发展趋势 可以预见 在现代防御警戒系统中 双 多 基地雷达将会成为重点 发展的一个方向 在未来高技术战争中发挥不可替代的作用 今后 双 多 基地雷达既有向空基地发展的趋势 又有向小型局部区域布 防系统发展的趋势 它在民用方面也会有日渐广阔的应用 随着科 学技术的迅速发展 相信会有更多的双 多 基地雷达出现 并且会 更加实用 更加完善 下面介绍汤姆逊 CSF 公司的 CETAC 防空指挥中心的新武器系统 CETAC 防空指挥中心是由法国汤姆逊 CSF 公司研制的 主要用于对 近程防空系统和超近程防空系统的战术控制 在法国空军的帮助下 CETAC 已设计完成并进行了评估 CETAC 具有以下功能 1 警戒 a 空情报告 航迹校准 使用近程防空系统进行探测 b 保护友方飞机 c 威胁评估 d 发送警报 2 战术控制 a 战术空情报告 b 目标分配 c 武器状态 控制 3 指挥 a C3 指令 b C3 报告 c 机动和布置管理 在 CETAC 设计中使用了不少先进的电子设备和软件 其中包括 高 清晰度彩色显示器 触摸灵敏性屏幕 结构计算机 以及减少指令 的设备计算机 高级软件语言 ADA 和跳频收发机 该系统还具有 抗电磁干扰和生化武器的能力 CETAC 的典