网络化雷达系统你们了解多少

导读

随着信息化技术的飞速发展，电子对抗、超低空突防、防区外打击及饱和攻击等战争手段被广泛应用，这无疑对防空和雷达系统提出了巨大的挑战。网络化雷达采用组网作战方法，基于战术指控中心，充分利用设备组网及目标数据融合处理，整合成统一高效的作战体系，可以充分发挥各雷达系统的作战效能。

1.网络化雷达的结构

随着科学技术和武器装备的发展，现代雷达面临着反辐射导弹、电子对抗、目标隐身和低空突防的“四大成胁”，而多雷达的组网技术和联合探测可以扩大系统时域、频域、空域的覆盖能力，取长补短，同时发挥各雷达的优越性，雷达组网能提高效能5倍以上。2020年6月，美国发布了“大国竞争时代综合电子信息系统设计要求”，强调要加强未来防空反导预警网的组网协同能力。

网络化雷达系统结构

网络化的雷达系统是指将多部不同类型的雷达合理部署，通过通信网络连接成网，由融合处理中心统一控制处理的一个协同探测系统。各个局部雷达站的工作频段、极化方式、工作模式以及工作体制可以相同也可以不同，因此极大地提高了雷达系统的多样性，赋予了雷达系统应对复合作战场景的能力。

网络化雷达系统融合处理中心通过综合处理多个局部雷达获取的观测信息得到组网雷达系统探测范围内的情报信息，然后根据实际作战任务需求以及作战态势的变化自适应地调整各个局部雷达的工作状态，高效地分配系统时间、空间和能量资源，实现对作战区域目标的联合定位、协同探测和准确跟踪等。网络化雷达是雷达协同探测演进的高级形式，从发展历程来看，有双/多基地雷达、MIMO雷达、分布式相参雷达和雷达组网系统等多种形态。

2.双/多基地雷达

双/多基地雷达的典型装备为美国洛克希德马丁公司研制的“沉默哨兵系统（Silent Sentry）”。该系统采用商业无线电广播和电视广播（50MHz～800MHz）作为辐射源，通过测量直达路径信号和目标散射信号的到达时间差，采用无源相干定位技术进行目标探测、定位和参数估计。

“沉默哨兵系统（Silent Sentry）”技术特点

“沉默哨兵”系统的天线尺寸为2.3mx2.5m，可以安装于固定平台或者安装在车辆、飞机等移动平台上，Lockheed Martin公司还分别试验过安装于水面舰艇和潜水艇的潜望镜上的两种系统进行空中目标预警。“沉默哨兵”系统对飞机、导弹、车辆、船只等目标进行探测，可同时跟踪200批以上目标，预警范围可达到水平方位覆盖360°，俯仰方位覆盖60°，探测距离可以达到220km。

当利用FM广播作为外辐射信号时，该系统水平方向的分辨力可达到250m，竖直方向的分辨力可达到100m，速度分辨力可优于2m/s;当利用数字电视信号作为外辐射信号时系统的探测性能更好、探测精度更高。

除了“沉默哨兵系统”，美国还经建成了SPASUR和MMS等多个多基地雷达系统，其中SPASUR是为海军研制的空间监视和警戒系统，用于监视敌方侦查卫星，防止对己方军舰的侦查。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许多倍，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/s2。

分布式雷达也是一种多基地雷达。早在1936年前，前苏联的Vega就研制出了一种单发多收的多基地雷达，且收发雷达之间相距几十公里。

自2005年至2010年，诺思罗普•格鲁曼公司一直在一架BAC1-11试验机平台上对分布式孔径系统进行飞行测试，该分布式孔径系统可提供360度全方位昼夜观察能力，用于弹道导弹的防御。同时，分布式孔径系统（DAS）已装载到F-35“闪电Ⅱ”战斗机上。这些雷达场地试验结果表明，双基地、多基地雷达系统具有更大的优势。

在F35的block4.1升级版本中，还明确提出了“基于软件实现的多点组网雷达系统”，通俗一点讲就是多机编队的集成分布式合成孔径雷达，几架F-35雷达的后端数据采用一体化处理，在这个网络内的每一架F-35所搭载的射频传感器，都是这台虚拟雷达的一组收发节点，这样可以整合集成为一台由软件虚拟组成的多基地雷达。

这样，一个机队在战场态势感知方面可以完成传统预警机的任务。在Block 4.2版本中，F -35将装备采用了氮化镓（GaN）单片微波集成性芯片的AN/APG-81V2 MIMO（多输入多输出）雷达，为雷达提供更宽虚拟孔径的同时提升多点组网雷达系统的性能。

最近有媒体消息声称，美国在未来的防务预算中，将不再列入E3系列预警机和E2系列预警机的采购及升级计划;新一代的E10预警机也不再继续发展;取而代之的是以F35为代表的多平台协同组网感知战场态势。在红旗军演和北方边界军演中，美国已经开始尝试在没有预警机支援的情况下，F35按照四架一组的编队，通过数据链共享信息，构成一架虚拟预警机。

3.MIMO雷达

多输入多输出（Multiple input multiple output，MIMO）雷达是把无线通信系统中的多个输入和多个输出技术引入到雷达领域，并和数字阵列技术相结合而产生的一种新体制雷达。由于采用了波形分集技术，MIMO雷达拥有许多传统雷达所无法比拟的优越性。典型MIMO雷达是法国的米波稀布阵综合脉冲孔径雷达（SIAR（Synthetic Impulse and Aperture Radar），一种新体制雷达，目前正在试验中）。

稀布阵雷达最早是法国航空航天局（ONERA）在上世纪70年代提出来的新体制雷达概念。它是一种改进米波雷达，由同心圆状两组天线阵列所组成，分别负责发射与接收，结构如下图所示，主要优势体现在隐身飞机探测方面。

SIAR一般采用大孔径稀布阵列，得益于这种结构，SIAR不仅具有抗反辐射导弹的优点，而且具有比普通米波雷达更高的角分辨率、更好的参数估计精度和更强的抗干扰能力，综合性能较好。SIAR优势来源可归纳为：

由于发射信号采用了正交编码，全向辐射模式;

由于各辐射分量可根据编码识别出，接收时给出指定的分辨单元，调整每个辐射分量的延迟和相位，进而可以得到发射信号，获得集成脉冲和孔径的优势。

此外，美军在双水獭飞机上加载了MIMO雷达，进行了大量的实验，得到了很多研究成果，实验结果表明MIMO雷达比传统雷达具有更好的动目标检测性能。

美军新型五代机F-35依旧装备的是主动有源相控阵雷达，预计在2025年左右升级到采用氮化镓功率器件的MIMO雷达（AN/APG-81V2），届时F-35将成为首先装备MIMO雷达的先进战机。

4.分布式相参雷达

分布式相参雷达（DCAR）是指对雷达回波信号做相参处理的雷达，这类系统采用多个可移动的、天线孔径相对较小的雷达，结合先进信号处理手段获得逼近单个大孔径天线雷达的探测性能，而孔径综合是分布式相参雷达的主要特征。

美国的地基反导雷达GBR-P和海基雷达SBX能够有效的侦查远距离目标，但是缺点是造价高，机动性差。因此麻省理工学院林肯实验室对下一代雷达（Next General Radar，NGR）进行了详细的研究。该系统被认为是新型反导预警雷达的重要发展方向。

在美国导弹防御局资助下，MIT林肯实验室对NGR的系统概念、工作原理、信号处理方法展开了进一步的研究和验证。自2000年开始，分别研制了L波段和X波段两部试验雷达系统。首先完成了针对室内模拟器目标的相参合成试验，2005年在美国空军雷达实验室天线测试场与白沙导弹靶场，完成了对固定水塔、火箭、飞机等多种目标的外场全相参测试验证，如下图所示。试验结果表明，两部雷达能够实现全相参9dB的信噪比增益。

2016年7月，美国陆军研究试验室（ARL）出资110万美元与雷神技术公司建立合作，为NGR共同研发可扩充、机动、多模式的雷达前端技术（缩写SAMFET）。该技术以雷神公司的氮化镓（GaN）技术为基础，审视和探索新的模块设计和制造方法，研制和演示能够轻易集成到NGR系统的模块化组成单元，满足NGR的开放架构要求，以及提供雷达波段信号处理的灵活性、敏捷性和高效率。

5.雷达组网系统

雷达组网这一思想首次是由美国国防部高级研究计划局（DARPA）和陆军联合提出，目的在于通过对分散的战场雷达进行自动化和自适应组网实现各雷达的情报信息共享，提高系统时域、频域、空域的覆盖能力，改进陆军的战场警戒、目标探测与截获和作战指挥能力。

俄罗斯“橡皮鞋套”系统

俄罗斯部署在莫斯科周围的“橡皮套鞋（A-25）”反弹道导弹系统的雷达就是雷达组网的一个典型例子，它由三部分组成：7部“鸡笼”远程警戒雷达、6部“狗窝”远程目标精密跟踪/识别雷达和13部导弹阵地雷达。7部“鸡笼”雷达分别与2～3部“狗窝”雷达联网;6部“狗窝”雷达又各与4部导弹阵地雷达联网。

“鸡笼”雷达负责对空中目标进行远距离搜索探测，并向“狗窝”雷达指示目标。一直保持静默的“狗窝”雷达只有当目标进入导弹射击范围时才开机工作，对目标进行精确跟踪和识别。导弹阵地雷达只在发射导弹时开机工作。

美国典型雷达组网系统

与俄罗斯不同，美国的“爱国者”制导雷达组网包含6部“爱国者”制导雷达协同作战，同时包括著名的“霍克”和“小榭树”制导雷达。该雷达组网系统釆用测向交汇技术或时差定位方式来对空中干扰源进行实时加权定位，大大地改进了整个网络的抗低空和超低空入侵的性能，提高了武器系统战场生存能力。

“爱国者”防空系统

另一个典型的雷达组网系统是美国导弹防御系统早期预警雷达网，目前由5部特高频（UHF）波段（420MHz～450MHz）雷达加上一部部署在阿留申群岛谢米亚空军基地的“丹麦眼镜蛇”雷达组成，均为大型远程预警相控阵雷达。

除此之外，美国陆军萨德系统还能和美军海基宙斯盾雷达、天基卫星和其他外部传感器组网，逐步扩大作战空域和防御范围。2020年，美国向部署在韩国庆北星州的萨德系统运输了新的升级设备，用来实现萨德与爱国者系统的整合部署，即联网操作，这样萨德雷达可以发射爱国者导弹。并且萨德的发射弹和指挥车可以分开部署，增加安全性。

未来的战争将由平台中心战向网络中心战发展，因此各类雷达需要与本系统和编队内的其它雷达实现数据的融合和共享，形成统一的、精确可靠的态势，供作战指挥和武器控制使用。

总结

现代战争带来的挑战使得对雷达系统信息共享和网络协同的研究越来越重要，国外网络化雷达已经初具应用价值。其中，以美国“沉默哨兵”、“萨德”等最具代表性，F35战机的雷达系统还可以以编队的形式组成虚拟预警机。随着信息战、网络战研究的不断深入，组网协同作战必将渗入到更多的探测系统中，成为未来战场的重要发展趋势。

来源：高端装备产业研究中心

编辑：jq