談通信化雷達追蹤技術

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摘要：伴隨著空中突防和防空作戰逐漸步入高強度電子對抗及隱形時期，常規雷達追蹤體系在作戰主動能力、能量密度及質量層面都相對落后。雷達系統需要從追蹤體系層面實行改進，充分開發其組合式追蹤的主動能力、切實應用波形信號的數據深度優勢，才可滿足將來空中作戰的要求。文章給出一類新型雷達體系-通信化雷達，其借助在發出波形信號中加入基站動態信息、天線掃掠方向、發出時段等輔助位置數據和波形辨認信號等信息，并且在接收過程中識別、使用該信號實施目標追蹤、確定位置、辨別、抵抗干擾信號及多重目標辨別，能夠大大提高遠距離、隱形、高強度對抗情況下的雷達系統追蹤性能及野外生存能力。文章從系統結構、追蹤理論、性能分析等層面對通信化雷達進行了研究。

關鍵詞：通信化雷達；遠距離追蹤；抵抗干擾

引言

雷達系統借助發出電磁波并且針對目標回波實施收集及辨別，達成對于目標的探測、確定位置、追蹤、辨別。雷達信號規劃和信號分析算法，限定了位移、速率等數據檢測精度和目標辨別功能等一般指標。但是，在高強度對抗、遠距離追蹤、隱形目標追蹤等狀況下，目前的雷達波形規劃、數據分析、追蹤模式具有一定短板，比如，目標回波信號相較于干擾信號、噪音信號的弱點，雷達抵抗外界干擾的能力相較于大范圍、低造價分散式干擾信號的弱點等。雷達領域盡管已經開發出掩護脈沖等一系列特殊波形和運作方式，從而得到了某些程度的對抗主動性，然而總體而言，雷達追蹤系統作為一類組合式追蹤模式，該類系統主動性沒有得到全方位開發，尤其是未能依靠波形信號中隱藏的數據深度優勢來提高整體追蹤效果。為此，本文在目前服役的雙基地雷達、雷達通信整體化開發前提下，給出一類新型的雷達體系-通信化雷達，該系統關鍵特征為借由加入輔助定位數據的波形信號規劃及數據提取處置用以顯著提升雷達追蹤性能，即為經過在發出波形信號中加入基站動態信息、天線掃掠方向、發出時段等等輔助位置數據和波形辨認信號等信息，并且在接收過程中識別、使用該信號實施目標追蹤、確定位置、辨別、抵抗干擾信號及多重目標辨別，能夠大大提高遠距離、隱形、高強度對抗情況下的雷達系統追蹤性能及野外生存能力。本文從系統結構、追蹤理論、性能分析等層面對通信化雷達進行了研究。

1通信化雷達追蹤理論

通信化雷達體系的基礎架構如圖1所示，使用單站方式或者多站方式（以多站方式為主流形式），能夠采用“信號接收站前置、信號發射站后置”的排布方式，信號發射站使用地基、空基體系、艦載系統或者民用輻射源以此躲避對方反擊火力實行發射，增加生存概率，信號接收站則使用無人機、隱形戰機或者前端平臺進行近距離信號接收，以此獲得能量優勢地位并且實行隱形追蹤[1]。通信化雷達使用加入信號的波形，把基站從常規的能量發射源頭升級為“能量+信息發射源頭”，把接收站作用由常規的數據探測升級為“數據探測+調制信號獲得”，把雷達目標由常規的電磁信號反射物體升級為“電磁信號反射物體+電磁信號傳送體”，發揮“協同式追蹤”的潛在能力，能夠在雙基站追蹤的時候提升信號傳輸效果，能夠搭建電子對抗狀況下追蹤時的信號深度優勢，提升雷達低抗干擾性能。通信化雷達的大體運作模式是：（1）基站后置排布，使用方向窄波光束針對目標區域實施方向掃掠，發射波形中加入實時區域數據、發射時段數據、波束方向數據、波形序列數據和其余必須傳輸的數據，基站能夠實現機動性排布。（2）接收站前置排布，使用數碼矩陣體系針對目標區域實施方向同步多方向波束信號接收（或方向高速掃掠），實現對于目標反射數據的收集、探測、分析（到達方位分析、到達時段分析）、數據收集（基站區域數據、發射目標數據、發射波形方向數據、波束數據等）及位置確定等，基站能夠實現機動性排布。通信化雷達在排布狀態上和常規的多向基地雷達、外部輻射源頭雷達具有某些相同的特點。多向基地雷達具備較強的抗干擾性能、隱形目的探測能力等優點[2]，然而其對于基站和接收站之間的信號一致性要求較高，通常借助微波直接信道進行通信、衛星信道進行通信或者光纖通信來完成，在繁雜多變實戰狀況條件下，以上模式會大幅制約該體系的探測區域、反應能力和自我保護能力；與多向基地雷達體系比較，外部輻射源頭雷達具備更佳的隱蔽特性，然而因為對于非協調輻射源頭的高度依靠，其追蹤工作平穩性、反應能力不能滿足實際需要。以上兩種雷達均具有特定的限定性，現階段依然未能成為實際應用追蹤任務的主要力量。本文給出的通信化雷達基站站點之間不須高度一致性、不須互通，在排布模式、活動性、反應能力、支援保護依靠性層面均具備較大的優勢，具備更廣闊的實際使用前景。雷達通信一體化技術最近一段時間以來引起了海內外眾多相關工程技術人員的注意，該技術的核心思想在于使用相同裝備或者相同平臺同步完成通信及雷達追蹤性能。海內外相關工程技術人員在雷達通信一體化解決方案、發射波形規劃、信息分析等層面已經展開了大規模的研究，例如從常規的線性調頻雷達數據開始，借助和最少頻率移動鍵控的組合，完成同步追蹤和信息通信；在信息通信數據根基上規劃的濾波裝置組成多載波形，能夠較好地同步使用在復合孔徑雷達探測和信息通信性能；還有相關工程技術人員根據多重數碼頻率調頻規劃的綜合化波形，借助調頻參數變更、脈沖間隔波形轉換來完成雷達探測和信息通信功能，有的相關工程技術人員借助區域分波束規劃來完成雷達探測和信息通信性能。本文給出的通信化雷達和雷達通信一體化存在顯著的差異，雷達通信一體化依舊是雷達追蹤和通信傳送兩類作用的結合，這兩類性能在頻率、能量分配和功能存在互相競爭的情況，然而通信化雷達的設計理念是雷達追蹤，該系統局限的通信性能是為雷達追蹤性能服務的，兩類功能在波形規劃、數據處理上結合程度較高，能夠提高雷達探測全面追蹤的能力。

2通信化雷達核心科技

2.1通信化雷達數據處理和波形規劃

通信化雷達的波形通常可以使用雙層/多層耦合調制模式，其獨有的數據處理大體包含4個環節：目標探測、數據探測、數據收據、使用處置。通信化雷達數據處理步驟如下：（1）對于雷達目標反射回波數據實施子脈沖的匹配收集。（2）對于匹配收集發出數據提取，實施子脈沖之間滑窗參數累積。（3）對于滑窗參數累積結論實施目標探測，并且探測目標的時間延續區域。（4）在時間延續區域對于（1）中輸送數據實行碼元數據收集。（5）經過數據解調，獲得發射基站區域、波形方向、發出脈沖間隔等有關數據。（6）根據獲得數據及探測數據，完成目標確定、辨別、抗干擾能力等使用性能。依據通信化雷達性能需要，需要在發射波形中加入基站區域、發出時間、波束方向、編碼序號等參數，所以，需要在接收端處置信噪比增益、模糊數據、數據傳送量、錯誤代碼率等多方面制約下實施波形的改進規劃。現階段雷達通信一體化科技中的波形規劃能夠提供一定的參考、但是沒有符合相關條件的波形。正交頻分復用波形具備正交性能優異、隔離程度較高的優點，被普遍使用在多信道通信體系，但是正交頻分復用波形的數值一般不夠穩定，這項特性限制發射機功放作用在飽和區域，影響了該系統能效[3]。參考文獻經過在LFM數據中加入一套正交FM數值來標記通信信號，并且借助加入加權參數來均衡雷達追蹤及通信功能，但是，該模式需要雷達接收設備內置通信數據，如若不然便無法針對相關目標反射數據實施匹配收集且有效檢測該目標。本文借助前導信息碼長度取值的方案代替功率配比的模式來均衡雷達追蹤和通信輸送的功能，然而其遠程追蹤時通信信號傳送也是一個難點。總體來講，現階段雷達通信一體化技術的核心目標是雷達目標追蹤和通信數據傳送兩類功能的配合，其波形規劃很難符合通信化雷達的實際使用要求。

2.2通信化雷達目標位置確定

通信化雷達能夠應用“距離總和-方位角-方位角”的方案進行位置確定，如果收發站都是單單使用方向掃略（俯仰方向應用寬波傳輸信號）的狀況下便能達到針對目標3D立體空間坐標的位置確認。定位理論中，T代表基站所在區域的位置（坐標：XT、YT、ZT），R代表接收站所在區域的位置（坐標XR、YR、ZR），P代表相關目標的空間位置（坐標X、Y、Z），hT、rT、rR分別是相關目標和基站的空間位置高度差值，相關目標和基站之間的距離，目標和接收站之間的距離。

3通信化雷達追蹤特性的研究

下文首先研究了通信化雷達的追蹤目標的性能，隨后針對通信化雷達在遠距離追蹤、隱身目標探測、干擾信號對抗等層面的使用情況實行簡單描述。

3.1位置確定功能研究對比

用最普遍的狀況來實施研究對比，基站、接收站都使用方向窄波信號、俯仰寬波信號。多向基地雷達系統因為很難精確捕捉基站實時脈沖的波束方向、發出脈沖精確時間，所以需要使用接收直達波數據、搭建通信信道等模式，才可以使用“角度-距離總和”等方案確認相關目標的二維坐標（即圖2所示），效率較差、靈活度不高。通信化雷達能夠從收到的脈沖信號數據內篩選出實時脈沖的基站波束方向、發出時間、基站坐標等詳細參數信息，所以能夠直接使用“角度-角度-距離總和”等模式確定相關目標的3D空間坐標，效率相對較差、靈活度較高。所以，能夠得出，通信化雷達與傳統雙基地雷達相比在定位性能層面具備很大的優勢：可以在遠距離的收發基站、更小的通信信道支持、更加靈活地對目標實行三坐標位置確定。

3.2通信化雷達使用前景探究

通信化雷達借助在波形信號內加入輔助追蹤數據，既能夠在雙/多基地排布式追蹤中更加準確地定位目標，還可以在繁雜的對抗情況下辨認出干擾信號及目標。針對中遠距離的追蹤，能夠把接收基站前置隱藏接收，因為接收線路比較短，回波目標收集功率比單基地雷達的功率更大，具備追蹤能力及提高生存能力的優點。針對直達波抑制的狀況，通信化雷達也具備明顯的優點，因為其定位不需要使用直達波，能夠使用地表曲面進行遮蔽、接收基站在發射基站方向產生波束0點等多重方法限制直達波，也能夠借助波形規劃從時間區域內和直達波實行阻隔。針對繁雜對抗條件下的目標追蹤，在騙取假目標制約辨別層面，當雷達使用繁雜信號調制波形以后，因為擾動裝置通常只能對雷達信息的頻段、脈沖、重頻等一般參數實行分別辨識，無法對加入的數據實行精準收集，所以轉換發送干擾數據和信號回波一定有差別，即便擾動裝置使用直接發送的模式，例如切片式發送，也能夠明顯地損壞波形信息的構造，進而能夠被辨別。在壓制擾動控制層面，假如信號內部波形規劃和頻段發生變化、波形轉換相組合，能夠為擾動裝置的儲存-發送產生極大困難。大體來講，通信化雷達與常規單基地雷達相比具備更優異的戰場追蹤隱藏性、可大幅提高生存能力，與雙/多基地雷達對比具備更加優異的追蹤靈活性及抗電磁干擾性能。

4結束語

綜上所述，本文給出了一類新型的雷達追蹤系統-通信化雷達，該系統完全發揮“組合式追蹤”的潛能，借助對于發射波形中加入的輔助數據的收集及使用，能夠明顯提升雙/多基地等排布式追蹤體系的追蹤定位性能、抗干擾能力及應用的靈活能力。本文研究了通信化雷達的構成及理論設計，對于其使用趨勢進行了分析，未來將配合實際追蹤場景展開波形規劃、數據分析的深入探究，解決多重目標、多重路徑等繁雜狀況產生的問題，把該系統使用在遠距離追蹤、反隱形、抵抗電磁干擾等具體使用狀況。

參考文獻：

[1]朱敏，游志勝，聶健蓀.雙（多）基地雷達系統中的若干關鍵技術研究[J].現代雷達，2002，24（6）：1-5.

[2]劉冰凡，陳伯孝.基于OFDM-LFM信號的MIMO雷達通信一體化信號共享設計研究[J].電子與信息學報，2019，41（04）：801-808.

[3]宋杰，何友，蔡復青，等.基于非合作雷達輻射源的無源雷達技術綜述[J].系統工程與電子技術，2009（09）：125-130+154.

作者：孫振宇 單位：91550部隊