便携式地面监视雷达技术现状及发展趋势

万建岗 葛代河 蔺美青 周艳

(1. 空军预警学院 武汉 430019；2. 94878部队 芜湖 241000)

总体工程

便携式地面监视雷达技术现状及发展趋势

万建岗1葛代河2蔺美青1周艳1

(1. 空军预警学院 武汉 430019；2. 94878部队 芜湖 241000)

便携式地面监视雷达是前沿作战部队获取战场信息的一种主要传感器，同时具有边境与海岸监视、重要设施保护等多种用途，具有广阔的应用前景。介绍了便携式地面监视雷达的功能、特点及用途，回顾了该类雷达的技术发展概况，对比了目前国内外典型便携式地面监视雷达战技术性能指标，从雷达工作体制、天线形式、收发系统、信号处理、数据处理和人机接口上，对当前该类雷达的技术现状进行了归纳总结，最后展望了其技术发展趋势。

地面监视雷达；目标自动识别；地理信息系统

Abstract: The portable ground surveillance radar is a main sensor for frontline combat troops to obtain information in battlefield, which can also provide multiple purposes simultaneously like border and coastal surveillance, important infrastructure protection, and so on; it has wider application prospect. The function, characteristics and purpose of portable ground surveillance radar is introduced, and its general technical development situation is reviewed; tactical and technical performance index of typical domestic and abroad portable ground surveillance radar is compared. The technical status of this kind of radar is summarized from aspects of radar operation system, antenna form, transceiving system, signal processing, data processing and human-machine interface. And finally, its technical development trend is viewed.

Keywords：ground surveillance radar; automatic target recognition; geographic information system

0 引言

高科技常规战争中，战场实时信息有效获取是赢取局部战争的决定性因素之一，交战双方谁掌握的战场情报多、及时而又准确，谁就能牢牢把握战场主动权。便携式地面监视雷达是获取战场信息的一种主要传感器，采用超轻型设计，供步兵小组便携使用，以侦察、监视敌方运动中的人员、车辆、坦克、直升机等活动目标，测定其方位、距离和速度等参数，判断其性质和运动情况，及时掌握战场态势的变化，为己方实施火力打击提供目标情报，特别适合前沿作战部队实时获取周边战场信息，与其他战场侦察设备如声测、光学、红外器材相比，具有轻便快捷、实时侦察、大面积监视、探测距离远、定位精确、全天候工作等优点，已成为现代战场上不可缺少的重要侦察装备之一。近年来，恐怖主义、非法越境、武器和毒品交易成为各国安全的主要威胁，地面监视雷达也可用于边境与海岸监视、重要设施保护、缉毒、反走私偷渡和恐怖分子以及国际维和等诸多行动中，具有广阔的应用前景[1-4]。

1 国内外便携式地面监视雷达技术

国外于20世纪50年代开始研究地面监视雷达，美国、英国、以色列等国家都先后成功研制了先进的地面监视雷达。70年代，微波器件功率的增加、晶体管技术、计算机和信号处理技术的发展，促进了便携式地面监视雷达体积、重量、机动性的有效改善，进入90年代以后，随着微电子技术迅猛发展和雷达技术的不断提高，地面监视雷达采用更先进的技术，例如脉冲压缩、相控阵、低截获概率、数字地图等技术，出现了一批性能优良的便携式地面监视雷达，像美国的ARSS雷达、英国的MSTAR系列雷达[5，6]，如图1、2所示。这些雷达在海湾战争、阿富汗战争中都得到了很好的应用，前沿部队在作战中，经常利用地面监视雷达捕获目标，并将目标信息移交给炮兵部队和近距离空中支援飞机，以实施火力打击，地面监视雷达与光电传感设备，无人侦察机以及侦察卫星构成近程，中程，远程，全方位立体式的侦察系统。美军的信息获取手段相当先进，但还是在作战部队中配备地面监视雷达，因为在实际作战中战场环境瞬息万变，卫星、通信难免会出现受到干扰中断的情况，在作战前沿通过随队携带的侦察雷达获取战场信息是最实时保险的。

另外还有以色列的EL/M-2140NG雷达如图3所示，主要用于以色列的边界安全防护中，由多部地面监视雷达构成电子防护网，可以昼夜全天候准确探测定位和偷越边境的恐怖分子[7]。

目前国外具有典型代表的便携式地面监视雷达主要有美国的ARSS、英国的MSTAR、德国的BOR2-A550、荷兰的SQUIRE、以色列的EL/M-22140NG及南非的NgadaRSR950等，其性能对比如表1所示[8-15]。

图1 美国ARSS雷达

图2 英国MSTAR雷达

图3 以色列EL/M-2140NG雷达

美国英国德国荷兰以色列南非型号ARSSMSTARBOR-A550SQUIREEL/M-2140NGNgadaRSR950体制脉冲多普勒脉冲多普勒调频连续波脉冲多普勒调频连续波频率X波段J波段I波段J波段X波段I/J波段作用距离(km)行人101115101412车辆152228152515坦克302638256027测距精度(m)2512152方位精度(°)0.30.350.60.40.25扇扫速度1.3/2.6/3.8rpm5种,最快24°/S0、12、20°/S发射峰值功率5W(脉冲压缩)1W/10W3W10mw/100mW/1W25W2W收发电路固态固态固态固态固态固态天线形式平板抛物面抛物面平板抛物面平板天线尺寸40×60cm120×45cm天线增益(dB)3134显示方式B显、杂波图、数字地图B显综合显示器彩色LCD2D/3D数字地图彩色LCD目标识别耳机、自动识别耳机神经网络自动识别耳机、视频特征识别耳机、多普勒光谱图识别重量(kg)23kg46kg75kg45kg65kg43.8kg架设时间(min)3510MTBF(h)20001400

国内在这方面研究起步相对较晚，近二十多年来，我国成功研制了便携式地面监视雷达，如ST-312、JY-17，但整体性能与国外相比存在一定的差距[16，17]。ST-312雷达工作于X波段，采用准相参脉冲多普勒体制，单兵探测距离15km，车辆探测距离25km，采用B显显示目标的距离和方位；整个系统分为雷达天线，电子设备箱，显控单元，电源设备，雷达总的重量大于65kg，其中主机35kg，机动能力一般，撤收和架设麻烦，携带不便。JY-17工作于X波段，采用全相参脉冲多普勒体制，探测距离对单兵2km，对车辆5km，总的重量小于30KG，采用传统的听取多普勒音频信息来进行目标分类和识别，这种近程探测距离在国外都已经实现手持式，单兵直接手持小型地面目标雷达就可以实现对近距离范围的目标进行探测。

另外，在2014年度珠海航展上，我国展出了LD-JX型地面监视雷达，该型雷达可以对指定区域内的人员、车辆、舰船等活动目标进行探测、定位，用于重要区域、边境、海岸线监视和战场侦察，使用固态发射机，采用脉冲多普勒体制，体积小，重量轻，功耗低，自动化水平高，具有较强的多平台扩展能力[18]，如图4所示。

图4 LD-JX地面监视雷达

纵观国内外便携式地面监视雷达装备情况，结合该类型雷达功能特点和要求，可以从雷达工作体制、天线形式、收发系统、信号处理、数据处理和人机接口上，对当前该类型雷达的技术现状进行一定的归纳总结。

a)在雷达工作体制上，国内外便携式战场地面目标雷达主要采用两种体制，分别是调频连续波体制，如荷兰的SQUIRE雷达、南非的Ngada RSR950雷达等；脉冲多普勒体制，如美国的ARSS雷达、德国的BOR-A 550雷达、我国的ST-312雷达，调频连续波地面监视雷达的发射信号是用周期性的锯齿波或正弦波电压进行频率调制的连续波。活动目标的回波信号与发射信号的样本进行相关以后，在目标所处的距离门中可检测出它的多普勒频率。用耳机监听多普勒频率的音响，或用显示器察看其波形，就能发现目标并判断其属性。与脉冲体制相比，在同样的探测距离下，发射功率大幅下降，具有很好的低截获概率，但是连续波雷达的发射与接收是同时进行的，存在信号隔离与泄漏问题，发射功率不宜加大，常用于近程地面监视雷达中。脉冲多普勒地面监视雷达可看成连续波雷达采用脉冲振幅调制的特例，它发射窄脉冲信号，利用一连串相邻的回波脉冲中所包含的多普勒频率信息来检测活动目标，这种雷达检测目标的速度快，能同时掌握多批目标。对回波进行相参检波后，得到的视频脉冲相当于以脉冲重复频率对多普勒信号的周期采样，只要脉冲重复频率足够高，就可以滤出所关心的目标回波多普勒频率，所以它能用来测速，以及通过对单根谱线的滤波处理以抑制地物、海浪、气象杂波和其他无源干扰，由于脉冲多普勒体制具有上述优点，而且又不存在连续波雷达泄漏问题，所以中程以上的战场地面目标雷达普遍采用这种体制。但与调频连续波雷达相比，在同样探测距离条件下，所需发射功率大、容易被地方雷达对抗设备截获，需要选择合适的雷达信号，以改善雷达低截获能力[19]。

b)在雷达天线形式上，主要有抛物面天线和平板天线，英国的MSTAR雷达、德国的BOR-A 550雷达，我国的ST-312雷达，采用了抛物面天线，这种天线具有高增益、低副瓣、功率容量大的特点，但存在体积大，不便于携带的问题，雷达的重量普遍大于50kg，其中天线占据很大比重；美国的ARSS雷达、我国的JY-17雷达采用了平板天线结构，平板天线具有体积小、重量轻的显著特点，但是功率容量小，增益低，大多数用于近程地面监视雷达中。

c)在收发系统设计上，由于便携式地面监视雷达在野外环境工作，生存环境相当恶劣，系统普遍采用蓄电池供电，要求雷达具有低功耗的特点，为实现“看得准，跑得快”，要求便携式雷达运输方便、架设快捷，整机系统应满足双人背负。收发系统作为便携式地面监视雷达的核心部分，主要具有低功耗、小体积、轻重量的特点，国内外地面监视雷达广泛采用固态集成电路、微波集成电路、低功耗电路、及模块化设计，如全固态发射机、数字集成锁相环频率源、数字中频接收、轻型复合材料结构一体化设计技术，构成集成模块化收发通道，简化电路和结构形式、减小雷达的体积和重量，提高整机可靠性、机动性[20]。

d)在雷达信号处理上，国内外便携式地面监视雷达普遍采用脉冲压缩技术、动目标显示/检测、恒虚警处理。脉冲压缩技术主要解决雷达探测距离和距离分辨率的矛盾，提高雷达的探测距离和抗干扰能力；动目标显示/检测用于提取强地物杂波中的运动目标，以快速傅里叶变换为基础，同时保证系统在距离和速度上的高分辨率，是雷达抗地物杂波干扰的主要措施；恒虚警技术针对地物杂波变化突然、随机性大、范围有限的特点，根据杂波的概率分布和强度的变化，自动调整检测门限，以利于雷达对目标的检测[21，22]。

e) 在数据处理和人机接口上，目前国内外先进的地面监视雷达普遍采用B显、数字地图显示方式，如美国的ARSS雷达和以色列的EL/M-2140NG雷达，对于目标识别，在具备传统的音频信号识别的基础上，采用各种新算法、新方法进行目标自动识别，如德国的BOR-A 550雷达采用神经网络技术进行目标自动识别，能够区分单人、人群、轮式车、履带车、船以及直升机等，南非的Ngada RSR950雷达利用目标多普勒光谱图对目标进行识别。

2 便携式地面监视雷达的发展趋势

近年来，各国在对原设备进行轻小型化的同时，利用快速发展的雷达技术，不断提高雷达的性能。随着新技术和新器件的不断出现，便携式地面监视雷达正朝着轻小型化、多功能、高分辨率、高精度、高可靠性、高生存能力、高抗干扰能力方向发展，具体体现在如下几个方面。

a)向轻小型化、便携式方向发展，除收发系统采用全固态集成度电路、集成模块化设计、新型复合材料一体化设计以外[23]，天线形式趋于平板化，采用新型平板天线，如基片集成波导缝隙阵列天线，减小天线体积，同时具备较大的增益；采用轻型大容量电池、平板显示器，进一步减小雷达的体积，减轻重量，提高整机机动性和轻小型化水平。

b)提高低截获概率及抗干扰性能。在采用脉冲压缩技术、动目标显示/检测、恒虚警处理基础上，雷达发射系统采用低功率发射并集成功率管理技术，发射信号采用低截获信号如伪随机二相编码信号，它类似于热噪声，不容易被敌方截获，信号容易处理[24]；天线采用低副瓣天线使雷达不仅有抗地物杂波能力，而且实现低截获，以提高雷达在电子战环境中的生存能力，同时开辟新波段、低端向短波和超短波发展，高端向毫米波发展，以提高雷达的定位精度、分辨力、识别目标属性的能力，同时规避各种干扰设备的干扰频率范围。

c)具备目标自动识别能力

地面监视雷达探测目标时，有关目标特征的信息隐藏在反射波中，必须应用一定的信号处理手段从反射波中提取出各种目标的独有特征，主要从目标回波特征、RCS特征、运动特征以及图像特征四个方面来考虑，地面动目标种类很多，各种目标又具有多种运动状态，为此需要采集大量的、不同地形条件下各种运动目标的独有特征，建立特征数据库，运用基于数据、基于模板和基于模型等识别方法进行自动目标识别[25，26]。

d)多种显示方式，数字地图具备地理信息系统功能

通过笔记本电脑或平板电脑进行数据处理和图形显示，采用Windows人机接口，数字地图具备2D和3D显示方式，同时通过GPS测量雷达架设点的经纬度，数据输入雷达终端，将雷达测量出的动目标距雷达点的角度、距离数据转换为经纬度数据后，动目标也在数字地图上定位，同时将地理信息系统(GIS)功能集成到应用程序中，采用高速上图法，实现目标的快速上图，快速刷新，并形成综合态势图[27，28]，如图5、6所示。

图5 二维数字地图

图6 三维数字地图显示

e)向系统组网方向发展

雷达组网既扩大了雷达的覆盖范围，又提高了雷达的抗摧毁、抗干扰、反隐身能力，可实现各部雷达情报共享，也便于向上级指挥单位提供实时的综合战场信息，其作战效能远大于单部雷达，同时将雷达输出数据与其他传感器如红外、光电设备获取的数据融合在一起[29，30]，可进一步提高目标识别能力。

3 结束语

本文通过国内外便携式地面监视雷达装备性能介绍，从雷达工作体制、天线形式、收发系统、信号处理、数据处理和人机接口上，对当前该类雷达的技术现状进行了归纳总结，随着微电子技术迅猛发展和雷达技术的不断提高，便携式地面监视雷达正朝着轻小型化、多功能、高生存能力、高抗干扰能力方向发展，同时应用领域不断拓展，该类雷达还能以装甲车、直升机作为平台，同时配合地面部署，进行实时阵地目标侦察，可用于空降兵部队在地面作战阶段对敌方纵深侦察和目标捕获，使其能在更短时间内有效夺建空降基地，同时对己攻占地区实施有效防御，是现代战场上作战效能的倍增器。

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TechnicalStatusandDevelopmentTrendofPortableGroundSurveillanceRadar

Wan Jiangang1， Ge Daihe2, Lin Meiqing1， Zhou Yan1

(1. Air Force Early Warning Academy, Wuhan 430019;2. Unit 94878 of PLA, Wuhu 241000, Anhui)

TN959.1+2

A

1008-8652(2017)02-001-05

2016-03-22

万建岗(1984-)，男，硕士研究生。主要研究方向为雷达与电子对抗技术的研究。