空基预警探测系统技术发展趋势

陆　军，张　昭，胡瑞贤

(中国电子科学研究院，　北京 100041)



空基预警探测系统技术发展趋势

陆军，张昭，胡瑞贤

(中国电子科学研究院，北京 100041)

摘要：空基预警探测系统是空基信息系统的重要组成部分。文中分别分析了空基信息系统面临的隐身目标探测、目标综合识别和复杂战场对抗三个需求，从而提出了未来空基预警探测系统技术的发展趋势。

关键词：空基预警探测系统；隐身目标探测；目标综合识别；复杂战场对抗

0引言

空基信息系统是以空基平台和网络为基础，通过传感器、决策者和射手之间的信息共享和行动协同，实现打击链路闭环的网络化作战信息系统，空基信息系统包括空基预警探测系统[1-2]和空基指挥控制系统。空基预警探测系统从20世纪40年代登上历史舞台，经过几十年的发展，取得了巨大成就，比较好地解决了复杂地理环境下对空中、海面常规目标的预警探测问题。特别是21世纪的几场现代化局部战争中，空基预警探测系统发挥了举足轻重的作用，得到世界各国特别是各军事强国的重视和着力发展。

所谓“道高一尺、魔高一丈”，在空基预警探测系统取得显著成效的同时，与之相对抗的措施也不断发展壮大。目前，摆在空基预警探测系统面前是三大难题：第一是隐身目标探测问题；第二是目标综合识别问题，主要是非合作目标识别问题；第三是复杂战场对抗问题。本文从信息系统层面出发，系统地讨论解决以上三大难题方法，由此提出空基预警探测技术发展趋势，希望对大家有所帮助，更期待本文观点能够引起共鸣，启发更多同行参与思考和讨论。

1隐身目标探测

现代战争中，军事目标的隐身技术(也称为“低可探测技术”)正逐渐被广泛采用。典型的隐身技术包括雷达隐身技术、红外隐身技术、磁隐身技术、声隐身技术、可见光隐身技术和辐射源隐身技术等。隐身目标极大地降低了传感器发现目标的距离，给现有的空基预警探测系统提出了巨大挑战。

1.1隐身目标特点

下面分别分析空基预警探测系统面对的隐身飞机和隐身舰艇两类隐身目标情况。

1.1.1隐身飞机

隐身飞机通过降低雷达散射截面(RCS)和减小自身的红外辐射实现隐身。如图1所示，比较典型的隐身飞机为美国的F-22战斗机。

图1　STK软件开发的F-22模型图

根据国外公开资料显示，对于X波段雷达，迎头飞行的F-22战斗机的RCS只有不到0.01 m2，对世界各国的大多数现役雷达形成了巨大挑战。

为定量分析隐身目标对现有空基信息系统探测能力的影响，图2仿真分析了有源雷达探测距离随目标RCS变化的曲线。图中假设某空中目标的雷达散射截面积为5 m2，其探测距离为300 km。由图2和表1可知，随着目标RCS的减小，雷达的作用距离明显降低。

图2　作用距离随散射截面积变化曲线

RCS/m2作用距离/km下降百分比/(£¥)需增大功率孔径积/dB5.00300.0004.00283.75.41.03.00264.012.02.21.00200.633.17.00.0163.478.927.0

当目标RCS下降为4.00 m2时，雷达作用距离变为283.7 km，威力下降5.4%；当目标RCS下降为0.01 m2时，雷达作用距离仅为约63.4 km，威力下降78.9%，为弥补由目标RCS降低引起的探测距离下降，系统功率孔径积需要增大27.0 dB，系统功率孔径积增加如此量级在空基预警探测系统很难实现。

1.1.2隐身舰船

隐身舰船作为未来舰船的主要发展方向，各国不惜投注大量的人力和财力进行研究和开发，并已取得了一些成果。一些隐身舰船已经问世，并显示出良好的隐身性能。比较典型的隐身舰船有美海军“朱姆沃尔特”号(DDG-1000)导弹驱逐舰，首舰于2013年10月28日下水，如图3所示。为降低舰船本身的特征信号，提高舰船的战场生存能力，DDG-1000采用封闭式上层结构设计实现全面隐身，它的各种通信设备都嵌入在甲板表面，舰身设计成向内倾斜的平面，这一点与大多数战舰的向外倾斜相反，这种设计能有效地减少舰身的RCS，使常规舰艇RCS由500 m2~1 000 m2降低到100 m2以下，给海杂波中检测目标造成很大困难。

图3　“朱姆沃尔特”号导弹驱逐舰

1.2反隐身技术

解决隐身飞机和隐身舰船探测问题，不能仅简单地从增加系统能力(功率孔径积)出发，更需要从目标隐身原理着手寻找解决办法。电磁隐身的核心问题在于降低RCS。因为RCS越小，探测系统就越难对目标做出正确判断。目标减少RCS的方法多种多样，主要包括：(1)目标外形优化设计；(2)吸波材料与透波材料的应用；(3)阻抗加载；(4)有源对消。其中，外形设计和应用吸波透波材料是实现目标隐身的两大主流方向。因此，探测系统反隐身技术的研究也应该围绕这两大方向开展。

1)低频反隐身

隐身目标的设计一般主要针对L、S、C、X波段等雷达，雷达频率越低，目标隐身效果越差。因此，探测系统的工作波长向低频段扩展，将使雷达具有一定的反隐身能力[3]。例如，经过仿真分析，在X波段，F-22的RCS为0.01m2左右；到L波段，其RCS增大为0.05m2～0.10m2；到了UHF波段，其RCS可望达到0.1 m2～0.5 m2，表明低频雷达具有较好的反隐身效果。

2)高频反隐身

高频段具有反隐身优势是由于天线在同孔径条件下，频率越高增益越大，从而高频段系统比低频段系统对目标有更远的探测距离。高频段雷达可与低频段雷达配合使用。例如，P波段雷达作为预警探测，X波段雷达作为凝视探测(火控和制导)。随着高频段器件集成化和批量生产工艺的成熟，高频段有源相控阵的重量、体积、功耗、成本大幅度下降，促进了工程应用。

3)分布式反隐身

采用分布式技术，将天线单元布置在机身上，充分利用机身表面积提高雷达的功率孔径积，解决机载预警雷达天线罩的单一天线阵面雷达功率孔径积限制，分布式天线孔径面积可望提高10倍以上，是解决对隐身目标探测的又一个技术发展方向。

4)双/多基地反隐身

双/多基地技术把发射天线与接收天线分置安装在不同的平台上，从多个角度观察目标，有利于获得丰富的目标散射信息，理论上讲对于某些特殊目标(后向散射系数特别弱的目标)可以获得一定的反隐身性能。需要指出，学术界对双多基地技术反隐身的效果还存在一定争议，其有效性有待进一步分析论证及试验验证。机载外辐射源雷达(APR)[4-6]能有效利用本机雷达作为接收平台，可与外部(包括敌方)空中、地面、海面多种同频段辐射源构成双/多基地，可以接收目标多个方向散射信号，实现“一发多收”或“多发多收”，可充分利用辐射源功率，提升整个作战体系的预警探测能力。

5)反隐身舰船

目前，隐身舰船探测问题尚未引起学界高度重视，事实上隐身舰船大量采用先进的雷达、红外、声信号等隐身技术大大降低其被预警探测系统发现的概率。另外，在强海杂波和大量民船目标掩护下，隐身舰船漏警或虚警概率大大增加，其威胁程度不可小觑。隐身舰船探测问题应当提到与反隐身飞机同样的高度，予以关注。通过深入研究隐身舰船的特点，针对其隐身技术的弱点，可提出有效的反隐身措施。例如，对隐身舰船而言，无线电通信信号很容易被探测到，而取消通信(具有辐射的)系统，会给海军部队的指挥、控制和情报传输带来不利的影响，因此，无线电通信信号侦察是反隐身舰船的一种有效措施。其他反隐身舰船手段还需要进一步深入研究。

6)无源反隐身

在体系作战中，无源探测手段具有高度的隐蔽性，宽广的时空频域覆盖、精细的目标识别特性等突出特点，可在隐身目标被雷达发现前，对其进行识别和定位。这些特点克服了有源探测手段在体系对抗中的不足。在未来作战环境中，利用红外、可见光、辐射源、声学等传感器构成的无源探测系统也是重要的反隐身技术手段。

7)反“低小慢”目标

除以上隐身目标探测问题外，空基预警探测系统中的机载雷达还面临对“低小慢”目标的探测问题。传统的机载预警探测系统的脉冲多普勒(PD)体制采用脉冲高重复频率，存在体制盲区，难以对付“低小慢”目标。合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)可以对感兴趣的目标进行高分辨成像处理，探测海面和地面的人和车船等目标更有利。因此，采用SAR、动目标显示(GMTI)和ISAR等多种手段相结合可以有效解决“低小慢”目标探测的问题。

2目标综合识别

目标识别技术是对目标信息特征进行分析、鉴别，从而对目标类型、属性做出判断的技术，具有三方面基本内涵：

(1)目标属性的先验知识是识别的基础和前提，目标识别要有先验知识库支撑；

(2)目标识别结果服从概率统计规律，识别结果有置信度问题；

(3)声光电多手段综合运用是提高目标识别置信度的主要技术途径，从“系统识别”向“体系识别”发展，识别层次从类型属性向型号、个体和意图发展，如图4所示。

目标识别包括合作目标识别和非合作目标识别，如图5所示。典型的合作目标识别手段包括目标机飞行计划、IFF、SSR、AIS、ADS-B和数据链；典型的非合作目标识别传感器包括IFF侦察、红外光电、预警雷达、成像雷达、ESM以及CSM。

图5　目标识别处理体系组成

经过近些年的发展，合作目标识别技术发展取得了巨大进展。下一步发展方向主要是提升各传感器自身识别能力，发展“网内”的识别手段，在避免打击“误伤”基础上，实现动态地掌握己方作战成员当前作战状态，实施最佳战术选择。

与近年来合作目标识别技术取得的巨大成就相比，非合作目标识别(NCTR)技术虽然一直受到高度关注，但发展相对缓慢，是未来空基预警探测技术发展热点与难点。

从长远看，非合作目标识别问题必然要从系统识别层面发展到体系识别层面，即构建综合目标识别体系。通过对来自各类传感器获取的目标特征信息的综合处理，并结合来自外部协同作战平台提供的目标个体、类型、型号、属性以及作战意图等识别信息，提供在不同战场环境下目标敌我属性的多方、精确识别能力，在整个作战区域和作战行动过程中对非合作目标进行持续识别。根据综合目标识别体系的概念，未来空基预警探测系统应具备以下三方面能力。

1)全过程识别能力

由于非合作目标大量存在，各传感器系统获取的大量目标特征呈离散化、碎片化分布。因此，需要空基预警探测系统能够综合处理整个发现、跟踪到摧毁过程中不同阶段、不同类型传感器获取的目标信息，保持目标连续识别，以提高对目标属性识别的准确性。

2)多传感器的协同识别能力

未来的空基预警探测系统将配备更多先进的物理传感器。为发挥众多传感器的作战效能，任务系统对多传感器的协同识别能力，将提出更高的性能指标需求。并且，从预警探测技术发展趋势可知，未来空基预警探测系统将更多使用前沿无人平台搭载传感器方式扩展预警范围，就必须能够协同多个传感器平台对非合作目标进行探测、跟踪和识别，能够通过对多传感器平台获取的目标识别信息的验证和综合处理，实现整个作战体系平台的协同识别。

3)对广域条件下非合作目标识别能力

随着传感器探测技术的发展，未来空基预警探测系统的监视区域往往涉及整个战区内的多维空间，需要识别的目标分布在空中、海上、陆地等多维空间，目标分布广泛、密集、交错，敌我界线模糊。同时，由于探测范围的扩大，所能探测的区域内可能包括大量不同类型的非合作目标，增加了空基预警探测系统监视范围内目标数量和类型。因此，要求空基预警探测系统的识别能力能够对分布于空中、海上、陆地等多维战场区域内实现对密集、非合作目标属性的准确识别。

根据以上三方面能力需求，应构建声光电磁以及红外全谱域、全电磁空间多平台协同的综合目标识别体系，通过互补、融合和印证机制，形成战场态势感知识别系统，提高作战决策支持完整性、时效性和准确性。

3复杂战场对抗

据中国新闻网2015年2月3日报道，美国国防部提出“国防创新计划”，该计划指出“美国国防部将实施第三次抵消战略，确保未来数十年内美国全球兵力投放能力具备竞争优势”。所谓全球兵力投放至少涵盖全球范围内到达、全天候态势感知和全球范围对抗等三大范畴。2015年12月2日，美国战略与预算评估中心发布了一篇名为《电波制胜：重拾美国在电磁频谱领域的主宰地位》的研究报告，报告中首次提出了“电磁频谱战”的概念。美国国防部将电磁频谱界定为第六作战领域，这都显示了频谱作为战略性资源和武器重要地位作用。电磁频谱战的要求空基预警探测系统能够在全球复杂的自然地理环境、电磁环境和信息环境等复杂战场对抗中为己方兵力提供技术保障和支撑。

从复杂战场对抗发展趋势看，未来空基预警探测系统应具备以下两方面能力。

1)提高空基预警探测系统杂波抑制能力

复杂战场地理环境(高原、城市上空、山地丘陵及滨海环境)适应能力是空基预警探测系统的核心技术能力之一。空基预警探测系统在复杂战场地理环境下探测距离下降明显，并且随时投入战场能力弱，地面无支援条件下独立作战能力差。对于沿海国家，滨海区海陆交界处杂波后向散射系数随地形剧烈变化，杂波分布复杂且难以精确估计，给杂波抑制和目标检测造成困难；另外，环境中存在着非同态杂波、密集目标背景、大的离散体和人造建筑、双基地和非正侧阵列引起的非平稳杂波、电子对抗等诸多因素都会显著影响预警探测系统的性能。未来的空基预警探测系统要在全疆域作战，需要采取有效措施提高雷达反杂波能力以快速适应未知地形和复杂地形，实现对复杂目标的探测、跟踪和识别等任务。

2)提高预警探测传感器抗干扰能力

要占领现代战争的制高点，必须要争取战场电磁环境的优势。

以美军为例，美空军充分采用无线入侵、欺骗网络攻击以及电磁频谱控制技术，在提升传统电子攻击装备能力的基础上，又增强了对战场信息网的信息攻击能力以及同其他电子对抗资源联合与协同实施电子作战行动的能力；大力拓展无人机平台用于ISR和电子攻击的领域，积极开发精准电子干扰、计算机网络攻防武器、电磁反辐射、高功率射频武器等一大批电子对抗武器和电磁轨道、电磁脉冲、等离子体等新概念武器系统，支持美军电子对抗装备转型发展。

在未来战场上，空基预警探测系统在整个作战体系中居于重要地位，必然成为交战双方攻击的主要对象，这些攻击包括硬攻击和来自空中、海上、陆地等多维空间的以电子对抗、光学对抗、声对抗等方式的软攻击等。因此，要求空基预警探测系统具备能够适应复杂电磁环境下的生存能力。

在雷达抗干扰[7]方面，可以用先进技术将现有雷达加以改进。例如，通过采用扩频技术、频率捷变技术、极化变换、低旁瓣或旁瓣对消、窄波束、置零技术、多波束、伪随机噪声，量子探测[8]等技术，来提高雷达的抗干扰能力。另外，近几年提出的认知雷达[9]能够根据目标和外部环境特性智能地选择发射信号和工作方式以实现最优的杂波抑制和抗干扰性能，是机载预警雷达未来发展的重要方向。

有源无源协同探测技术利用有源无源传感器所提供信息的互补性实现对目标有效探测，这种技术可显著提高系统的抗干扰能力、生存能力及可靠性。需要指出，近年来，无源探测模式在空基预警探测系统中的地位越来越重要。先进的无源探测手段可以全天候实时侦听对手各类有源传感器及平台的参数信息，迫使对手不敢轻易开机，对对手形成巨大的威慑。未来随着探测精度的不断提升，无源探测模式甚至可能成为主要的探测模式。

4结束语

意大利雷达专家Farina曾讲过：“20多年前，很多雷达技术人员都对雷达的未来信心不足，感觉雷达技术己经发展到顶峰。20多年过去了，回头看看，雷达仍然富有发展活力，取得很多成就”。这段话不仅适用于雷达技术的发展，对空基预警探测系统技术发展也是适用的。

这真是“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”。宇宙万物，生生不息，循环往复，以至无穷。军事需求的牵引和技术发展的进步是永无止境的。站在21世纪最初15年，回顾空基预警探测系统的发展历程，描绘未来空基预警探测技术的发展路线图，我们认为贯穿空基预警探测系统发展的核心问题是在重量、能量、空间资源甚至电磁场空间有限的前提下，如何有效构建基于空基预警探测系统的信息化作战体系并追求作战效能的最大化的问题。

要解决这个问题，就需要对未来空基预警探测系统的军事需求、作战环境和作战体系进行深入研究，加强系统顶层设计，结合空基预警探测系统的发展呈现出的有源无源一体化、综合一体化、微型化、数字化、认知化等特点，应当放在信息化武器体系中综合考虑，将作战各个环节紧密结合，运用得当，充分发挥声光电磁等全谱域大带宽等多种探测感知手段的作用，实现最大的作战效能。

参 考 文 献

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陆军男，1964年生，研究员级高级工程师。研究方向为空基信息系统顶层设计与综合集成。

编者按：自1945年第一架预警机服役以来,机载预警探测系统登上了历史舞台。经过70年的发展，机载预警雷达也取得了巨大的成就。值此之际，我刊于2015年第1期刊登了一篇南京电子技术研究所首席专家张良研究员撰写的一篇名为《机载预警雷达技术发展展望》的文章，该文引起了很多读者的关注，希望得到该领域更多“大家”的指导。特此，我刊又策划了本期“机载预警雷达专题”，该专题诚邀中国电子科学研究院的陆军研究员和曹晨研究员，及南京电子技术研究所张良研究员和郭先松研究员，分别从空基预警探测系统、机载预警雷达情报发展、机载预警雷达系统及机载预警雷达天线技术等角度撰写了四篇高质量的文章。我刊期待能够通过该专题启发更多同行参与思考，为国防科技发展尽绵薄之力。

Development Trend of Airborne Early Warning System Technology

LU Jun，ZHANG Zhao，HU Ruixian

(China Academy of Electronics and Information Technology,Beijing 100041, China)

Abstract：The airborne early warning system (AEWS) is an essential part of the airborne information system. The three requirements are analysed respectively of stealth targets detection, target comprehensive recognition and complex battlefield confrontation, and then, the technology trend of AEWS is proposed in future.

Key words：airborne early warning system; stealth targets detection; target comprehensive recognition; complex battlefield confrontation

收稿日期：2015-08-22

修订日期：2015-10-23

通信作者：陆军Email：2992577646@qq.com

中图分类号：TN959

文献标志码：A

文章编号：1004-7859(2015)12-0001-05

DOI：·机载预警雷达专题· 10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.12.001