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雷达的主要战术指标、应用与分类和雷达对抗

2018-09-11
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雷达的频段和战术指标

  

(一)雷达的工作频率


按照雷达的工作原理,不论发射波的频率如何,只要是通过辐射电磁能量和利用从目标反射回来的回波,以便对目标探测和定位,都属于雷达系统工作的范畴。常用的雷达工作频率范围为220MHz~35000MHz,实际上各类雷达工作的频率在两头都超出了上述范围。例如天波超视距(OTH)雷达的工作频率为4MHz或5MHz,而地波超视距的工作频率则低到2MHz。在频谱的另一端,毫米波雷达可以工作到94GHz,激光雷达工作于更高的频率。工作频率不同的雷达在工程实现时差别很大。


雷达的工作频率和整个电磁波频谱如图示,实际上绝大部分雷达工作于200MHz至10GHz频段。



目前在雷达技术领域里常用频段的名称,用L、S、C、X等英文字母来命名。这是在第二次世界大战中一些国家为了保密而采用的,以后就一直延用下来,我国也经常采用。

电磁波波长与频率的对应关系为

f·λ=c

式中:f为频率,单位Hz;λ为波长,单位m;c为光速,且c=3.0×108m/s


频段名称

频率

波长

国际电信联盟分配的雷达频段

HF(高频)

3~30MHz

100~10m


VHF(甚高频)

30~300MHz

10~1m

138~144MHz、216~225MHz

UHF(超高频)

300MHz~1GHz

100~30cm

420~450MHz、850~942MHz

L

1~2GHz

30~15cm

1215~1400MHz

S

2~4GHz

15~7.5cm

2300~2500MHz、2700~3700MHz

C

4~8GHz

7.5~3.75cm

5250~5925MHz

X

8~12GHz

3.75~2.5cm

8500~10680MHz

Ku

12~18GHz

2.5~1.7cm

13.4~14.0GHz、15.7~17.7GHz

K

18~27GHz

1.7~1.1cm

24.05~24.25GHz

Ka

27~40GHz

1.1~0.75cm

33.4~36GHz

V

40~75GHz

0.75~0.4cm

59~64GHz

W

75~110GHz

0.4~0.27cm

76~81GHz、92~100GHz

mm

110~300GHz

2.7~1mm

126~142GHz、144~149GHz

231~235GHz、238~246GHz

图:雷达频段与频率和波长的对应关系


L波段通常为30cm,S波段为10cm,C波段为5cm,X波段为3cm,Ku波段为2cm,Ka波段为8mm。


频段

使用

HF

超视距雷达,可以实现很远的作用距离,但具有低空间分辨力和精度

VHFUHF

远程监视(约200~500km),具有中等分辨力和精度,无气象效应

L波段

远程监视,具有中等分辨力和适度气象效应

S波段

中程监视(约100~200km)和远程跟踪(约50~150km),具有中等精度,在雪或暴雨情况下有严重气象效应

C波段

近程监视、远程跟踪和制导,具有高精度,在雪或中等雨情况下有更大气象效应

X波段

明朗天气或小雨情况下的近程监视,明朗天气下高精度的远程跟踪,在小雨条件下减为中程或近程(约25~50km)

KuKa波段

近程跟踪和制导(约10~25km),专门用在天线尺寸很有限且不需要全天候工作时。更广泛的用于云雨以上各高度的机载系统中

V波段

当必须避免在较远距离上信号被截获时,很近距离跟踪(约1~2km)

W波段

很近距离跟踪和制导(约2~5km)

更高的毫米波段

很近距离跟踪和制导(<2km=

图:雷达频段的一般使用方法


(二)雷达的主要战术指标


1、 观察空域

雷达方位观察空域、仰角观察空域、最大探测高度、最大作用距离和最小作用距离。观察空域的大小取决于雷达辐射能量的大小

2、 观察时间和数据率

观察时间是指雷达用于搜索整个空域的时间,它的倒数称为搜索数据率,对同一目标相邻两次跟踪之间的间隔时间称为跟踪间隔时间,其倒数为跟踪数据率。

3、 测量精度

测量精度是指雷达所测量的目标坐标与其真实值的偏离程度,即二者的误差。

4、 分辨力

分辨力是指雷达对空间位置接近的点目标的区分能力。

5、 抗干扰能力

抗干扰能力是指雷达在干扰环境中能够有效地检测目标和获取目标参数的能力。


(三)雷达的主要技术指标




1、 天馈线性能

天线孔径,天线增益、天线波瓣宽度、天线波束的副瓣电平、极化形式、馈线损耗和天馈线系统的带宽等。

2、 雷达信号形式

雷达信号的形式主要包括工作频率、脉冲重复频率PRF、脉冲宽度、脉冲串的长度、信号带宽、信号调制形式等。

3、 发射机性能

发射机性能主要包括峰值功率、平均功率、功率放大链总增益、发射机末级效率和发射机总功率。

4、 接收机性能

接收机性能主要包括接收机灵敏度、系统噪声温度、接收机工作宽带、动态范围、中频特性等。

5、 测角方式

测试方式主要分为振幅法和相位法两类测角方式,还有天线波束的扫描法。

6、 雷达信号处理

动目标显示和动目标检测的系统改善因子、脉冲多普勒滤波器的实现方式与运算速度要求、恒虚警率处理和视频积累方式等。

7、 雷达数据处理能力

对目标的跟踪能力、二次解算能力、数据的变换及输入/输出能力。



雷达的应用与分类


1军用雷达


军用雷达按战术来分有以下主要类型:


预警雷达(超远程雷达)

预警雷达主要任务是发现洲际导弹,以便及早发出警报。特点是作用距离远达数千公里,至于测定坐标的精确度和分辨力是次要的。目前应用预警雷达不但能发现导弹,而且可用以发现洲际战略轰炸机。


 搜索和警戒雷达

其任务是发现飞机,一般作用距离在400KM以上,有的可达600KM。对于测定坐标的精确度、分辨力要求不高。对于担当保卫重点城市或建筑物任务的中程警戒雷达要求有方位360°的搜索空城。


 引导指挥雷达(监视雷达)

这种雷达用于对歼击机的引导和指挥作战,民用的机场调度雷达亦属这一类。其特殊要求是:

对多批次目标能同时检测;

测定目标的三个坐标。要求测量目标的精确度和分辨力较高,特别是目标间的相对位置要求较高。


 火控雷达

控制火炮(或地空导弹)对空中目标进行瞄准攻击,因此要求:

能够连续而准确地测定目标的坐标;

迅速地将射击数据传递给火炮(或地空导弹)。这类雷达的作用距离较小,一般只有几十公里,但测量的精度要求很高。


 制导雷达

和火控雷达同属精密跟踪雷达,不同的是制导雷达对付的是飞机和导弹:

测定它们的运动轨迹;

同时再控制导弹去攻击目标。

制导雷达要求能同时跟踪多个目标,并对分辨力要求较高。这类雷达天线的扫描方式往往有其特点,并随制导体制而异


 战场监视雷达

这类雷达用于发现坦克、军用车辆、人和其他在战场上的运动目标。


  机载雷达
 

这类雷达除机载预警雷达外,主要有下列数种类型:

1) 机载截击雷达

当歼击机按照地面指挥所命令,接近敌机并进入有利空域时,就利用装在机上的截击雷达,准确地测量敌机的位置,以便进行攻击。它要求测量目标的精确度和分辨率高。

2) 机载护尾雷达

用来发现和指示机尾后面一定距离内有无敌机。这种雷达结构比较简单,不要求测定目标的准备位置,作用距离也不远。

3) 机载导航雷达

装在飞机或舰船上,用以显示地面或港湾图像,以便在黑夜和大雨、浓雾情况下,飞机和舰船能正确航行。这种雷达要求分辨力较高。

4) 机载火控雷达

20世纪70年代后的战斗机上火控系统的雷达往往是多功能的。它能空对空搜索和截获目标,空对空制导导弹,空对空精密测距和控制机炮射击,空对地观察地形和引导轰炸,进行敌我识别和导航信标的识别,有的还兼有地形跟随和回避的作用,一部雷达往往具有七八部雷达的功能。

对于机载雷达共同的要求是体积小、重量轻、工作可靠性高。


 无线电测高仪

装置在飞机上,是一种连续波调频雷达,用来测量飞机离开地面或海面的高度。


 雷达引信

这是装置在炮弹或导弹头上的一种小型雷达,用来测量弹头附件有无目标,当距离缩小到弹片足以击伤目标的瞬间,使炮弹(或导弹头)爆炸,提高了击中目标的命中率。


2民用雷达


在民用雷达方面,列举出以下一些类型和应用:


 气象雷达
 

即观察气象的雷达,用来测量暴风雨和云层的位置及其移动路线。


 航行管制(空中交通)雷达

在现代航空飞行运输体系中,对于机场周围及航路上的飞机,都要实施严格的管制。航行管制雷达兼有警戒雷达和引导雷达的作用,故有时也称为机场监视雷达,它和二次雷达配合起来应用。二次雷达地面设备发射询问信号,机上接到信号后,用编码的形式,发出一个回答信号,地面收到后在航行管制雷达显示器上显示。这一雷达系统可以鉴定空中目标的高度、速度和属性,用以识别目标。


 宇宙航行中用雷达
 

这种雷达用来控制飞船的交会和对接,以及在月球上的着陆。某些地面上的雷达用来探测和跟踪人造卫星。


 遥感设备
 

安放在卫星或飞机上的某种雷达,可以作为微波遥感设备。主要感受地球物理方面的信息,由于具有二维高分辨力而可对地形、水资源、冰覆盖层、农业森林、地质结构及环境污染等进行测量和地图描绘。也曾利用此类雷达来探测月亮和行星(雷达天文学)。

此外,在飞机导航,航道探测(用以保证航行安全),公路上车速测量等方面,雷达也在发挥其积极作用。


3雷达分类


按照功能分类


按照雷达的功能,把主要的军用雷达分为搜索雷达和跟踪雷达两大类。

搜索雷达

任务是在尽可能大的空域范围内,尽可能早地发现远距离军事目标,主要用于警戒等目的。搜索雷达必须满足两个要求:很远的探测距离和很大的覆盖空域。


跟踪雷达 

主要用于武器控制,为武器系统连续地提供对目标的指示数据,也用于导弹靶场测量等方面。如炮瞄雷达、导弹制导雷达、航天飞行器轨道测量雷达等。


按照雷达信号形式分类
脉冲雷达

此类雷达发射的波形是矩形脉冲,按一定的或交错的重复周期工作,这是目前使用最广的。


连续波雷达

此类雷达发射连续的正弦波,主要用来测量目标的速度。如需同时测量目标的距离,则往往需对发射信号进行调制,例如,对连续的正弦信号进行周期性的频率调制。


脉冲压缩雷达

此类雷达发射宽的脉冲波,在接收机中对收到的回波信号加以压缩处理,以便得到窄脉冲。目前实现脉冲压缩主要有两种。线性调频脉冲压缩处理和相位编码脉冲压缩处理。脉冲压缩能解决距离分辨力和作用距离之间的矛盾。20世纪70年代研制的新型雷达绝大部分采用脉冲压缩的体制。


此外还有脉冲多普勒雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。


按照其他方式分类
雷达承载平台

地面雷达、机载雷达、舰载雷达、星载雷达。

角跟踪方式

单脉冲雷达、圆锥扫描雷达、隐蔽锥扫雷达等。

测量目标参量

测高雷达、两坐标雷达、三坐标雷达、测速雷达、目标识别雷达等。

信号处理方式

各种分集雷达(频率分集,极化分集等等)、相参或非相参积累雷达、动目标显示雷达、合成孔径雷达等。

天线扫描方法

机械扫描雷达、相控阵雷达、频扫雷达等。


雷达对抗


       在现代战争中,每一个作战装备和作战人员都会因其在战争中的地位和作用而受到多种雷达和武器系统的威胁、杀伤。如图所示的一架作战飞行中的军用飞机,可能会同时遭受到敌方数种雷达、杀伤武器的威胁。如果它及所在方不能有效地对抗敌方诸多的威胁雷达和武器系统,则其不仅不能完成预定的作战任务,甚至不能保证自己的生存。



图:军用飞机所面临的雷达威胁示意图


雷达对抗是取得军事优势的重要手段和保证


由于在各种现代武器系统中,雷达仍然是信息获取和精确制导领域中最重要的装备,特别是在广大的作战地域内,及时、准确、全面地获取各种目标信息,雷达的作用是不可取代的。破坏了雷达的正常工作,也就破坏了整个武器系统的重要信息来源,很可能使其成为“聋子”、“瞎子”。


雷达对抗技术是改善武器系统

和军事目标生存与发展条件的有效手段


越南战争中,美军综合采用了多种雷达对抗措施,曾一度使地空导弹的杀伤概率降到2%,防空火炮的杀伤概率降到0.5%以下;

海湾战争中,美军的F-117A隐形轰炸机出动数千架次,执行防空火力最强地区的轰炸任务,在强大的电子干扰掩护下,竟然无一损失。



图:电子战的科学定义示意图



雷达抗干扰技术



对雷达的电子侦察及雷达反侦察技术


       电子战对雷达的电子侦察包括:雷达情报侦察、雷达对抗支援侦察、雷达寻的和警告、引导干扰、辐射源定位。

雷达主要的反侦察措施:设计成低截获概率雷达、控制雷达开机时间、控制雷达工作频率、隐蔽雷达和新式雷达的启用必须经过批准、适时更换可能被敌方获悉的雷达阵地、设置假雷达,并发射假雷达信号

电子干扰


雷达干扰是指利用雷达干扰设备发射干扰电子波或利用发射、散射、衰减以及吸波的材料反射或衰减雷达波,从而扰乱敌方雷达的正常或降低雷达的效能。

雷达干扰能造成敌方雷达迷盲,使其不能发现目标或引起判读错误,不能正确实施告警;另外,它还能造成雷达跟踪出错,使武器系统失控,威力不能正常发挥。

雷达干扰技术


01

天线方面


A、当有一部远距离的干扰机干扰雷达时,如果设法保持极低的天线旁瓣,则可防止干扰能力通过旁瓣进入雷达接收机。

B、采用窄的天线波束带宽,采用高增益天线去集中照射目标,并“穿透”干扰。

C、采用随机性的电子扫描防止欺骗干扰机与天线扫描同步。

D、旁瓣相消技术用来抑制通过天线旁瓣进入的高占空比和类噪声干扰。

02

发射机方面


主要是适当地利用和控制发射信号的功率、频率和波形。

A、增加有效辐射功率

这是一种对抗有源干扰的强有力的手段,此方法可增加信号/干扰功率比。如果再配合天线对目标的“聚光”照射,便能明显增大此时雷达的探测距离。雷达的发射要采用功率管理,以减小平时雷达被侦察的概率。

B、 发射概率

在发射概率上可采用频率捷变或频率分集的办法,前者是指雷达在脉冲与脉冲间或脉冲串与脉冲串之间改变发射频率,后者是指几部雷达发射机工作于不同的频率而将其接收信号综合利用。这些技术代表一种扩展频谱的电子抗干扰方法,发射信号将在频域内尽可能展宽,以降低被敌方侦察时的可检测度,并且加重敌方电子干扰的负荷而使干扰更困难。

C、 发射波形编码

波形编码包括脉冲重复频率跳变、参差及编码和脉间编码等。所有这些技术使得欺骗干扰更加困难,因为敌方将无法获悉或无法预测发射波形的精确结构。

脉内编码的可压缩复杂信号,可有效地改善目标检测能力。它具有大的平均功率而峰值功率较小;其较宽的带宽可改善距离分辨力并能减小箔条类无源干扰的反射;由于它的峰值功率低,使辐射信号不易被敌方电子支援措施侦察到。因此,采用此类复杂信号的脉冲压缩雷达具有较好的电子反对抗性能。


03

与接收机、信号处理机有关的电子抗干扰


A、接收机抗饱和

经天线反干扰后残存的干扰如果足够大,则将引起接收处理系统的饱和。接收机饱和将导致目标信息的丢失。因此,要根据雷达的用途研制主要用于抗干扰的增益控制和抗饱和电路。而已采用的宽-限-窄电路是一种主要用来抗扫频干扰,以防接收机饱和的专门电路。

B、信号鉴别

对抗脉冲干扰的有效措施是彩页脉宽和脉冲重复频率鉴别电路。这类电路测量接收到脉冲的宽度和重复频率后,如果发现和发射信号的参数不同,则不让它们到达信号处理设备或终端显示去。

C、信号处理技术

现代雷达信号处理技术已经比较完善,例如用来消除地面和云雨杂波的动目标显示和动目标检测,对于消除箔条等干扰是同样有效的。除了上述相参处理外,非相参处理的恒虚警率电路可以用提高检测门限的办法来减小干扰的作用。在信号处理机中获得的信号积累增益是一种有效的电子抗干扰手段。


除以上提到的之外,今年还出现其他几种有效的雷达抗干扰技术:

1.   低截获概率雷达技术

2.   稀布阵综合脉冲孔径雷达技术

3.   无源探测技术


雷达反辐射导弹技术


由于发辐射导弹的出现,使得雷达面临着严重威胁,雷达面对这些威胁,采取的对抗措施有:

1.   提高雷达空间、结构、频率、时间及极化的隐蔽性

2.   瞬间改变雷达辐射脉冲参数

3.   将发射机和接收机分开装置

4.   尽量降低雷达带外辐射与热辐射

5.   将雷达设计成低截获概率雷达

6.   雷达采用超高频和甚高频波段


使用有源或无源诱饵,使ARM不能击中目标,或施放干扰,破坏和扰乱ARM的导引头工作。

1.   用附加辐射源和诱饵发射机

2.   雷达组网反ARM

3.   施放各种调制有源干扰


雷达反低空入侵技术


低空或超低空突防对雷达性能造成的影响有:地形遮挡、多径效应、强表面杂波


雷达反低空突防措施有

设计反杂波性能优良的低空监视雷达

 研制利用电离层折射特性的超视距雷达

提高雷达平台高度来增加雷达水平视距,延长预警时间

发挥雷达群体优势来对付低空突防飞行目标


雷达反隐身技术


飞行器的反隐身技术主要包括外形设计、涂覆电波吸收材料和选用新的结构材料等方法。隐身飞机的隐身效果不是全方位的,它主要是减小从正前方附近,水平±45°,垂直±3°,范围照射时的后向散射截面,而目标其他方向,特别是前向散射RCS明显增大,因此可以采用在空间不同方向接收隐身目标散射波进行空间分集来发现它。另一方面,涂覆的吸波材料有一定的频带范围,通常是2~18GHz,也就是说,涂覆的吸波材料对长的波长是无效的。当飞行器尺寸和工作波长可以相比时,其RCS进入谐振区,外形设计对隐身的作用会明显下降。这就是说,米波或更长波长的雷达具有良好的反隐身能力。以上表明,可从频率域进行反隐身。


反隐身技术可能采用的一些技术手段:


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发挥单基地雷达的潜力

    

       为弥补目标RCS下降所造成的探测距离的缩短,应采用提高雷达发射功率和天线孔径乘积,采用频率、极化分集,优化信号设计和改善信号处理等措施。如用相控阵雷达,则较容易实现上述要求并可增强电子战能力。


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 超视距后向散射雷达


       这是一种工作在3~30MHz短波频段,利用电离层返回散射传播机理,实现对地平线以下超远程(700~3500km)运动目标进行探测的新体制陆基雷达。超视距后向散射雷达探测距离远,覆盖面积大,单部雷达60°扇面覆盖区可达百万平方公里,可对付有人或无人驾驶的轰炸机、空对地导弹和巡航导弹之类的喷气式武器的低空突袭,特别是,可对洲际导弹发射进行早期预警是其突出的优点。


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双/多基地雷达


       双基地雷达工作的基本特点,由于双基地雷达的发射系统和接收系统分置的距离较远,这就产生了双基地雷达不同的测量坐标系和技术实现的复杂性。


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冲击雷达和极宽频带雷达


由于这类雷达其频带极宽,因而提供了一种从频率域反隐身的可能途径。


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雷达网的数据融合技术




本文转载自《雷达通信电子战





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