机载无源探测定位新技术综述

杨跃轮

（海军驻沪东中华造船（集团）有限责任公司军事代表室，上海200129）

0 引 言

在现代战争中，掌握制空权是夺取战争胜利的关键环节，及时准确的空中情报是取得胜利的重要保障。随着战场环境的日益复杂和反辐射导弹及隐身技术的广泛应用，传统的机载雷达侦察告警及无源探测系统已无法完全满足现代战争的要求，迫切需要寻求新的空中无源探测手段。

近年来，随着电子信息技术的迅速发展，机载无源探测技术有了长足的发展和创新。特别是机载高精度无源探测定位技术较过去有了脱胎换骨的变化。

1 新型机载无源探测技术

利用目标辐射信号的无源探测系统类似传统意义上的电子战侦察设备。它通过接收目标本身辐射的电磁波测量其参数，从而确定辐射源及其载体平台的位置。可以利用的辐射源包括雷达、干扰机、通信设备、应答器等。

传统上机载无源探测系统对目标的定位通过单站运动测量来实现。近年来，这种方法随着数字化接收测量技术的发展也在不断发展，同时，通过机载多平台的协同测量进行高精度定位的方法和技术不断涌现。

1.1 机载单站高精度无源定位技术

目前，现有的无源探测系统主要是利用目标自身辐射信号来对目标定位。这类系统除了采用传统的测向定位和差分多普勒定位技术外，还引入了一些快速高精度定位新技术。

近年来发展最快的机载无源探测技术是机载单站快速高精度定位技术，其优点是只需要单个传感器和平台，设备量少，作用距离远，机动性好。其采用的典型技术主要有以数字接收机为核心的新型相位干涉仪、自标定多普勒和相位变化率等一系列新技术。

相位干涉仪的优点是测向精度高，为提高测向精度消除宽空域上的测量模糊，可采用多基线和多维相位干涉仪。由于单片微波集成电路（MMIC）技术的发展，机载相位干涉仪的体积和重量越来越小，例如南非和以色列等国的2 ～18GHz 机载相位干涉仪阵列已能做到20kg 量级。多普勒频移定位技术实际上是对相对于定位平台运动而产生的雷达频率和脉冲重复间隔（PRI ）变化率进行多普勒频移测定，从而测出载机相对于目标的相对运动和速度，再经定位算法实现精确定位。这种定位技术对数字式接收机的要求特别高，即要求对频率的测量精度达赫兹量级，对时间的测量精度达纳秒量级。相位变化率技术是对三角定位的一种很大改进。休斯公司的系统采用了2 个天线阵列，产生一个与相位变化率对应的信号，由此测出辐射信号的到达方向（DOA）。据称系统能在5s内算出地面辐射源的位置。该系统是根据目标DOA 信息和相位信息实行定位的，其中测量DOA 用的是8.9cm天线，测相位变化率用的是6.35cm天线。

1.2 机载单站快速高精度定位系统发展计划

目前，国外已有多项机载单站快速高精度定位系统发展计划正处在系统验证阶段，下面重点介绍美国研制的几种机载单站快速高精度定位系统。

（1）PRSS 无源测距定位系统

PRSS 无源测距定位系统是由洛克希德·马丁联合系统公司与阿纳伦微波公司联合研制的一种以数字射频存储器（DRFM）为核心的技术。其关键技术是利用普通机载雷达告警设备天线，根据先进数字接收机截获信号的幅度和相位数据，精密测量威胁信号参数，提高参数分辨率，按照不同天线接收到的信号频率细微差异和到达时间差异，计算多普勒频率差值和到达时间差，利用2 个差值拟合，在全球定位和惯性导航系统（GPS／INS）辅助下，精确计算辐射源位置，进行精密定位和特殊辐射源识别，并具备在软件强化的条件下检测和处理低截获概率调制信号的能力。在F－16 飞机上采用吊舱式实验系统进行飞行实验表明，利用射频多普勒频移和脉冲重复周期变化差值，能够在17 ～48s的时间内，以1%的精度测定地面雷达的距离。目前PRSS 已做成一块试验性板子的形式，放在侦察吊舱内，或邻接在现有的雷达告警接收机上，使原有雷达告警接收机具有快速定位功能，并比传统的测向接收机定位功能提高一个数量级，是一种理想的机载单站快速高精度定位设备。该设备可以与现有的机载侦察天线合用孔径，安装也很容易。

（2）PLAID 精确定位与识别系统

PLAID 精确定位与识别系统采用数字化机载雷达告警接收机，利用单阵元测多普勒频率，利用双阵元测相位变化率及时延测向，结合独特的软件算法进行测距和识别。它采用了与PRSS 系统相同的关键技术。软件算法能够极大提高被检测威胁的地理位置、方位精度，用于斜距测量并确定特定的辐射源识别信息。通过不断采样积累，接收机可以接收处理频率达几个赫兹、时间上达到纳秒量级的信号。其测距相对误差可以在10s内收敛到10%。这种精确的参数测量能力，加上利用脉冲相位角和脉冲上有意相位编码或者无意的幅度调制信号，进行抽取分析，可以描述脉冲内部调制模式，实现指纹分析，达到基本没有模糊的辐射源识别。PLAID 用于对现有的机载雷达告警设备（如F－16 战斗机上的AN／ALR－69 雷达告警接收机设备）进行改进，提高其距离和方位上的目标定位能力。

（3）DFLS 测向和定位系统

DFLS 测向和定位系统是由休斯雷达系统公司研制的一种能快速测出辐射源信号到达方位角和距离的系统。该系统采用测向精度优于0.5°的相位干涉仪测出信号到达方位角；而测距则采用相位变化率技术计算出信号的相位变化率，分辨出辐射源的最大、最小距离，定位系统就能在5s内单值地给出辐射源的方位距离和确切位置。该系统封装在机翼尖的天线内，干涉仪安装在机腹吊舱内，还有硬件“箱”和计算机也在其中。射频开关用来对天线接收到的信号进行取样，用YIG 振荡器将射频信号下变频到基带，进行相位鉴别。系统还对加速表、偏航率信息以及GPS 自定位信息进行处理。据称从截获信号开始，8s后的定位精度为10%R；20s后，定位精度优于2%R。

（4）LT－500 无源瞄准系统

LT－500 无源瞄准系统是一种快速高精度定位系统，能在数秒钟内定出敌辐射源位置。该系统的技术特点是采用长／短基线干涉仪测向和无源测距相结合的方法。其中短基线干涉仪（SBI ）具有3 ～5 个天线单元和接收机。通过测出第1 个天线和第2 个天线信号间的相位差，计算出辐射源至不同天线的距离差。为了解模糊，采用长／短基线相结合的办法，将一个天线尽可能远离短基线安装，形成长基线。如果长基线天线将短基线孔径扩大到8 ～10 倍，测向精度则提高80 ～100 倍。这种 LT－500能和F－15 、F－16 和F／A－18 上的内装式吊舱或电子战系统兼容，并能利用机上现有的天线来实现无源定位。

（5）T－RECS 战术雷达电子战系统

T－RECS 战术雷达电子战系统是由美国诺斯罗普·格鲁曼公司研制的一种无人机载无源定位系统，安装在以色列航空工业公司的无人机上。在机腹下安装了一个76cm×76cm的正交极化干涉仪，系统配备INS／GPS 自定位设备，在对敌防空压制（SEAD）的作战飞行高度上，能在3s内，对地面雷达定位，圆周误差率为50m。其地面遥控站可在离载机35km 的地方实施实时控制。整个系统已在科索沃战场成功使用。

（6）CRADA联合研究开发项目

CRADA开发计划利用成熟的商用硬件，根据雷达信号的时域特性进行快速高精度定位，定位精度比采用相位干涉仪测向体制的结果高得多。试飞中，载机上的无源定位设备仅是一个轻便的商用宽带DLVA和一个全向天线。另由一个商用GPS 接收机提供时间／位置数据。还有一台未经改装的CP－100 脉冲处理器。因为没有使用P 码或差分GPS，所以采用滤波算法来估算和校正时间／位置噪声。经去交叉和参数处理后的目标信号参数和脉冲特征数据（TOA、AP、PW），作为定位算法的输入，产生椭圆形定位概率数据。这种设备很轻便，安装容易，适合于无人机载定位系统。

1.3 机载多站协同高精度无源定位技术

为确保多个作战平台的协同作战能力，需要新一代的机载雷达告警设备组网协同。组网协同后不仅能够大大提高对威胁目标的反应速度，也能大大提高对威胁目标的无源探测定位精度。

外军在机载多站协同高精度无源定位方面开发的项目有：

（1）先进战术目标瞄准技术（AT3）计划

AT3 计划的目标是开发和验证一种能快速和精确定位敌防空雷达的新技术。该技术的开发工作由美国国防预研计划局和空军研究实验室共同投资启动实施。

具体来说，AT3 计划的一个目标是为采用GPS制导的精确制导打击武器，例如美国的联合直接攻击弹药（JDAM）或联合防区外武器（JSOW）提供足够精度、足够快速的目标捕获数据而开发一种多平台联合实施的精确快速的雷达定位技术。

AT3 的概念是空军研究实验室于1992 ～1993年投资的早期研究工作的产物。这项早期研究工作是利用GPS 导航星得到准确的时间和飞机位置数据，来提供更有效的对敌防空压制（SEAD）方法，该研究证实了几架相对于敌雷达处在不同位置的空中平台几乎可同时对雷达进行测向的可能性。这种基本技术类似于反“罗兰－C”的工作原理，即由空中几架装备了AT3 设备的飞机平台在同一时刻测量出由同一地面雷达辐射来的同一个脉冲的到达时间，通过计算到达时间差来确定敌雷达的精确位置，计算工作可由一架协同平台（例如美国的E－8 “联合星”飞机）担当。计算中还需要利用GPS 导航接收机获得的精确时间和各参与定位测量的平台本身的精确位置数据。

（2）网络中心协作目标瞄准（NCCT）计划

NCCT 是根据美国国防部通过近代几次局部战争之后总结出来的经验提出来的一项事关军事转型战略的重要计划。美军认为，现代作战第一必须把目标图像信息和指挥员的作战命令迅速传递到各作战单位；第二必须能快速准确地攻击机动目标。这就需要使战场上尽可能多的传感器、作战平台和武器联网工作，实现系统的互连、互通、互操作性能，达到战场资源和信息的互通和共享，重点是在情报、监视、侦察信息的互通和共享。

美军发展网络中心战的早期目标是快速融合足够的信息以击败或至少避免敌人先进的综合防空系统（IADS）的致命性攻击。但现在的任务已经逐渐地扩展到要以足够的可信度迅速识别“时间敏感”的目标（指高速机动目标或信号活动稍纵即逝的目标，即需要快速捕获的目标），并给出它们的位置信息，以便用精确制导武器进行打击。

美军认为：用网络对付网络，把许多个情报收集传感器的数据组合起来，精确地补偿掉所有的各种物理和时间因素，并且利用数据融合技术提炼出战场态势单一的综合图像。

NCCT 计划中开发了一些系统框架和软件算法，横向地把空军的情报、监视和侦察飞机联合起来。横向联合意味着所有的情报收集平台不仅能够交换数据，而且能够协作生成新的信息。每个平台搭载的NCCT 设备有3 个主要部分：第一，网络通信设备——是一种快速、宽带无线电台；第二，网络控制器——是大脑和中央神经系统，包括中央计算机、通用协议、语言和算法；第三——平台接口模块，它保证每架飞机传感器的信息被转换成可在网络中应用的格式。

在实战应用中，网络中的一个传感器探测到相关的活动后，就能引导其它的传感器对准目标。该过程中应用的传感器可以是相同类型的，也可以是不同类型的，这样可以充分利用传感器各自的长处。系统可以相互引导，组合传感器的数据，所以军方用户可以加快形成信号情报的速度，并且具有对地监视雷达和光电成像的高精度。

网络协作在目标定位的时间方面可得到很大的改善，例如，一个平台单独工作能够在5min 之内定位一部敌方发射机，精度小于500m。而运用2 架飞机时，误差可在几十秒钟的时间内下降到120m；若采用3 架飞机，误差可在几秒钟的时间内降低到小于100m。预计最终的精度将足以满足精确制导武器的要求，误差距离小于6m。通过快速相互引导，信号情报与对地监视雷达飞机（如E－8 “联合星”飞机）的结合可以进一步把定位精度优化到数十米。

系统应用了一种独特的软件算法，它能把单独发生的2、3 次模棱两可的、时间上飞逝即过的联系信息相关起来，对它们进行交互参照，提供可靠的目标位置。这种新算法把虚警减少到几乎等于0。

NCCT 系统具有的另外2 个特点是地理锁和特殊辐射源识别。地理锁可以保证每架执行情报收集任务的飞机知道它与其它空中平台的相对位置，包括相对于威胁导弹的位置。预计其精度小于30m。这项技术给出了精确的相对位置、精确的正北位置，大大降低了校准各个平台传感器所需的时间和工作量。各情报收集设备的同步工作是其关键之一。当系统与地图数据库结合起来时，就能准确地指示地面目标的位置。特殊辐射源识别是给特殊辐射源标上“指纹”烙印，于是可以进行精确的目标识别和长时间的跟踪。

目前，美军已经实现了把 RC－135 “铆钉”飞机（信号情报）、E－3AWACS 飞机（电子支援措施）、E－8JSTAR（对地监视雷达）和陆军“护栏”飞机（通信情报）的数据综合后生成相关数据，形成新的信息。NCCT 组合各种传感器的信息后能够及早实现跟踪，并且扩大现有传感器的作用距离。将来U－2 、“全球鹰”、EP－3E、MC2A、陆军的通用空中传感器飞机等平台将被增加进来，以便对敌人的网络进行实时的电子监视。

2 机载无源定位装备技术发展特点

从上述系统装备的特点可以看出，机载无源定位系统装备技术的发展正呈现以下特点：

（1）新一代系统普遍采用先进的数字技术，对辐射源进行快速全概率识别、跟踪和实现十米量级的高精度定位。其核心技术是数字式接收机技术（具有纳秒量级测时精度和赫兹量级测频精度）以及数据融合技术。全概率识别数字式接收机对雷达脉冲信号连续采样，积累后关联成一个连续信号，可以测量小到1%ns 的PRI ，并采用时钟提取算法对特殊雷达信号脉内有意无意调制特性进行测量，实现98%的全概率识别。由于数字式接收机的高精度和强大处理能力，使多种无源测距技术用于目标定位成为现实。

（2）多平台组网协同探测定位技术得到了高度重视。在网络中心战的空战环境中，很难界定单站定位和多平台定位的区别。利用网络技术和数据融合技术，将多平台上的传感器组网后，每个平台就是网络中的一个节点，每架飞机都具有“野鼬鼠”系统的功能。在网络的支持下，除了能单站定位外，还能在远离目标的地方寻找目标，并对GPS 制导的弹药进行瞄准性引导。为了使定位精度达到真正的目标瞄准要求，这些系统一般都采用舰－机、陆－机、机－机等多平台协同工作。

（3）探测定位速度快、精度高。计算机和通信技术的发展，为机载无源探测定位系统信号和数据处理技术带来了跨越式进步，实现了对目标快速高精度探测定位，很多系统已从对固定目标的定位发展到了具有对运动目标的快速高精度定位能力。

（4）多功能小型化设计。为适应恶劣气候环境下作战及反恐作战需求，减少人员伤亡，机载无源探测定位技术趋于多功能小型化，这类装备的显著特点是功能强、集成化程度高、体积小、重量轻、功耗低，能大量装备于无人机作战平台。

3 结束语

机载无源探测定位技术将朝着高精度、高速度的方向发展，而这一技术的顺利发展主要依赖于参数测量、处理能力的提高，具体包括相位干涉仪或相控阵天线的测角速度及精度、多普勒频率变化率的精确测量；微弱信号检测能力、信号的分选、传感器组网、高速无线数据通信等关键技术的解决。而实现快速定位还需要设计先进的数字接收机。联合采用多项新技术和多平台组网工作是信息战时代机载无源定位装备技术发展的必然趋势。

针对现代空战的特点，我军需要跟踪当前外军机载高精度无源定位装备技术的发展动态，认真分析其性能特点，根据我军信息对抗装备技术的实际情况，有针对性地发展适合我军高精度无源定位技术和装备；注重体系建设、能力建设，做好统筹规划和顶层设计工作，逐步实现攻防兼备和战略威慑能力；突破高精度无源定位技术瓶颈，采用多种无源探测定位手段，使技术互补，实现最佳的定位技术组合，构建空中、陆地和海上远、中、近以网络为中心的信息对抗武器装备配置体系。

［1］王玲.无源定位技术研究［D］.长春：长春理工大学，2009.

［2］沈文亮，魏华锐，张芳珍.无源测距快速定位技术［J ］.舰船电子对抗，20081 ，31（1）：21－25.