机载雷达技术的发展现状及趋势

赵为伟，宋晓伟

(1.空军驻甘肃地区军事代表室，甘肃 兰州 730070；2.西安艾索信息技术有限公司，陕西 西安 710065)

机载雷达技术的发展现状及趋势

赵为伟1，宋晓伟2

(1.空军驻甘肃地区军事代表室，甘肃 兰州 730070；2.西安艾索信息技术有限公司，陕西 西安 710065)

经历了长期的发展，机载雷达技术面临着隐身目标、非均匀杂波、复杂电磁环境、多种作战任务的严峻挑战。文中针对这些挑战分析了几种技术的发展趋势，主要介绍了机载预警雷达技术、机载SAR技术、机载雷达组网探测技术以及隐身雷达技术的发展现状，为下一代机载雷达的研制提供参考。

机载雷达技术；发展现状；趋势

随着科学技术的发展，雷达从功能到应用上都有了一个质的飞跃。从单纯的检测目标到对目标的二维成像，从军事应用扩展到民事应用，雷达己经广泛应用在各个领域[1-2]。20世纪60年代以来，机载雷达技术不断发展[3-6]，机载雷达的性能得到大幅提高，新技术是提高雷达性能的重要因素。

1 机载预警雷达技术发展现状及趋势

1.1 发展现状

预警机是空基预警探测体系的信息枢纽和指挥中心，它集预警探测、情报融合、情报分发和指挥控制等多种功能于一体，负责对空中、海上及地面目标进行大范围搜索、跟踪与识别，并指挥和引导己方飞机、舰船以及岸基火控系统进行作战[7-10]。机载预警雷达因架设在高空飞行的飞机上而克服地球曲率对观测视距的限制，扩大低空和超低空探测距离，发现更远的敌机和导弹，为防空系统提供更多的预警时间。机载预警雷达在空中目标探测与跟踪、海面目标探测与识别、战场侦察与监视、武器精确制导与控制等方面正发挥着不可替代的作用。

机载预警机面临的挑战有[11]：隐身目标已成现实威胁；电磁干扰环境日益严峻；复杂地形适应性；目标识别需求愈发迫切。针对现代战争日益呈现立体化、一体化、网络化的特点，预警机需要将广泛分布于立体空间内的各种作战力量、各作战单元、各类作战要素联结成一个有机整体，实现侦察情报、指挥控制、火力打击、信息对抗和综合保障协调一致。另一方面，隐身飞机已成现实威胁、电磁对抗环境愈益复杂、巡航导弹的广泛使用，预警机雷达正面临着前所未有的挑战，必须不断扩展预警雷达的功能，大幅提升其反隐身、反干扰、反杂波、和目标识别能力，提升预警机与体系协同作战的能力。

1.2 发展趋势

(1) 多源化、网络化、体系化。多基联合预警，提高体系对抗能力。受平台资源和雷达体制制约，在与强敌对抗时仅靠单架预警机很难完全担负起反隐身和反干扰作战任务，空中多平台协同作战是提升综合作战能力的有效手段。通过单平台多传感器信息融合、多平台多传感器信息融合、多平台有源/无源探测相结合等手段扩展探测空域与探测对象，提高体系反隐身能力、抗干扰能力和战场生存能力，并最终实现平台中心战向网络中心战转变，提升体系、对抗能力；

(2) 宽带化、综合化、—体化。高低频段优势互补，探测识别综合化、对空对地一体化，提高全息感知能力。未来预警机除了必须具备较强的隐身目标探测能力外，还应具有较强的空海目标识别能力、地面运动目标检测能力(GMTI)和侦查成像能力(SAR)，以适应发现、定位、打击以及打击效果评估这一完整的打击链，真正做到“一机多能”。高分辨目标识别和成像要求雷达瞬时带宽宽，因此，频段还要往高端扩展。另外，宽带的有源相控阵技术也为综合电子战、高数据率数据通信等功能提供了硬件基础；

(3) 小型化、共形化、无人化。近年来，随着雷达轻型化、小型化和共形化技术的发展，对平台的要求也得以降低，以Saab340B、EMB-145、湾流G550、运八为代表的中型平台也有了用武之地，先后研制出满足不同用户、不同任务使命的预警机。在现代战争中，无人机以其独有的快速、灵活和持久性渗透到各种作战任务中，在获取信息的优越性、高作战效费比等方面，愈加展现出不可或缺性。可以预测，无人机必将成为未来预警、监视、侦察、通信的最佳平台，在未来的信息化战争中发挥重要作用。无人机作为预警探测系统平台的优势有综合成本低、升限高、续航时间长、易舰载、战损不含人员伤亡等，加上采用与机身共形的大口径雷达天线，同样可获得较远的探测距离。

(4) 相控阵、软件化、智能化。有源相控阵与先进信号处理结合，提高反杂波和干扰能力，提高环境适应性。相控阵体制与数字化技术相结合将提供更多的系统自由度，为采用更先进、更复杂的算法提供了可能，软件化技术可以提高信号处理的灵活性和精细化程度，智能化处理技术则将进一步增强雷达在强杂波和电磁干扰环境下的探测性能。

虽然STAP相对于PD有了很大进步，但其处理仍然是基于理想杂波模型的最佳滤波，发射波形、处理方法和处理方式基本固定不变，而雷达实际的工作环境是时变、非平稳和非均匀的，比如地形起伏和陆海交界产生的非均匀杂波，密集地面车辆形成的移动“杂波”，铁塔、大型建筑物、山峰等离散目标，杂波谱随距离非平稳变化等均影响STAP理想性能的发挥。未来预警雷达应在STAP基础上采用认知雷达理论和智能化处理与控制技术，增强环境自感知能力、智能化处理能力和发射自适应能力。

2 机载SAR发展现状及趋势

2.1 发展现状

合成孔径雷达(SAR)除搭载于星载平台外，还可搭载于飞机(包含无人机)平台[4]。机载平台 SAR 系统的研制工作起始于20世纪70年代，发展至90年代逐步进入应用阶段。

美国、英国、意大利和以色列等国际上主要国家均相继研制了本国的机载 SAR 遥感系统。相较于星载平台探测覆盖区域广、卫星轨道相对固定、不能随意改变观测区域的局限，机载 SAR 因其搭载平台机动灵活的特点，可实现短时内对指定观测区域进行反复观测的任务需求，可应用于军事侦察、资源勘探、灾害预警及地图测绘等领域。其中比较有代表性的机载极化 SAR 系统是美国国家航天局制造的AIRSAR，搭载于DC-8飞机上[13]，以及德国DLR(German Aerospace Center)研制的 E-SAR(Airborne Experimental Synthetic Aperture Radar)系统。

2009 年 11月，中国飞行试验研究院的首个机载 SAR 测绘系统实现首飞，使我国成为世界上第三个掌握该项雷达测绘技术的国家。此外，解放军理工大学气象海洋学院、西北工业大学和中国电子科技集团公司第38研究所共同进行了“无人机SAR海洋探测系统”的研制，该系统搭载于某中程长航时通用无人机平台进行了多次验证试验，成功实现了海面风场、海洋内波及海浪的反演。

一般机载SAR都是工作在正侧视模式下的，或者有较小的斜视角。斜视是指雷达的波束指向并不与斜距向相同，而是有一定的夹角，此夹角可达到几十度。波束的斜视增加了雷达的灵活性，突破了正侧视SAR无法覆盖斜视区域的弊端，其应用范围也就更加广泛[14]。

斜视SAR的应用潜力主要有以下优点：(1) 能够对载机前方的目标进行成像，从而提供了载机前方的场景信息，依据此信息便可实现对目标区域内的攻击引导；(2) 斜视情况下的雷达散射截面和斜视角之间有一定的相关性，可利用该相关性对目标进行识别；(3) 斜视下的波束转向更加较灵活，不仅可对侧前方进行成像，也可对侧后方进行成像。在飞行过程中，有些热点敏感区域可通过调节波束指向便可实现多次成像，而不需要多次飞行。正是由于斜视SAR的这些优点，使其在国防领域中具有很大的应用价值，其成像算法也成为备受关注的研究内容。

现阶段斜视SAR成像算法己渐趋成熟，适合斜视模式下的算法也比较多，但是已有的斜视算法对能处理的斜视角有一定的局限性，并且算法效率和精度也并不是很高，在这些方面仍然有很大的改进空间。此外，所有的成像算法都是针对二维成像的，不具备提取目标三维信息的能力。三维SAR成像系统作为雷达成像领域的一种新的系统结构，是空间目标的重要发展方向，随着三维成像算法的进一步完善和应用，将为高分辨率三维地形测绘，三维动目标检测，三维目标精准定位等领域提供有力的支持和更精确的参考保证。因此有必要对二维斜视算法进一步扩展，使其适用于三维成像。

2.2 发展趋势

从SAR诞生至今，有关SAR的技术得到了快速的发展。具体表现在成像方法、工作波段、分辨率和工作模式等几个方面。成像方法由非聚焦发展为聚焦，工作波段从单波段发展为多波段，分辨率则由原先十几米发展到现在的厘米为单位量级，工作模式除了原先的条带模式还有聚束和扫描等多种模式。

未来SAR技术的发展趋势有：超高分辨率成像；能够进行三维成像的干涉SAR；动目标成像；SAR实时成像。根据SAR的发展历程及未来的需求，机载SAR将会向以下几个方向发展：(1)轻量级的SAR会成为主要趋势；(2)多功能会成为SAR的主要特征；(3)SAR的多星组网将成为主要使用模式；(4)分布SAR具有很大的发展潜力；(5)SAR的干扰技术会成为重要研究内容。

SAR具有作用距离远、工作频带宽和不受国界、空间及地理位置的限制等诸多优势，因此在对其干扰方面具有一定的难度。目前，对SAR实施干扰可从两方面入手，一是通过对载体进行干扰，另外则是通过对数据传输进行干扰。因此，应该从干扰的角度出发来研究相应的SAR抗干扰技术，确保其在电磁干扰的环境下不受影响。

3 机载雷达组网探测技术

随着机载预警雷达和预警机技术不断进步，近年我国空警-2xxx 等型号预警机相继服役，机载雷达组网探测已成为一个热门的探索方向[15]。在如今全新海陆空天一体化的战场中，体系之间的竞争将会成为主要的竞争形式，最终形成一体化作战能力是获胜的重要力量。雷达组网能充分发挥单雷达系统的信号和数据处理特性跟信息融合技术，将各种雷达、体制、波段、工作模式整合起来，通过对布站进行优化，建立各站点之间的通讯连接，最后再将初步处理过的信息传入融合中心，最后系统能在目标探测与识别，目标定位与跟踪，还有战场抗干扰，目标反隐身等方面都有大幅提高。

机载组网探测在国内还是一个刚刚起步的阶段，现有雷达组网部署方法主要从以下几种优化目标出发：(1) 通过分布式多雷达对目标的探测，尽可能提高探测区域的覆盖面积，即有效监视区域，提升雷达网的覆盖性能；(2) 通过提高雷达网络目标探测容量，其决定性因素主要包括了：雷达站的录取能力，通信网的传输能力，还有情报中心处理和显控能力；(3) 通过提高雷达网的抗干扰能力，主要包括：单站雷达的抗干扰能力，雷达网所占的频带宽度，空间信号的能量密度还有雷达信号类型等一些因素。

4 隐身雷达技术

4.1 发展现状

隐身飞机的出现使得许多国家的防空领域出现了重大的漏洞。因此隐身与反隐身技术的研究有着重要意义。军事技术先进的国家已积极采取对策，研发新的“隐蔽”型武器系统并加紧对现役雷达的升级改造。因此当前复杂多变的军事、政治形势下，发展隐身武器系统已是大势所趋、刻不容缓。雷达作为典型的电磁武器装备，其自身的隐身性能显得越来越重要。

目前雷达装备的现状为：脉冲雷达是当前大量使用的常规传感器，其信号能量大，瞬时频率单一，很容易被对方侦察到，雷达站的位置也很容易被测定；双程工作的雷达相对于侦察机，在能量对抗、信号处理上也处于较大劣势[15]。

隐身雷达的基本特性及要求在于：干扰机不能精确测得雷达频率；干扰机不能捕获雷达的有效信号能量；在保证我方雷达足够的探测威力的前提下，能极大地减小对方的侦察距离；具有宽频带、全方位、全天候、智能化的特性，切合武器系统研制的大趋势。

针对国外已服役的隐身雷达装备，目前国内雷达技术的主要现状表现在：没有形成隐身雷达装备且频域信息利用不够。

4.2 发展趋势

正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字通信技术，它由多载波调制(MCM)技术发展而来，其显著特点是其利用的各子载波均为相互正交的，且频谱利用率高、成本低。将通信系统的概念与成熟技术应用于雷达系统，发展新的雷达体制，实现雷达与通信一体化，符合现代多学科融合的技术发展趋势，亦会带来新的优势特性。

由于OFDM 信号的典型特点，使得基于 OFDM技术的雷达体制除了具有常规雷达的功能性能特征外，兼具 ODFM 信号抗衰落、抗多径效应、抗干扰等优势，更具有很强的隐秘性，抗噪性和低截获性。相对现有的侦察接收机及常规雷达体制，此雷达的主要优势表现为：(1) 采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构，具有成本优势；(2) 采用多载波技术和伪码调制技术，使得雷达信号频谱扩展到很宽的频带内，且时域上波形非常接近于白噪声，从而在时域和频域上该雷达的信号峰均比都很低；(3) 通过增加信号带宽抑制了信道化接收机单个滤波器的信号输出功率，降低了被截获概率；(4) 几乎同时在信道化接收机的数十甚至上百个滤波器中产生输出，使其处理能力瞬间达到饱和，增加其信号分选的难度，也使侦察干扰更加困难；(5) 低功率信号被均匀覆盖在的极宽的频带上，瞬时测频接收机很难进行频率捕获及跟踪；(6) 可以实现雷达与干扰一体化设计，实现反对抗，进一步提升隐身能力；(7) 具有雷达、通信一体化特点，在开发武器系统新功能方面具有拓展性，可用于探测、制导、定位、通信等多领域。基于 OFDM 技术的雷达系统的研究在探测、分辨、低截获性能及工程结构形式上，还需要开展进一步的研究。

5 结束语

随着雷达技术的不断进步，机载雷达的功能越来越强，但也面临越来越多的挑战。预警雷达作为预警机的核心，面临着来自于隐身飞机、复杂电磁环境和复杂地形杂波环境的挑战。机载预警雷达及其信号处理技术经历了巨大的发展，正在向数字化、宽带化、协同化、智能化和多功能一体化趋势演变，3D-STAP、MIMO-STAP、宽带检测、认知抗干扰等关键技术，有望对下一代机载预警雷达的研制发挥一定的指导意义。

随着机载 SAR 研究工作不断取得显著的成果，人们越来越重视机载SAR的相关研究。随着相关技术的发展及应用领域的增加，先进的多功能SAR系统在无人机遥感领域将发挥越来越重要的作用。雷达组网技术通过多部不同体制、不同工作参数的雷达利用信息融合技术进行目标检测、跟踪、鉴别。其布站方式灵活、频段丰富等优势使该体制具有很强的抗有源干扰能力和探测能力。然而，雷达组网抗干扰的工程化应用仍存在限制。一方面，时间校准和空间对齐仍是数据融合领域亟需解决的问题之一，由该问题衍生的雷达网协同探测理论尚未完善；另一方面，现代有源干扰技术的发展使得网对网的智能化干扰成为可能。因此，还需要进一步研究数据融合、雷达协同探测以及抗干扰理论。

雷达作为探测系统，其本身也要具有隐蔽性能，必须在侦测敌方目标时保证自己的“安全”。针对雷达系统的隐身雷达体制设想，探索将通信概念应用于雷达系统，以期实现其超宽谱、高时频特性的综合隐身性能，为形成新的具有隐身性能的武器装备提供参考。

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Current Situation and Prospect for Technology of Airborne Radar

ZHAO Weiwei1,SONG Xiaowei2

(1. Military Representative Office of Air Force in Gansu,Lanzhou 730070,China；2. Xi’an iTHOR Information Technology Co.,Ltd,Xi’an 710065,China)

Airborne radar technology have experienced great development, but it is also facing great challenges on stealth target, heterogeneous clutter, complex electromagnetic environment and a variety of combat missions. In this paper, the current situation of airborne early warning radar, airborne synthetic aperture radar, airborne radar networking technology and the stealthy radar is introduced. Besides, the development prospect of the airborne radar system is put forward on this basis. It may have certain directive significance for the development of the next generation airborne radar.

airborne radar technology;current situation;prospect

2017- 03- 16

赵为伟(1969-)，男，硕士。研究方向：雷达系统技术。宋晓伟(1982-)，男，硕士。研究方向：雷达系统技术。

TN971

A

1007-7820(2018)01-079-04