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(zhàn)逐漸步入高強度電子對抗及隱形時期，常規(guī)雷達追蹤體系在作戰(zhàn)主動能力、能量密度及質量層面都相對落后。雷達系統(tǒng)需要從追蹤體系層面實行改進，充分開發(fā)其組合式追蹤的主動能力、切實應用波形信號的數(shù)據深度優(yōu)勢，才可滿足將來空中作戰(zhàn)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(fā)出波形信號中加入基站動態(tài)信息、天線掃掠方向、發(fā)出時段等輔助位置數(shù)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(tǒng)追蹤性能及野外生存能力。文章從系統(tǒng)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(tǒng)借助發(fā)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(guī)劃和信號分析算法，限定了位移、速率等數(shù)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(guī)劃、數(shù)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(fā)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(tǒng)作為一類組合式追蹤模式，該類系統(tǒng)主動性沒有得到全方位開發(fā)，尤其是未能依靠波形信號中隱藏的數(shù)據深度優(yōu)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(fā)前提下，給出一類新型的雷達體系-通信化雷達，該系統(tǒng)關鍵特征為借由加入輔助定位數(shù)據的波形信號規(guī)劃及數(shù)據提取處置用以顯著提升雷達追蹤性能，即為經過在發(fā)出波形信號中加入基站動態(tài)信息、天線掃掠方向、發(fā)出時段等等輔助位置數(shù)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(tǒng)追蹤性能及野外生存能力。本文從系統(tǒng)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(fā)射站后置”的排布方式，信號發(fā)射站使用地基、空基體系、艦載系統(tǒng)或者民用輻射源以此躲避對方反擊火力實行發(fā)射，增加生存概率，信號接收站則使用無人機、隱形戰(zhàn)機或者前端平臺進行近距離信號接收，以此獲得能量優(yōu)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(guī)的能量發(fā)射源頭升級為“能量+信息發(fā)射源頭”，把接收站作用由常規(guī)的數(shù)據探測升級為“數(shù)據探測+調制信號獲得”，把雷達目標由常規(guī)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(fā)揮“協(xié)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(yōu)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(qū)域實施方向掃掠，發(fā)射波形中加入實時區(qū)域數(shù)據、發(fā)射時段數(shù)據、波束方向數(shù)據、波形序列數(shù)據和其余必須傳輸?shù)臄?shù)據，基站能夠實現(xiàn)機動性排布。（2）接收站前置排布，使用數(shù)碼矩陣體系針對目標區(qū)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(xiàn)對于目標反射數(shù)據的收集、探測、分析（到達方位分析、到達時段分析）、數(shù)據收集（基站區(qū)域數(shù)據、發(fā)射目標數(shù)據、發(fā)射波形方向數(shù)據、波束數(shù)據等）及位置確定等，基站能夠實現(xiàn)機動性排布。通信化雷達在排布狀態(tài)上和常規(guī)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(yōu)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(wèi)星信道進行通信或者光纖通信來完成，在繁雜多變實戰(zhàn)狀況條件下，以上模式會大幅制約該體系的探測區(qū)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(xié)調輻射源頭的高度依靠，其追蹤工作平穩(wěn)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(xiàn)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(yōu)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(fā)射波形規(guī)劃、信息分析等層面已經展開了大規(guī)模的研究，例如從常規(guī)的線性調頻雷達數(shù)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(shù)據根基上規(guī)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(shù)碼頻率調頻規(guī)劃的綜合化波形，借助調頻參數(shù)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(qū)域分波束規(guī)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(tǒng)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(guī)劃、數(shù)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(shù)據處理和波形規(guī)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(shù)據處理大體包含4個環(huán)節(jié)：目標探測、數(shù)據探測、數(shù)據收據、使用處置。通信化雷達數(shù)據處理步驟如下：（1）對于雷達目標反射回波數(shù)據實施子脈沖的匹配收集。（2）對于匹配收集發(fā)出數(shù)據提取，實施子脈沖之間滑窗參數(shù)累積。（3）對于滑窗參數(shù)累積結論實施目標探測，并且探測目標的時間延續(xù)區(qū)域。（4）在時間延續(xù)區(qū)域對于（1）中輸送數(shù)據實行碼元數(shù)據收集。（5）經過數(shù)據解調，獲得發(fā)射基站區(qū)域、波形方向、發(fā)出脈沖間隔等有關數(shù)據。（6）根據獲得數(shù)據及探測數(shù)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(fā)射波形中加入基站區(qū)域、發(fā)出時間、波束方向、編碼序號等參數(shù)，所以，需要在接收端處置信噪比增益、模糊數(shù)據、數(shù)據傳送量、錯誤代碼率等多方面制約下實施波形的改進規(guī)劃?，F(xiàn)階段雷達通信一體化科技中的波形規(guī)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(yōu)異、隔離程度較高的優(yōu)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(shù)值一般不夠穩(wěn)定，這項特性限制發(fā)射機功放作用在飽和區(qū)域，影響了該系統(tǒng)能效[3]。參考文獻經過在LFM數(shù)據中加入一套正交FM數(shù)值來標記通信信號，并且借助加入加權參數(shù)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(shù)據，如若不然便無法針對相關目標反射數(shù)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?？傮w來講，現(xiàn)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(shù)據傳送兩類功能的配合，其波形規(guī)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(fā)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(qū)域的位置（坐標：XT、YT、ZT），R代表接收站所在區(qū)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(tǒng)因為很難精確捕捉基站實時脈沖的波束方向、發(fā)出脈沖精確時間，所以需要使用接收直達波數(shù)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(shù)據內篩選出實時脈沖的基站波束方向、發(fā)出時間、基站坐標等詳細參數(shù)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(tǒng)雙基地雷達相比在定位性能層面具備很大的優(yōu)勢：可以在遠距離的收發(fā)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(shù)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(yōu)點。針對直達波抑制的狀況，通信化雷達也具備明顯的優(yōu)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(fā)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(guī)劃從時間區(qū)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(shù)實行分別辨識，無法對加入的數(shù)據實行精準收集，所以轉換發(fā)送干擾數(shù)據和信號回波一定有差別，即便擾動裝置使用直接發(fā)送的模式，例如切片式發(fā)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(guī)劃和頻段發(fā)生變化、波形轉換相組合，能夠為擾動裝置的儲存-發(fā)送產生極大困難。大體來講，通信化雷達與常規(guī)單基地雷達相比具備更優(yōu)異的戰(zhàn)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(yōu)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(tǒng)-通信化雷達，該系統(tǒng)完全發(fā)揮“組合式追蹤”的潛能，借助對于發(fā)射波形中加入的輔助數(shù)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(guī)劃、數(shù)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(tǒng)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：

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[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(tǒng)工程與電子技術，2009（09）：125-130+154.

作者：孫振宇 單位：91550部隊