岛礁雷达使用特点与发展思路研究

任雪峰 ，逄 勃

(1．海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京210003；2．驻南京地区电子设备军事代表室，南京210039)

岛礁雷达使用特点与发展思路研究

任雪峰1，逄 勃2

(1．海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京210003；2．驻南京地区电子设备军事代表室，南京210039)

作为海上区域信息获取源，岛礁雷达是构建海上预警探测系统的重要组成，也是各国竞相发展的海用装备。本文分析了岛礁雷达使用特点，在现有技术的基础上，提出并论述了岛礁雷达需在小型化、模块化、集成化、自动化、智能化、网络化、高可靠和高环境适应性等方面进行针对性技术设计的必要性、可行性和系统设计思路。

预警探测系统；雷达；岛礁

0 引 言

海上预警探测系统主要用于及时有效获取、掌控和应用海上信息，它已成为各国掌握海上主动权、避免被动挨打的重要手段和必备前提和各国防御体系的重要组成部分。作为海上信息获取主要源头，岛礁雷达决定着海上预警探测系统性能的优劣。本文针对岛礁地理环境、使用需求、补给保障、守备人员、运输架设条件等使用背景特点，从小型化、模块化、集成化、自动化、智能化、网络化，以及可靠的环境适应性和可靠的连续工作(以下简称“六化、两可靠”)等方面，论述了“六化、两可靠”对于岛礁雷达的必要性和可行性，提出了岛礁雷达的设计思路，以及一些具体的设计途径。

2 设计思路

2.1 小型化

岛礁空间狭小且运输不便，这就要求雷达必须实现小型化。尤其是礁上的安装空间极其有限，有些只是钢筋混凝土砌成的高脚屋，因此要求整个雷达占用的空间尽量小。岛礁运输不便，有些岛礁周围水深不到1 m。这意味着大型的运输船只难以靠近，不能使用重型的吊装设备，雷达设备上岛只能靠冲锋舟运输，靠人力搬运。因此，要求雷达的最大可拆装单元必须满足小艇运输、人力搬运的要求，但又不能将能拆的单元、零件、器件都拆散，这会给上岛组装带来巨大的工作量。所以，必须在满足运输条件下减少单元的个数，降低组装的工作量。

为了减小整个雷达所占用的空间，必须从系统整体出发,抓住小型化设计的技术关键进行统筹思考 ,综合考虑单元划分、空间布局、重量重心、热设计、电磁兼容、振动冲击、刚强度、精巧机构设计、集成化设计、人机工程、可靠性、维修性、工艺材料等。文献[1]中，通过采用单片集成电路、微型封装的表面贴装器件，解决了接收机中的结构设计、系统设计和干扰等技术问题，不但使接收机小型化，也提高了稳定性和可靠性。文献[2]中介绍了一种基于C8051F040微处理器的雷达伺服系统的设计方案及设计实现方法，采用该微处理器设计的雷达伺服系统具有体积小、硬件电路设计简单等优点。这些研究为雷达整体小型化设计提供了支撑。

为了解决小艇运输、人力搬运的问题，必须减小最大可拆装单元的体积和重量，也要尽量减少上岛组装的工作量。 一是天线组装化，天线系统是雷达中体积最大的组成部分，必须实现组装化。组装化必须满足三点，一要拆的散，二要便于安装，三要保持性能。对于机械扫描雷达来说，转台系统是重量最大的，由于其装配精度要求高，不容易分解。为了实现转台的拆装，可以运用精确标记、测量手段，必要时也可以设计专用工装来实现转台组装化。二是机柜单元化，现在雷达机柜是框架式结构，机柜内部是可单独拆卸的屏蔽盒或印制板。为适应岛礁搬运要求，同样也要安装方便，可以将几个屏蔽盒组合为一个单元，这样确保一个机柜可拆卸为固定的几个单元，可以减少组装时的工作量。

2.2 模块化

岛礁尤其是远海岛礁可距陆地或岛屿上千公里，且可能一个月才能补给一次。因此，如果上面的雷达出现了问题而现场不能及时有效处理，则专业技术人员至少需要一个月的时间才能到达现场进行维修，这就意味着雷达一个月不能工作。而模块化设计是以模块的分解组合为基础的，强调整个模块的通用性和互换性的一种设计方法，是将基准部件和功能部件模块通过各种形式的拼合或通过增加或减少来实现多样化。模块化可以使岛礁上雷达的维修保障简单快捷，出现故障可以定位到模块，对模块的更换就可以实现故障的排除，也可以通过本机模块的排列组合来保障主要使命任务的完成。 因此，模块化是解决岛礁上的雷达保障困难的有效途径。

岛礁雷达可以将实现相同或类似功能的单元或模块设计成同种规格，安装在不同的位置，能够实现不同的功能。下面提两点设计思路：一是电源模块化。目前，雷达中使用的直流电源多种多样，有15V、12V的，还有5V的，应统一设计。每个机柜都配一个通用的电源，也可将电源集中起来做冗余备份，少部分的损坏不会影响设备正常工作。二是数字部分模块化。模拟部分不容易做成通用模块，但是随着大规模集成电路的发展，数字部分易于实现模块化设计。数字部分模块可以预留出足够的接口，做成通用的数字处理单元。只要模拟信号数字化后就可以送入通用数字信号处理单元。通用数字信号处理单元按照其安装的位置不一样对数字信号进行不同的处理，可以实现不同的功能。任何一个通用数字处理单元出现故障都可以相互备份，能够保证主要功能的实现。相信在不久的将来，雷达的频率综合器、T/R组件、固态发射机、接收机等分系统的设计不再是一部雷达一个要求，而是将已有的模块拿来集成。届时，产品的设计效率、互换性、一致性、可靠性都将得到极大的提高，也会有效解决岛礁上的雷达保障困难的问题。

2.3 集成化

岛礁上设有多种不同功能设备时，必须将整个岛礁上的探测设备有效地组合，才能使每部设备发挥最大效能。各种射频设备放到一起，电磁兼容问题是必须解决的。要保证各个设备互不干扰，必须进行集成管理。岛礁上的用电、供水问题也都是需要集中考虑的，不可能一部雷达配一套单独的发电设备、供水系统，这样既增加了成本，又不利于保障。

岛礁雷达的集成化可以分为两个部分，一是对一个岛礁上的多部雷达进行集成，二是对不同岛礁上的雷达进行集成。一个岛礁上多部雷达的集成可以参照水面舰艇的设计思路来解决。一个岛礁就像是一个固定的舰艇，必须对电磁兼容、供电、供水进行集成化设计。电磁兼容问题可以采用统一的电磁兼容管理设备给每部雷达发送匿影信号来解决。不同岛礁上的雷达的集成应该体现在信息的集成上面，将不同的探测信息综合到一起，可以实现综合信息联合判情，也可以实现协同定位等单部雷达不能实现的功能。

2.4 自动化

在少人或无人值守的岛礁上必须实现雷达的远程操控，雷达的工作状态、故障信息也必须上报远程控制台，实现一个闭环。文献[3]中介绍了利用远程控制的方法，设计出一套雷达站的无人值守方案。文献[4]中以2部具备异地远程控制雷达为基础,介绍了一种新颖的异地远程控制雷达站构建方式,较为详细地对构建该系统的几项关键技术进行了阐述。这些研究为岛礁雷达实现远程操控提出了建设思路。

对于对海雷达而言，要实现海面目标的自动检测和参数测量，必须实现海面目标和杂波的区分。近年来，在对海雷达自动录取方面有了一些新的研究。文献[5]中提出了针对未知谱密度高斯杂波环境下的目标检测问题,假定噪声协方差矩阵是随机变量,并且服从逆Wishart分布的情况。通过求解噪声协方差矩阵的最大后验估计,推导出基于贝叶斯方法的Rao和Wald准则检测器,提高了非均匀杂波环境下的雷达目标自适应检测性能。文献[6]中针对超视距雷达(OTHR)海杂波环境下的目标检测问题,提出了一种基于贝叶斯滤波和VTA的检测前跟踪算法。将雷达回波信号进行距离、方位微处理后,即可在多普勒级进行信号处理。对每一个距离、方位单元,利用临近单元信号构建白化滤波器对信号进行预白化处理,采用贝叶斯滤波方法构造各个检测单元目标存在的广义似然比,即路径积分矩阵的各元素。采用Viterbi算法进行检测跟踪,在输出检测结果的同时给出目标航迹。这些新的自动检测技术使得对海雷达的自动录取成为了可能。

2.5 智能化

岛礁雷达智能化必须实现根据现场情况进行综合分析而自动作出某种判断，比如自动选择工作方式、自动选择信号处理方法等。总之，之前通过人的分析进行选择判断的过程雷达本身都应当实现，这样才能发挥出雷达的最大效能。

近些年雷达智能化方面有了一些新的突破，一些智能化的理论和方法被应用到了雷达设计中。文献[7]研究了雷达对抗中敌我双方的参数、特征知识及知识表示，提出智能化雷达干扰系统中的2个过程自学习模型：雷达辐射源识别规则自学习模型和对敌雷达干扰策略自学习模型,为深入研究智能化雷达干扰系统提供模型基础。文献[8]中，提出了一种数据融合中雷达型号的识别模型。将人工神经网络、模糊匹配和证据理论有效地结合起来，用神经网络进行粗分类，识别出雷达的体制，用模糊匹配识别出该体制下的雷达型号，并用证据理论对不同空域和时域的数据进行融合。

2.6 网络化

岛礁雷达仅仅可以覆盖这个岛礁周围。因此，要想使整个海面岛礁上的雷达组成一个有机探测整体，必须实现网络化。岛礁与岛礁之间要实现联网，岛礁与指挥中心之间也要实现联网。而且，雷达网络化在抗干扰、抗隐身、抗反辐射摧毁和抗低空突防方面具有明显优势。因此，雷达网络化在预警探测体系建设中起着关键作用。

岛礁雷达的网络化可以通过将多部不同体制、不同频段、不同极化方式的雷达或无源侦查装备适当布站，借助于通信手段链接成网，由中心站统一调配而形成的一个有机整体。网内各雷达和雷达对抗侦察装备的信息由中心站收集，综合处理后形成雷达网覆盖范围内的情报信息，并按照战争态势的变化自适应地调整网内各雷达的工作状态，发挥各个雷达和雷达对抗侦察装备的优势，从而完成整个覆盖范围内的探测、定位、跟踪等任务。文献[9]就对组网雷达的作战效能进行了定量的评估，用数据证明了雷达网络化的优势。美国对雷达网络化进行了大量的研究和应用。爱国者导弹系统整个作战单元的所有雷达形成了一个群组网系统，组网方式为均衡布站，以面防御为主，在对抗反辐射攻击方面有着特殊效能，可综合采用多点源诱骗、闪烁辐射、突然开机等战术对抗反辐射武器。

2.7 可靠的环境适应性

“高温、高湿、高盐、高日照”的海洋性气候是岛礁的一大标志，而浪击浪、浪拍礁而腾起的浪花飞沫所形成的高浓度盐雾空气中的含盐量在0.3～1.5 mg/m3。室外的钢铁物件只要放置3天以上，一般都会生锈[10]。因此，雷达必须具备良好的环境适应能力，才能在岛礁上可靠地工作。

岛礁雷达在环境适应性方面可以进行以下两方面的考虑：一是创造良好的工作环境。岛礁的外部环境是恶劣的，在这种情况下要为雷达设备营造一个好的内部工作环境。一方面加装天线罩，并在天线罩内部增加环境控制设备，使天线工作在温度、湿度、盐度都适中的环境中。另一方面采用密闭机柜设计，对机柜内部的环境进行控制，使屏蔽盒和印制板都工作在较好的环境之下。二是采用良好的防护工艺。耐腐蚀性强的金属镀覆及工艺有：铝基材的化学氧化后的涂漆、铝基材的铬酸阳极化、铝基材的铬酸封闭、铝基材的阳极化；钢基材的镀锌镍合金钝化、钢基材的镀镉钝化；铜镀锌镍合金钝化。采用这些防护措施可以有效防止材料腐蚀、老化。

2.8 可靠的连续工作

作为掌握实时态势的信息源头，雷达必须实现全时连续工作。

雷达系统可靠性的提高，特别是要实现可靠的连续工作，必须在以下三方面[11]考虑：一是在电子线路上采取有效措施，包括运用标准电路、电路和系统简化，采用集成电路，正确选用器件，对器件降额使用，采用故障指示和排除装置；二是备份系统，包括并联系统、待机系统、表决系统、软件冗余；三是采取有效的防护措施。文献[12]中介绍了采用同种插件互用、CMOS升级、操作系统裁减、通信防雷、系统还原和CF卡升级等措施,解决了雷达终端系统各功能模块之间相对独立且互相不能通用、CMOS用户设置信息丢失、操作系统健壮性差、串口通信故障以及CF卡读写较慢等问题。该方法在雷达整机上得到验证,极大地提高了插件的可靠性和可维护性,可以进一步推广使用。文献[13]提出了提高雷达结构机械可靠性的设计方法，重点探讨了基于ANSYS的结构可靠性计算基本思路和方法，应用ANSYS的概念分析模块对雷达升降杆进行可靠性计算分析，得出了一些有利于提高其可靠性的结论。该方法也适合于雷达上的其他结构。

3 结束语

本文基于海上预警探测系统技术发展和建设要求，论述了岛礁雷达要实现“六化、两可靠”的必要性和可行性，以及雷达“六化、两可靠”方面的设计途径，也提出了一些新的设计理念，为岛礁雷达的设计和实现提供了参考。本文虽然对“六化、两可靠”的要求进行了逐一的分析和论证，但在岛礁雷达设计当中应当综合考虑“六化、两可靠”的要求。“小型化、模块化、集成化”可以从岛礁雷达物理形态上进行综合，“自动化、智能化、网络化”可以从岛礁雷达使用性能方面进行结合，而“环境适应性，可靠性”又要在岛礁雷达的物理形态和使用性能两方面进行折中。总之，岛礁雷达必须以满足应用需求为牵引，以实际情况为导向，综合考虑各个方面的因素，才能发挥雷达的最大效能。

[1] 陈兴国,李佩,刘同怀,等.新型的轻小型雷达接收机的研制[J].电子技术应用,2005(5).

[2] 吴燕.微处理器在小型化雷达伺服系统中的应用[J].电子工程师,2006,32(7).

[3] 刘家冠,汤强.雷达站远程控制和无人值守方案的初步研究[J].气象水文海洋仪器,2011(9).

[4] 王宝.一种异地远程控制雷达系统的构建[J].舰船电子对抗,2011(3).

[5] 周宇,张林让,刘楠.贝叶斯雷达自适应检测算法研究[J].西安电子科技大学学报,2012(1).

[6] 庞洁,王增福,杨峰.基于VTA的超视距雷达海面目标检测前跟踪算法[J].现代电子技术,2012,35(9).

[7] 李文宫,武传华.智能化雷达干扰系统自学习模型研究[J].现代防御技术,2009(1).

[8] 孙道贺,王宝树.智能化雷达辐射源识别方法研究计算机仿真[J],2004(4).

[9] 陈永光,李修和,沈阳.组网雷达作战能力分析与评估[J].北京：国防工业出版社,2006.

[10] 廖国栋,苏少燕.几种镀层材料在西沙海洋大气环境中的试验结果对比分析[J].材料保护,2009(5).

[11] 卢昆祥.电子设备系统可靠性设计与试验技术指南[M].天津：天津大学出版社,2011.

[12] 汪永军,陈之涛,孙永良,许大进,刘浩.雷达终端系统可靠性提升[J].国外电子测量技术,2012(3).

[13] 贺鹏.机械可靠性及其在雷达结构设计中的应用[J].电子机械工程,2010,26(5).

Application characteristics and development idea of reef radars

REN Xue-feng1, PANG Bo2

(1. Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2．Military Representatives Office of Electronic equipment of the Chinese PLA in Nanjing, Nanjing 210039)

The reef radar as the regional information acquisition source at sea is not only an important part of the early-warning detection system, but also the marine equipment developed in different countries. The application characteristics of the reef radar are analyzed. Based on the existing techniques, the necessity and feasibility of the specific technology design of the reef radar as well as the design idea are proposed and discussed in terms of miniaturization, modularization, integration, automation, intelligence, network, and high reliability and environmental adaptability.

early-warning detection system; radar; reef

2014-04-12；

2014-05-06

任雪峰(1986-)，男，硕士，助理工程师，研究方向：数字信号处理；逄勃(1971-)，男，工程师，硕士，研究方向：雷达工程管理。

TN959.72

A

1009-0401(2014)02-0007-04