机载目标探测定位技术面临的挑战和对策

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欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 在军事航空领域，以加强航空电子系统来提高飞机的战斗力是一种事半功倍的有效途径。而以雷达为首的众多探测手段所显示出的重要性，使其成为航空电子领域非常具有吸引力的技术之一。未来相当一段时间内雷达技术、红外和光电探测技术仍将在作战飞机上扮演重要角色 已有60多年历史的机载 雷达，无论是它的远距离探测能力，还是全天候特性仍是目前红外和激光等其他探测手段所难以达到的。而红外、激光等探测手段在探测的隐蔽性、精度和分辨力以及在严酷的电子战环境下的工作和生存能力又具有其特殊的优越性。可以预测，21世纪的机载目标探测和定位必将向以雷达探测手段为主，红外和激光探测手段为辅的多种探测手段综合运用的方向发展。 面临的挑战 军用飞机的隐身技术使探测更为困难 F-117、B-2等具有良好隐身特性的军用飞机，已于上世纪80年代和90年代相继服役。并都在北约对南联盟的空袭中投入使用。具有隐身能力的F-22和JSF也将在本世纪初和中期编入作战部队。与此同时，俄罗斯和欧洲的隐身飞机也都在积极研制之中。不仅现役战机的隐身改进正在进行，隐身舰船和隐身战车技术也都在开发之中。 隐身飞机最重要的特征是它的雷达截面积(RCS)大幅度降低。如B-2轰炸机的RCS只有B-52的几百分之一。这将带来以下效益： ● 延缓对方雷达的发现时间，使其防空体系来不及作出有效反应； ● 缩小对方雷达的覆盖区域，出现和加大防空区域的空隙； ● 迫使对方雷达增大发射功率，从而增强电子侦察(ESM)系统的检测优势； ● 减少隐身飞机为掩护自身而需要的干扰功率； ● 加强诱饵干扰战术的效果。 电子战技术的进步使探测手段面临巨大威胁 雷达和光电技术的不断进步，也必然推动它的对立面--电子战技术更加完善和有效。美国为F-22开发的综合电子战系统(INEWS)把以前多个分立的系统和设备综合成一个具有雷达威胁告警、导弹攻击告警、电子侦察、干扰释放等多种功能于一体的高度综合的系统。INEWS充分采用了模块化结构和软件控制，很容易改装在其他作战飞机上。同目前在役的先进自卫干扰机(ASPJ)相比，INEWS有很多改进。首先其覆盖频率远远超出了2到18吉赫的范围，一直延伸到毫米波、红外和可见光；其次，它将在更大程度上与航空电子系统综合，实现数据交换和资源共享。在F-22飞机上，INEWS的数据处理部分已被综合到飞机的通用综合处理机(CIP)中。在JSF的设计方案中，综合的程度又有更进一步的提高。 要尽快找到能有效、准确、实时识别目标的新手段 现代战场的作战环境非常复杂，参战国家多、参战武器种类多、战线犬牙交错，因此，常常有误伤己方或中立方的情况出现。不仅能发现目标，而且还要进一步识别目标，目前这一问题尚未很好解决。 武器系统的发展对探测系统提出更高要求 新一代武器的多目标攻击和快速机动能力都要求相应的探测系统能同时发现、识别和跟踪多个目标，并对战场态势变化作出快速响应，确保向武器系统提供各项所需的载机和目标的参数。例如具有发射后不管能力的先进中距空空导弹(如美国的AIM-120，法国的米卡，俄罗斯的R-77)的射程都在60千米以上，因此，要求雷达在边扫描边跟踪(TWS)状态下，至少对所要攻击的目标具有100千米以上的作用距离。雷达截面积(RCS)成百倍减少的隐身飞机和巡航导弹等目标和变化莫测的电子战环境，无疑都对探测手段提出巨大挑战。 今后的对策 脉冲多普勒雷达更成熟 经过近30年的发展，脉冲多普勒(PD)雷达技术已经非常成熟。掌握PD雷达生产能力的国家已由60年代的美国一家发展到现在法、英、俄、瑞典、意大利、以色列等国家。具有下视目标能力的PD雷达体制已成为现代机载火控雷达和机载预警雷达的基本体制。近年来这种雷达体制更多地与其他雷达体制兼容工作，如与合成孔径雷达体制组合在一起而形成目前新一代的机载火控雷达。它既具有良好的空对空作战能力，也具有高分辨力的地图测绘能力，为精确打击提供目标定位能力。 有源相控阵技术走向实用 新体制是提高雷达探测能力的原动力。相控阵技术是近年来正在发展的雷达新技术。它比单脉冲、脉冲压缩、合成孔径以及脉冲多普勒等任何一种技术对雷达性能所带来的影响都要深刻和广泛。相控阵技术的发展建立在天线阵列技术、微波技术、信号和数据处理技术以及微电子技术等多学科的综合成果之上。80年代无源馈电机载相控阵体制已经获得初步的应用。F-22的有源相控阵火控雷达是一种更为先进的相控阵雷达。从本世纪开始，有源相控阵技术必将广泛进入机载雷达领域。这种雷达具有下述特点： ● 扫描速度快：天线的机械扫描速度一般很难超过100度/秒，要覆盖一个方位120度和俯仰10度的空间，通常需要数秒至十几秒。对于相控阵体制的雷达，扫描速度只受目标回波个数的限制，它的扫描速度可以在毫秒，甚至微秒级。 ● 同时、多功能：即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分口径(阵元)完成一种功能，用另外的阵元完成其他的功能。也可以采用时间分割的办法，交替用同一阵面完成多种功能。 ● 被拦截概率低：在当前极为严峻的电子干扰环境中，任何电子设备隐蔽、静寂接敌是十分必要的。有源相控阵雷达的口径场的幅度和相位都可以随意控制，可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源，使之不能收到有效强度的雷达信号，从而无法实施有效干扰。另外，有源相控阵易于进行发射功率管理，增加电磁隐蔽性。 ● 雷达本身截面积小：设计隐身飞机时，所有可能被敌方探测器发现的特征，如热、声、光和电磁等因素都要加以限制。雷达的电磁反射特征是重点限制对象。所以对飞机上凡是能引起雷达电磁反射的因素都要一一加以消除或限制。研究和试验表明，机头的雷达天线和转动支架都是具有很大的RCS的反射体，隐身效果将会受到很大的削弱。通过采用有源相控阵和特殊设计的雷达罩，将使这种不希望的反射减至最小。 ● 可靠性好：由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成的，因此，少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明，10%的单元失效，对系统性能无显著影响，不需立即维修；30%失效时，系统增益降低约3分贝，仍可维持基本工作性能。这种"完美降级"特性对作战飞机是十分需要的。其次，由于取消了集中式的大功率发射机和天线机械伺服系统，因此，高功率和运动系统所带来的各种可靠性问题也就不复存在了。 合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)技术广泛用于空/面高分辨力探测和识别 SAR能够以很高的分辨率提供全天候条件下的地面测绘图像。目前在侦察机、轰炸机和战斗机上已开始装备。SAR能够昼夜工作，并能穿透尘埃、烟雾、薄霭和战场伪装，这种能力是电光和红外传感器所不具备的。SAR比电光传感器具有更远距离的工作能力。可以在敌防区外进行地面侦察测绘。ISAR在传统上主要用于识别海上舰船，近年来正在开发用于地面车辆、导弹发射装置和作战武器等军事目标的探测和识别的ISAR技术。 低可观测性目标的探测技术 隐身和反隐身是对立的统一体。隐身飞机的出现带来了对探测系统的挑战。要求雷达提高对低可观测性目标探测的灵敏性。根据雷达工作原理，如果目标的RCS降低一个数量级，要保持雷达原来的探测距离，雷达的性能必须提高4个数量级。面对这样的挑战，发展对低可观测性目标的探测技术已成为当今的热点课题。重新采用较低的频段，开发更高的毫米波频段；采用多频段探测系统的数据融合技术；采用多基地和雷达组网探测技术等都是当前的一些努力方向。但由于一些技术原因，如所要求的物理尺寸太大、重量太重，以及费用太高等原因，上述技术在短时期内尚难全面在机载条件下使用。 在电子战环境中的生存和工作能力 现代战争中任何电子设备都应能在严酷的电子干扰环境下工作。由计算机控制的干扰系统能对截获到的雷达信号参数快速测定，并对干扰系统的频率、发射功率和信号波形进行自适应控制。面对这种威胁，雷达必须作出快速反应，由计算机选定最佳对抗方案。通过软件的改进来提高雷达的抗干扰能力是目前比较广泛采用的技术手段。有源相控阵技术的采用，通过自适应控制雷达功率和波束指向，也必将对提高雷达在电子战环境中的生存和工作能力产生重要影响。但雷达毕竟是一种主动传感器，它必须要发射具有一定功率电平的信号，使它处于易于被探测和被对抗的境地。减少雷达开机时间可以降低雷达对电子干扰的易损性，因此，寻找以最少的发射脉冲和以最短的发射时间来定位目标，已经成为一个设计准则。同时，发展电光和红外等无源探测器，作为雷达的补充和辅助手段是当前普遍采用的技术措施，也是实现传感器数据融合的基础。 发展毫米波技术 毫米波雷达的工作频段为30吉赫～300吉赫。它与米波和厘米波雷达相比具有角分辨力高(在同样天线尺寸条件下)、多普勒分辨力高、抗干扰能力强等优点。在直升机、巡航导弹和反坦克制导武器中已广泛使用。 发展红外和光电技术 机载红外探测系统分辨率高、隐蔽性好、同雷达交连使用可以提高系统的抗干扰性能和测量精度。但受气象条件和战场烟雾的影响较大。采用激光束对目标进行定位是一个主动系统，对地攻击时，可以提供较为精确的本机到地面目标的斜距。激光测距器精度高、抗干性强、可靠性高、成本低，适合于战术飞机使用。(end)

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