高精度机动目标快速无源定位装备技术发展综述＊

2011-01-16吴小强

舰船电子工程 2011年11期

吴小强

（海军驻连云港716所军事代表室连云港 222006）

1 引言

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，传统的探测系统已无法完全满足现代战争的要求，为对付未来战场越来越多的战术机动目标，西方各军事强国近年来加速开发高精度机动目标快速无源定位技术，采用的新技术有：长、短基线干涉仪定位技术、到达时差定位技术、多普勒频差定位技术和利用商用无线电信号的无源定位技术。正在大力开发研制新型无源探测系统，这些系统采用多传感器组网技术、数字式高灵敏度接收机技术、先进的信号处理技术、辐射源个体识别技术等［1，4，7～8］。使这一系统具有较好的探测、识别和跟踪性能以及很强的生存能力和良好的反隐身能力，给我军国土防空和打赢信息化条件下局部战争带来新的挑战。

无源探测定位系统在现代强电磁环境中占有与有源雷达探测定位同等重要的地位，是未来对付敌方空中预警机、电子干扰飞机、隐身飞机等高价目标以及其它大功率辐射源的重要电子战手段。

2 外军无源探测定位装备技术发展状况

2.1 非合作照射信号定位技术［6］

德国罗克·马诺尔研究公司演示的“手机探测系统”（CELLDAR）能够利用商用移动电话网络所形成的电磁传输场，对陆上、海上和空中的移动目标进行隐蔽探测、跟踪和识别。

该系统类似于美国洛克希德·马丁公司研制的“寂静哨兵”多基地无源探测系统，它能够对空间运动物体进行远距离、高性能和低成本的实时探测，同时具有探测在树丛中运动的车辆或直升机以及诸如潜望镜等小型海上目标的能力。

目前的试验型设备包括两部GSM移动电话，两个天线和一台个人计算机。它能够探测野外环境中10～15km外的地面目标以及100km外的大型飞机。在用于地面防空时，其相控阵接收机可采用展开的结构形式或集成在伪装网中。当用于无源机载预警时，还可以集成在预警飞机上。在海岸监视、战场侦察、特种部队和情报收集、防线安全以及近海作战等方面有着广泛的应用前景。

2.2 乌克兰“铠甲”远距离探测、识别和定位综合系统

“铠甲”系统由主站和各副站组成，站间可在30min内完成全部互换。其标探测距离为600km；控制区域内任一点的目标定位精度小于1%斜距，从发现目标到定位的最大时间为2s，测向基线长度达到150km，监视区域为0°～360°；采用3点定位、双曲线测试差定位法，以两点为基础的异步、连续双曲线测时差定位法，三角定位＋双曲线测时差定位法和4点异步、连续双曲线测时差定位法；时差定位时测量时间误差为30ns；同时跟踪目标数量为30个；遵循空中跟踪和按频率－时间参数跟踪的自动跟踪原则；具备坐标信息和参数信息统计处理与显示功能及短时或长时断电时保存信息的能力。

2.3 捷克“塔玛拉”、“维拉”无源探测系统

“塔玛拉”无源探测系统是捷克自第一代“科帕奇”，第一代“拉莫那”后的第三代无源探测系统，由奥尼普尔公司制造。它是一种能对多批空中辐射源目标进行连续定位、识别和侦察的无源探测系统，已装备部队多年，有近10个型号。该公司在“塔玛拉”的基础上又推出了新一代“维拉”系列无源探测系统，其中PPS“维拉-E”是一种性能比“塔玛拉”有明显提高的新型无源探测系统。可对多种空中、地面和海上目标（舰船）进行三维定位、识别和跟踪；能对一次雷达信号、空管二次雷达信号、军用敌我识别应答信号、TACAN近程导航系统应答信号、DME导航系统询问信号、电子干扰机信号以及各种频道的通信数据链信号等均能探测和处理；探测频带加宽至0.1～40GHz；在保持最大探测距离为450km条件下，3站总探测方位角扇区加宽至140°；目标容量为同时跟踪200批；机动型，共有3辆中型卡车：配有独立的窄带电子情报分析通道，可进行精确的“指纹”分析与核对；瞬时带宽提高到250MHz，接收机灵敏度为－100dBm；实现了全自动化操作，无人值守，现代化人机接口。

2.4 “先进战术目标瞄准技术”（AT3）计划［2］

AT3计划的一个目标是采用GPS制导的精确制导打击武器，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（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。

另一项正在开发的精确快速定位技术是采用单架飞机平台利用多普勒频率差技术的快速定位技术［5］。再一项类似的技术称“精确定位识别（PLAID）技术，由美国 Mercer（默塞尔）工程研究中心和利顿的ATD分部进行研制。其数字接收机可利用平台上任何现有的RWR天线设备，可以为任何飞机提供类似于“野鼬鼠”的战术ESM能力。采用的方法是利用成对天线来进行短基线（例如翼尖到翼尖）的到达时差测量计算，以提供改善的态势感知能力、威胁规避和“哈姆”导弹对威胁雷达的目标瞄准能力。

2.5 “网络中心协作目标瞄准”（NCCT）计划项目［2］

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。这就需要在情报、监视、侦察（ISR）信息的互通和共享。这是一种“用网络对付网络”的办法，也就是美军“网络中心战”作战思想的具体体现。

现由L-3ComCept公司承担的NCCT计划中，开发的系统框架和软件算法，横向地把空军的情报、监视和侦察（ISR）飞机联合起来。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。每一个平台搭载的NCCT设备有3个主要部分：1）网络通信设备—是一种快速、宽带无线电台；2）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；3）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，也可以是不同的，系统可以相互引导，组合传感器的数据，以便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。

此网络被设计成每小时处理1000个目标，这个数字与数据链的带宽直接相关。这个数字比以前的综合系统能处理的目标数大了一个量级。

系统应用了一种特独的软件算法，它能把单独发生的模棱两可的、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系统具有的另外两个特点是“地理锁”和“特殊辐射源识别［8］”。“地理锁”可以保证每一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，其精度小于100英尺。

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。有效地使传感器联网并把探测能力综合起来能够增加发动攻击的机会，而且能够把精确定位所需的时间减少90%以上。

2.6 英国防御研究局（DEAR）的无源跟踪探测定位系统［5］

英国DRA正在开展研究的是一种双基定位系统，它利用英国BBC的TV发射机发射的TV信号对空中目标探测和定位。

该系统采用FFT加卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器技术。TV信号由接收系统的两个接收信道接收，经低噪声VHF／UHF下变频单元和HF数字接收机下变频至基带，利用FFT对基带信号进行处理，得出多普勒频移和方位信息，然后用单元平均恒虚警率（CA-CFAR）检测电路，识别目标回波，抑制噪声和不要的载波分量，再由卡尔曼滤波器进行处理，获得同一目标的多普勒频移和到达方向（DOA），并对这些信息进行采样，用传统的算法和勒费恩布尔格－马尔夸德算法建立迪卡尔坐标和获得速度信息，最后，在利用扩展卡尔曼滤波器保持对目标的跟踪。

该系统主要由一对8单元Yag-Ud天线、下变频单元和VXI数字HF接收机等硬件组成。系统距TV发射台100余千米，能探测到260km远的目标，定位精度能够达到1%斜距。

3 无源定位装备技术发展特点分析

外军无源定位装备技术的发展呈现以下特点：

1）采用先进的数字式接收机技术。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，可以测量小到百分之一纳秒的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定位成为可能。

2）多平台组网协同技术。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，每个平台成为网络中的一个节点，实现信息共享，提高态势感知性能。除了能单站定位外，还能进行多平台协同定位，大幅提高了定位精度和反应速度。

3）与硬杀伤武器系统的综合一体化。为实现快速打击能力，将多传感器系统合硬杀伤武器系统通过网络技术实现综合一体化，朝着高精度侦察、识别、定位、指挥决策、控制与打击一体化方向发展。

4 发展我军无源定位装备技术几点建议

针对世界军事形势的发展、高技术条件下局部战争的特点，我国海、空军力量日趋受到周边国家和地区军事威胁，需发展能够压制和削减敌海上和空中军事力量，协助我海、空军作战并赢得战场控制权的远程攻击能力、高突防能力和精确打击能力的武器装备，以捍卫国家主权，维护我国海洋权益。

攻击海上或空中机动目标的关键问题之一是对其近实时的高精度定位，解决大型机动目标的近实时精确定位技术问题。

1）跟踪外军高精度技术发展动态，发展适合我军的技术和装备

应跟踪当前外军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，逐步实现攻防兼备能力和战略威慑能力。

2）突破关键技术瓶颈

影响我军高精度无源定位装备技术发展的技术瓶颈主要有：复杂电磁环境下信号处理和目标精确识别技术、高精度无源定位技术、多传感器组网技术、高精度测频测向技术、非合作辐射源定位技术、高速宽带无线数据通信技术等。解决好这些瓶颈技术，将为发展高精度无源定位技术装备的发展和体系建设奠定基础。

3）加强能力建设

形成对敌重要目标或高价值目标超远程精确探测、识别和定位能力，不能仅局限于一种技术手段，需采用多手段、多方法（如：三维测时差定位技术、测频率、测方位变化率定位技术、非合作信号定位技术、测向定位技术、测距定位技术、差分多普勒定位技术等等）无源探测定位手段，使技术互补，实现最佳的定位技术组合能力，具备空中、陆地和海上远、中、近以网络为中心的集侦察、识别、定位、打击于一体的系统综合集成能力。

4）多管齐下，合理配置，构建体系

发展我国高精度无源探测定位技术装备最终目标是构建设国土防空体系，可从以下几个方面着手。

（1）研究周边环境存在或未来即将面临的主要威胁，分析研究作战对象的性能特点，提出切实可行的应对措施，做好需求分析论证工作，加强新一代高精度无源定位技术和装备研发工作。

（2）对现有装备技术改造升级。目前装备部队电子侦察系统（设备）大多具备无源定位和目标识别能力，这些能力参差不齐，从总体上来说还不能形成未来需要的作战体系。可以根据体系建设的需求，对这些装备在软件、硬件和接口等方面进行必要的改造升级，使其能力达到要求。

（3）体系建设。针对作战对象，实现国土防空需求，需建设集无源侦测、识别、定位和打击于一体的系统。考虑到技术复杂性，可分步骤实施，第一步完成战区级的体系建设；第二步从整个国家防空层面上来建设。

在整个体系建设中需分层考虑，合理配置，逐步实施。远、中、近相结合，海基、陆基、空中和天基等各型平台的探测手段及配置方式、架构和综合运用等，都是需求认真研究的课题。