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警戒雷达组网空情融合方法研究

发布时间:2023-05-02 10:33:39

㈠ 我国雷达体系

我国从六十年代开始即开展相控阵技术的研究,并于七十年代研制成功7010大型远程相控阵雷达,曾出色的完成了观测美国天空试验室和苏联核动力卫星殒落任务,引起世界重视(相关资料可查阅中国科学技术协会网站文章)。在九十年代又研制出YLC-2全固态相控阵远程警戒雷达(第二届中国国际唯敏国防电子展览会上展出)。这些成果都反映了我国在相控阵雷达研制上的进步。不过,相对于一些陆基和舰载的大型雷达来说,机载相控阵雷达的技术难度要大得多,主要难度又集中在小体积T/R组件的研制上。据介绍,607所和电子部14所在机载相控阵雷达的研制上处于国内领先地位,目前,相控阵雷达的数据处理部分已经比较成熟,但是在T/R组件的生产,尤其是成本控制上仍然有相当大的差距。据顾诵芬院士在前不久的介绍,国内目前单个T/R组件的生产成本要达到数万人民币,这样,光雷达天线的造价就已经是天价了,而美国目前已经将T/R组件的生产成本控制在四五百美元以下,因此我们的差距还是相当大的。对比美国的发展历程,我们要研制出AN/APG-77级别的雷达,可能要到2010年以后。相对来说,无源相控阵雷达的技术难度要小得多,因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前,完全有可能采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且,即使有源相控阵雷达研制成功以后,无源相控阵雷达作为一种低端产品,仍然具有很大的使用价值。

我国在航空电子产品上起步晚,发展慢,一度和西方先进国家的差距拉得非常大。在20世纪90年代之后我们奋起直追,取得了很大的进步。到目前为止,我国的机载火控系统经过四个阶段的发展:

1、 70年代研制的系列瞄准具,装备在我国早期的战斗机上

2、 80年代研制的平视显示器火控系统已经装备部队

3、 在国内七五、八五预研的基础上,研制了具有第三代战斗机水平的综合火控系统,被新研制的飞机普遍采用

4、 从九五开始的基于“宝石柱”系统构型的新一代综合武器火控系统的预先研究,主要为下一代战斗机火控系统进行技术储备。

在十五期间,我国将进行针对世界第四代战斗机火控技术开展重点研究,其中有源相控阵雷达将是第四代战斗机火控系统的技术基础。对比近期中国国防工业各个领域的许多重大进步,完全有理由相信我们的科研人员,能在不久的将来研制出具有世界先进水平的战斗机雷达。 1980年4月,国际雷达会议在美国华盛顿召开,中国也受邀出席。对于中国首次在类似国际学术会议上的亮相,与会的学术专家纷纷做了猜测,但他们对刚刚开放不久的中国及其雷达同行没有什么认识,也谈不上尊敬。没有想到的是,在会议上,中国代表团的一位貌不惊人的老人用流利的英语从容地作了题为“中国雷达技术研究发展概况”的报告,而内容之精深更让许多国际上驰名的雷达专家刮目相看。中国当时掌握的雷达技术水平,远远超过了世界对他的预料。外国专家们纷纷表示愿和中国同行进行技术交流,这样,就打开了中国和其他国家进行雷达技术交流的窗口。发言的老人,叫做张直中,中国着名雷达专家,工程院院士,他是新中国第一台雷达研制工作的负责人,也是“神五”“神六”等航天技术“天眼项目”的负责人。而无论第一部雷达还是天眼,其“故乡”都是南京。1950年年底,当时在重庆某研究所从事电子通信技术研究的张直中被调到当时中国唯一从事雷达修配的单位——南京第一电信技术研究所(中国电子科技集团公司第十四研究所前身),目的是迅速研制出国产雷达,保卫国家领土安全。张直中不辱使命,在他的带领下,1953年,第一台国产中程警戒雷达研制成功,并马上批量生产被送往保卫祖国的前线。1964年,又成功研制了我国第一部单脉冲跟踪雷达。曾到英国学习雷达技术今年92岁高龄的张直中老人如今依然精神矍铄,思维清晰。他向记者回忆起了当年中国研制雷达的经过。1950年,张直中刚来南京的时候,十四所仅负责罩山缺修配侵华日军和美国提供给国民党而遗留下来的雷达,远远不能满足国防对雷达的需求。当时整个十四所上下都弥漫着迅速研制出国产雷达的迫切心情。将希望寄托在了有着留学背景的张直中身上。早在1945年,张物辩直中就以访问学者的身份到了英国伦敦,在莱赛斯特大学和通信兵学院学习雷达和超高频技术。“英国的雷达技术当时很发达。”张直中介绍说,二战爆发不久,德国空军曾大规模空袭英国,幸好英军多个雷达站都发挥了重要作用,它们把德军空袭方向、批次和飞机数量及时上报给指挥部。英军飞机和高射炮有备而动,沉重打击了德军空军。因此英国对雷达有着特殊的感情,具备当时世界上最先进的雷达技术。设计草图有半人高1953年,张直中正式受命主持仿制第一部国产中程警戒雷达。当时十四所仅有一部美国提供给国民党遗留下来的雷达,还是一台缺天线的样机。就这样,在技术环境很差、没有任何图纸资料的情况下,张直中带领四十多人的研制小组开始了国产雷达的自行研制之路。雷达包括五个基本组成部分:发射机、电源设备、接收机、发射和接收天线以及显示器。张直中老人介绍,当时研制的最大问题在于,发射和接收天线是雷达的主要组成部分,也是设计难度最大的部分。而且没有任何的借鉴和参考,需要从零开始、自行设计。张直中说,在他带领下的九人小组,负责全机系统及天线馈线设计。他们通过分析摸透雷达天线电路原理的基础上进行设计,光测绘的草图就画了不计其数,堆在一起都有半人高。就是这样不断地绘制、不断地试制,再到不断改进,这个雷达研制的最大难关最终被攻克。张直中老人至今还记得当时天线设计成功的草图,并拿起纸笔给记者画了出了草图,一边画一边介绍这种“八木天线”。张直中说:“这种有三对振子,整个结构呈‘王’字形的天线是日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明的,被称‘八木天线’。要想仿制这样一副天线,需要进行适当的调整,各振子的长度、各单元之间的距离,还有怎么匹配等等,丝毫的差错都能影响雷达的精度。”功率比英国雷达还要大在十四所的研制人员的努力下,仅用时一年,就成功研制出第一部国产的中程警戒雷达,这也标志着中国雷达业的诞生。这个惊人的速度也让上级领导欣喜万分。张直中说:“当时十四所参加研制的工作人员在这一年里,每天都保持着高负载的工作量,都是一股盼望早日研制成功的劲在支撑着,研制成功后,好多人就病倒了。”可以说,第一台国产雷达包含着十四所老一辈工作人员的心血。张直中介绍,第一台研制的雷达高2米,重达400多公斤,各项性能指标均达到国际水平,能进行80-100公里的飞机探测。其中雷达功率达到80-100赫兹,“这台雷达的功率比我当年在英国看到的雷达还要大”,张直中说。仿制成功的国产雷达马上开始投产,先期共投产三十多台国产雷达从南京十四所走出去。又造出了单脉冲试验雷达1958年,为了建立我国对洲际导弹的防御能力,十四所又受命研制我国第一部大型超远程跟踪雷达。这种雷达不但要求在3000千米外发现和精确跟踪导弹,并且能计算出导弹袭击地点,因此,测角精度是这种雷达的首要指标。作为技术负责人,张直中科学地分析了国外雷达技术的发展状况和国内电子工业的技术基础。认为应该放弃落后的圆锥扫描体制,采用国际上正在开发的单脉冲体制,而这种新技术可使雷达的测角精度提高5到10倍。但当时这种体制在国际上尚处于开发阶段,可实施资料极少,技术风险大。1961年,在张直中的主持下开展了单脉冲跟踪体制的研究,为了确保洲际弹道预警任务的圆满完成,他带领着技术人员深入研究,通过大量的设计和试制,逐渐弄通了单脉冲跟踪体制的科学道理和实施方法。终于在1964年,研制成功中国第一部单脉冲试验雷达,并从中获得了大量的系统设计数据,一举使我国雷达水平位居世界前列。1994年当选为院士从1950年以后,50多年里,中国的雷达工业在南京经历了从修配到仿制、从自行设计到研制出具有国际先进水平的尖端产品的历程,张直中院士是整个中国雷达的发展历程当之无愧的见证人。还记得在中国神五、神六飞天时,十四所的雷达在最短时间内,在历经“黑障区”第一时间捕获飞船时的场面吗?张直中介绍说,南京研制的“天眼”之所以有如此威力,是因为有了相控阵雷达技术。而实际上相控阵雷达技术正是由张直中率先在国内领导研发的,采用相控阵技术,十四所于1978年研制成功大型相控阵预警雷达,而靠着它中国具有了探测外空目标的重要手段,在1978年和1983年,美国失控的“天空实验室”和苏联1402号核动力卫星被十四所的单程脉冲精密跟踪雷达和大型相控阵预警雷达准确跟踪,中国因此得以准确预报了其坠落时间和地点,在国际上产生了很大的影响,中国也因此让世界震惊。1983年,中国电子学会常务理事会鉴于张直中在发展雷达技术上成绩卓着,依票选结果授予学会会士称号。1988年,71岁的张直中雄心不减,又开展了的成像雷达的研究,选择了逆合成孔雷达这一难度极大、但性能优良的课题。这是国家高科技“863计划”任务之一。张直中结合他的研究工作,还先后出版和发表了多本雷达领域的专着和学术论文。1994年,中国工程院成立,张直中被选为首批院士之一……直到90高龄,张直中才离开奋斗一辈子的雷达事业。

㈡ 对空警戒侦察的基本要求及实施方法有哪些

对空警戒侦察的目的,在于获得可靠的空中情报,保障指挥员及时而正确地定下决心和指挥战斗。雷达兵在任何情况下,都必须时刻保持高度警惕,组织实施严密地不间断地对空警戒侦察,提供及时、准确、连续的空中情报。实施雷达侦察的方法,是用雷达不间断地搜索空间,以便及时地在最大距离上发现敌空袭兵器,对其实施连续跟踪,并测定其当时的坐标、编成和战斗队形。

1.严密搜索空中目标

必须保持高度警惕,正确组织雷达开机,合理划分主要搜索方向,灵活运用圆周搜索、扇形搜索和俯仰搜索等态好方法进行严密地搜索。特别要加强对敌人可能来袭主要方向的搜索,保证及时发现空中目标。

2.连续监视空中目标

必须针对目标的主次和活动特点,合理区分监视任务,灵活运用全面监视、重点监视和跟踪监视等万法,正确组织雷达梯次开机,适时进行对目标交换,防止监视中断。

3.正确识别空中情报必须对获取帆基铅的空中目标情报正确识别和判断真伪,以及其属性。广泛收集各方面、各情报站的情报,加以综合对比,进行多方查证。既要掌握空中情况,又要防止敌人诱饵侦察。正确编批接批,及时准确处理空中情报。

4.迅速报知空中情报

必须熟悉作战预案,针对不同目标,合理安排锋敏报知顺序,正确规定报知的时间间隔,充分利用自动化传递手段,尽快地上报和通报空中情报,防止延误和积压,特别要力争以最快速度报出第一点。

——引自中国环境科学出版社《世界军事网络之作战谋略》

㈢ 构建雷达通信一体化系统的方法

一体化实现的方式
分时工作。雷达与通信共享天线,但分时工作。这样就不需要研究新的一体化波形,实现较为简单。但是会“争抢”有限的时间资源,并且在通信发送时会造成雷达的探测盲区;雷达发射时也无法接收通信信号。

分波束工作。将相控阵雷达的阵面划分不同区域,同时形成不同波束,分别用以实现雷达和通信的功能,这虽然可以同时实现,但是明显会降低能量的分配,从而降低雷达的探测能力和通信距离。并且由于是同频段,互相之间会有一定的干扰。

同时体制。利用雷达信号进行通信,或者说利用通信信号进行雷达探测。也就是雷达和通信系统采用统一的信号波形或者正交的信号波形合成一个信号波形。这样虽然可以充分利用系统能量,但是互相之间会有一定的限制。例如雷达波束探测不想在某一方向上“待太久”,但存在此时通信内容可能没发送完成等问题。因此,雷达探测和通信一体化信号的波形设计是核心关键技术。

先进多功能射频系统(AMRFS)
AMRFS通过利用宽带射频多功能、共用孔径技术可以大幅缩减了舰船顶部的射频孔径的数量,有效增加了其功能和带宽。

发射和接收孔径分开

在雷达应用的单个收/发孔径中,主要的时间线用于接收,并且对收/发通道的隔离度要求较高,收发在时间上不重叠。而在多功能孔径中,通信功能和电子进攻需要较多的时间,甚至要连续工作,因此将收发孔径分开可以对时间充分利用,可减少孔径数量。

频段划分

AMRFS测试平台采用4部低频段和高频段收发阵列孔径,频率覆盖范围是1~5GHz和4~18GHz二个频段。AMRFS后来进一步发展成为“先进多功能射频概念(AMRFC)”项目,频率覆盖调整为6~18GHz。

发射子系统

每个发射子系统包括发射阵列、RF上变频、波形产生合成、支持同时及分时多功能发射的处理及控制系统。将子阵划分为不同的块,以形成同时多波束。宽带多功能发射阵列包括分布于四个象限中的1024个多极化辐射源、每个象限再分成四个子阵(共16个子阵),每个子阵(64个阵元)由16个射频输入端中的一个单独驱动。

由于目前一个功率放大器不能同时存在不止一个信号,因此,发射子阵在任一时刻只能用于一项功能。由于每个象限为分配射频发射功能的最小孔径尺寸,因此同时可形成4个发射波束,可以给不同象限的子阵分配雷达、卫星通信、数据链、电子攻击等功能。

接收子系统

每个接收阵列均包括接收阵列子系统、RF下变频子系统、数字接收机、支持同时或分时多功能接收的处理及控制系统。接收天线包括天线阵元、接收模块和为实现同时多波束需要的射频合成器,共9个子阵,每个子阵有128个双极化阵元,共1152个阵元。对于接收阵,可同时存在不止一个信号,因此可以使用接收的全部或一部分来产生同时多功能,同时可形成36个接收波束。

多功能相控阵系统(M-AESA)
M-AESA项目是瑞典和意大利合作研制的,其融合了雷达、通信、电子战等多种功能,能够自动适应动态条件。其主要研发目标就是探索利用宽带共享孔径来集成雷达、通信和电子战的可能性,在降低使用和维护成本的条件下,为决策者提供更丰富的战场态势感知。

项目设计一个共同袭和的射频子系统(EXR + BF +天线+ TRM)的顶层架构为所有系统执行所有接收和发送功能。天线的配置(A1,A1',A2和A3)给烂禅含RF子系统的前端部分形成了一定的制约。

M-AESA项目开发的宽带接收机模饥笑块的高功率放大器采用了砷化镓技术,实现了不同频率范围的放大。1GHz的瞬时带宽也为合成孔径雷达(SAR)和高距离分辨率(HRR)工作模式提供了0.3m的高分辨力,同时也为电子战模式提供了宽瞬时频谱的覆盖,也为通信模块提供高的数据率。

荷兰“集成桅杆”(I-MAST)系统
许多国家的海军都希望能得到包含雷达、光电 / 红外传感器、敌我识别、通信和电子战系统在内的集成桅杆解决方案。下面简单介绍下泰雷兹荷兰公司研制的“集成桅杆”(I-MAST)系统。

集成桅杆是舰船设计、电子、电磁兼容、结构、材料等各学科交叉的系统工程项目,其关键技术主要有 :天线集成、综合射频、新材料、结构设计和电磁兼容等技术。集成桅杆技术是一项系统工程,在国外海军舰船上已得到一定应用,并取得较好的效果。

将各自独立的天线集成为综合的多功能天线,并与上层建筑融为一体的现代舰船设计技术,可有效解决越来越多的天线的布置问题和由此引起的电磁兼容问题。

与舰船共外形的阵面式天线和平板式天线取代了机械旋转天线,把众多奇形怪状的天线利用主流有源相控阵技术或复合天线技术实现阵面化并与舰的上层建筑共形,使舰船隐身性得以提高,雷达散射截面积(RCS)可减少 50% ~ 80%,降低了舰船被敌精确制导武器命中的概率。

我国的055型驱逐舰
在外形上散布在上层结构的各式诸如火控雷达、导航、通信、电子战天线均被整合在了主舰桥以及一体化隐身桅杆之中,这种明显的变化主要得益于综合射频技术在055上的运用,在这种新技术的助益下,可以极大的减少舰船整体所需的天线种类和数量,这是本舰在设计上的重要亮点之一。

位于正面大面积方块应该是S波段346多功能雷达,位于驾驶台上方的是C波段跟踪天线,一体化桅杆上的中间面积方块是X波段多功能火控雷达,位于主船体两侧的突出的方块,是米波相控阵远程警戒雷达。

中国舰艇第一次在单舰上形成米波、X波段、S波段、C波段的全波段雷达覆盖,从有关报道的画面来看,舰艇最右侧还有小阵面,据报道推测可能是电子对抗相关系统的集中阵列;位于一体化桅杆顶端的箭头天线,推测有可能是北斗导航系统天线。

综合射频所涉及的关键技术包括超宽带技术、重构性技术、数字波束合成技术等。多功能综合射频一体化技术己径成为新型舰艇装备的发展趋势,我国海军在综合射频系统的应用上,仍然还有很大的提升空间,通过055型驱逐舰的测试之后,有理由相信今后会在更多类型的水面舰艇上看到综合射频系统的出现。

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