数字阵列技术在机载海面监视雷达的应用前景

吴吴 马红星

摘要： 数字阵列技术在雷达系统的应用虽逐渐成熟，但在机载海面监视雷达领域方面的应用尚需加强。本文在总结了国外机载海面监视雷达发展现状的基础上，深入分析了机载海面监视雷达的发展需求，研究了采用数字阵列体制的可能性，总结了体制优势将带来的诸多优点，并对存在的问题进行了介绍。

【关键词】雷达 数字阵列 海面监视 多功能多任务

机载海面监视雷达具有距离远、范围广、环境适应性强等特点，以其独特的优势占据着重要地位。与舰载或岸基雷达相比，由于机载平台高度的优势，机载雷达提供了强有力的大范围海面（水面）监视能力，可以有效地扩大舰船探测范围。

20世纪60年代伊始，经过长时间的技术发展，机载海面监视雷达从最初的无源抛物面天线和磁控管发射机，逐渐发展至平板天线和行波管发射机，进而发展至相控阵体制雷达，从简单波形逐渐发展至多维波形、宽带/宽角扫描、高分辨率舰船目标HRR/ISAR成像、目标识别和强抗干扰能力等。促进雷达系统技术快速发展的其中重要因素之一是相控阵雷达系统技术的应用，对于相控阵体制雷达而言，具有宽带/宽角扫描和波束灵活调度的优点，数字阵列体制雷达更是具有波束形成灵活、空间自由度高、相位精度高等优势，因此本文重点论述数字阵列技术在机载海面监视雷达的应用。

1 国外研究现状

国外对海监视雷达的研究起步较早，如AN/APQ-137/137B/137V，主要工作方式有导航辅助、动目标指示、目标截获与跟踪、火力控制，137V型增加了SAR成像和气象回避等功能。1990年后，成熟的对海监视雷达大量涌现，典型任务包括海上/沿岸监视与跟踪、内陆监视与测绘、活动检测与定位、搜救、导航、气象检测/回避、港口监视、专属经济区监视、舰船成像與分类、溢油检测、冰川成像、反毒品交易、走私、非法移民和恐怖主义等。美国雷声公司研制的SeaVue （SV）监视雷达（“海妖”雷达）己发展多种系列产品，装备于“Guardian”多任务海上巡逻无人机（“捕食者”B的派生型）、有人固定翼飞机及直升机等平台；雷声公司研制另一款MFASAESA雷达，亦已装备于美国海军海上广域监视无人机BAMS UAS（“全球鹰”BLOCK-20批次的派生型）；美国电传（ Telephonics）公司研制RDR-1700B海面搜索雷达，适装于有人/无人固定翼/旋翼飞机，其最新开发AN/APS-147（V）直升机载的SAR/ISAR雷达系统，用于SH-60R直升机载的SAR/ISAR雷达系统，也用于P-3飞机，AN/APS-143型是一种海面监视和跟踪雷达，适用于各类固定翼飞机和直升机平台；以色列埃尔塔公司研制的EL/M-2022A，装备于无人机（苍鹭）、直升机及有人运输机；SELEX GALILEO公司研制的Seaspray 5000E和GABBIANO T20/T200雷达，装备于多种有人/无人机，前者采用主动电子扫描阵列AESA技术；法国Thomson-CFS公司研制OceanMaster雷达是一种直升机载ISAR多模系列雷达，该公司研制的“地平线”（Horizon）直升机载雷达系统，1996年开始正式装备，是世界上首架装载有远程战场侦察雷达的侦察直升机。

纵观国外机载海面监视雷达的功能性能、系统体制、工作方式和应用方向等情况，可知机载海面监视雷达的发展具有以下特点：

（1）多功能、高集成化：以海面搜索监视和小目标检测为主，集成了对低空目标、地面慢速动目标检测功能，集成了对陆地高分辨率成像功能，同时具备气象探测/信标等辅助功能；

（2）技术体制先进：大量采用有源相控阵系统体制，强化数字信号产生及高性能数字处理技术应用，并且在材料方面广泛采用复合材料；

（3）应用范围广泛：除了海上搜索监视外，还可用于溢油监测、海冰探测、港口监视、搜救等，以及为飞行安全提供导航辅助。

2 技术发展需求分析

尽管国内机载海面监视雷达的研究已经取得了长足的进步，但与国际先进水平相比还存在较大的差距。

面对多样化探测需求，要求机载对海监视雷达不仅能进行海上/沿岸监视与跟踪，对海面目标进行一维或二维成像，对陆地进行监视与测绘，对地面运动目标进行检测与定位，对空中运动目标进行探测，而且能够进行导航辅助、气象规避、港口监视、溢油检测等。

面对信息多元性需求，要求机载对海监视雷达不仅能提供目标位置、速度等常规的信息，而且要提供目标的特征等多样化信息，能对目标实施分类、设别，为各类武器精确打击提供信息支撑。

面对时间敏感性和时效性需求，要求机载对海监视雷达不仅应具备多功能工作能力，而且要求能够进行同时多模式或同时多任务工作能力。同时多模式诸如同时扫描/跟踪、同时多目标跟踪、同时SAR/GMTI等，同时多任务诸如同时雷达/气象、同时雷达/干扰侦察、同时雷达/通信、主/被动一体化等。

面对各种干扰威胁，要求机载对海监视雷达不仅应具有抗各种有源干扰和无源干扰的能力，要在复杂电磁环境中保持探测性能，而且要求能够适应海杂波、地杂波、气象杂波等环境杂波。

面对海/陆/空不同探测目标，要求机载对海监视雷达不仅应具有对海、对地和对空全空域探测模式，而且应具有提高系统动态范围以更好地满足不同目标的RCS差异性。

面对载机平台和应用的多样化，要求机载对海监视雷达不仅应具有小型化、轻量化设计，而且应具有简洁的系统体系架构，扩展升级能力强，以适应各种应用需求和载机平台的变化。

出于机载对海监视雷达的探测多样化、信息多元化、高时效、多功能、多任务、抗干扰、抗杂波、小型化、轻量化、灵活扩展等技术发展需求，采用传统模拟相控阵体制的雷达应用瓶颈问题逐渐显露，亟需引入数字阵列体制。

3 数字阵列技术应用

数字阵列体制雷达系统技术已经发展成熟，在预警监视等领域己广泛运用，体制优势亦己表现的淋漓尽致，然而在机载海面监视雷达等方面的尚有待开展进一步的研究和应用验证，数字阵列技术的现有技术积累亦能有效促进在机载海面监视雷达上的应用。

数字阵列技术在机载海面监视雷达上的应用将带来以下优势：

3.1 增强探测功能

海面探测应用中，面对大小不同的船只、岛屿/海岸线、海上空中目标和迅速变化的海洋气象等，体现出海面探测的高复杂性，数字阵列体制雷达在“空.时.频”域的高自由度决定了其可以灵活的实现对海、对地、对空、对气象探测以及干扰侦察等。

3.2 提升探测时效

利用数字阵列体制波束形成灵活、易实现同时多波束、波束指向精度高等优势可以实现对海面目标的同时扫描和跟踪，一方面可以持续对目标区域进行广域搜索，另一方面可同时调动波束对兴趣区域和重点目标进行跟踪观测，大大减少了工作模式切换带来的时效损失；亦可以实现同时扫描/聚束成像或同时扫描/ISAR，在对海面目标进行广域搜索的同时，能够对岛屿目标进行聚束成像或船只目标进行ISAR成像，为目标识别提供信息支撑。

3.3 弥补高重频工作能力

对空中目标的探测通常要求雷达系统具有较高的重频，以降低目标探测模糊度；掩护脉冲是抗干扰的有效措施之一，但是掩护脉冲亦需要在一个探测工作周期内连续和紧密发送多个脉冲信号，相当于高重频的实现，并且健硕的抗干扰设计要求脉冲信号的频率、脉宽和带宽等必须具有较高的变化复杂度，亦进一步加大了系统实现难度。采用数字阵列体制，脉冲内、脉冲间、脉冲间距等实现灵活，可以便捷实现高重频工作，摆脱了传统模拟有源相控阵体制雷达波形切换、时序控制、波束调度带来的约束。

3.4 降低海杂波影响、提升抗干扰能力

数字阵列技术应用机载海面监视雷达，可以利用其超低副瓣的优势有效降低由副瓣进入的海杂波影响，可以运行数字阵列体制单通道信号能够直接获取的优势直接形成匿影波束，进行副瓣匿影处理以提升系统的抗干扰能力；利用数字波束形成进行旁瓣对消，在干扰区形成零点，实现数个甚至数十个副瓣干扰的消除。

3.5 提高系统集成度

数字阵列体制雷达一般由无源天线、数字阵列模块（Digital Array Module，DAM）、数字波束形成（Digital Beam Fonning，DBF）、综合处理等组成，DAM高度集成了激励信号产生、功率放大、信号接收、限幅滤波放大、信号采集数字化、数据打包分发等功能一体，集模拟和数字一体，大大提高了系统集成度，有利于实现系统的小型化和轻量化，并且模块化的设计能够很好的支持系统升级和载机平台适应性改进。海面目标探测雷达的载机平台具有陆基起降、岛屿起降设置舰上起降等多种可能，尤其非陆基起降的載机平台相对选择较小机型，因此对雷达系统的重量、体积和功耗均提出严格的要求，数字化设计将能有效改善小型化和轻量化设计的压力。

当然，机载海面监视雷达采用数字阵列技术亦会带来海量数据传输和处理等问题。

4 结束语

随着基于数字阵列体制的机载海面监视雷达研究的深入，尤其是面对日益增加和扩展的应用需求，雷达系统体制的更新迭代逐渐成为研究的热点。虽然目前数字阵列体制雷达在其它领域应用相对成熟，但在机载海面监视方面的研究需加强，尤其在同时多模式多任务系统技术、抗海杂波和抗干扰技术、海量数据处理技术等方面上有待进一步研究。

参考文献

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