陆基雷达操纵常见误区及建议

黎 宏，王本才，许晓剑，付 莹

(1.南部战区空军雷达24旅,广东 佛山 528000； 2.空军预警学院，湖北 武汉 430019)

0 引 言

实施对空警戒侦察是陆基雷达日常工作的基本任务之一。一般而言，远程警戒雷达要在时间上尽可能早、距离上尽可能远地提供威胁目标的预警信息[1]，进而在时间和空间上赢得战场优势；对于精确跟踪雷达而言，只有提供准确的目标信息才能有效实施目标拦截和打击[2]。但无论对于何种类型的陆基雷达，操纵员的技战水平和专业素养将直接关系到雷达情报获取的时效和质量[3]。

优秀的雷达操纵员能够在日常工作中充分发挥主观能动性，结合阵地环境、目标特性和任务要求合理优化装备性能，从而为上级提供优质的雷达情报。但在实际工作中，部分操纵员对于雷达频点的选择、雷达天线(波束)的俯仰调整以及信号处理方式的应用方面存在一定的使用误区。本文通过案例形式，分别分析了上述3种误区的原因，并结合工作实际给出相应建议。

1 雷达频点的选择

一般而言，合适的工作频点能够实现雷达性能与阵地环境的最佳匹配，有利于增强目标的回波信号幅度及发现微弱信号的能力[4]。因此，陆基雷达在保障各类任务时通常强调选择一个合适的工作频点。但是部分操纵员在选择常用频点时，一般认为雷达终端的画面中地物杂波越少、云雨杂波对消越干净，即意味着此时的工作频点越合适。

1.1 案例及分析

案例：某型雷达在担负某重要目标的搜索任务时，由于搜索方向存在云雨杂波，考虑到如果使用动目标显示(MTI)(该技术能够在杂波中显示出具有一定运动速度的目标[5])功能时会衰减回波能量，便关闭MTI进而采用更改频点的方式工作。从雷达终端的画面看，由于更改频点后云雨杂波立即消失，操纵员便误认为此时雷达工作在最佳频点上，进而采取偏心放大(指偏离雷达显示屏的圆心，对当前画面进行局部扇形放大的一种操作方法[6])等战斗操作措施搜索目标。但直至任务结束时雷达仍未发现目标，造成重要目标丢失的严重事故。

分析：在相同环境下，雷达工作在不同频点时其探测效能是不同的[7]，这可以从雷达A显(即A型显示器)(雷达终端显示器根据具体任务可分为距离显示器、平面显示器、高度显示器及综合显示器。其中，A型显示器同J、A/R型显示器一同构成距离显示器的3种基本类型[8])实时显示的、与当前工作频点对应的底噪(俗称毛草)幅度上看出。图1给出了不同频点情况下目标回波信号幅度与底噪的关系图，其中横轴表示雷达的探测距离，纵轴表示信号幅度。理想情况下，二者的关系应该如图1(a)所示，即在某一特定频点下底噪幅度符合相应的技术标准，且目标回波信号清晰可见。但如果底噪幅度超过额定标准时，则表明雷达工作在当前频点时受外界影响较大，没有充分发挥雷达的应有性能[6]。

图1 A显中不同频点下回波信号幅度与底噪关系图

具体而言，操纵员在选择更改频点后，若底噪幅度超过额定分贝数，则会迫使自带恒虚警技术的雷达升高检测门限，导致底噪在淹没云雨杂波的同时很有可能将目标回波信号同时淹没掉，如图1(b)所示。由于显示终端无回波信号输出，操纵员容易根据“屏幕干净”这一现象，误认为当前的工作频点即是最佳频点。

1.2 雷达频点的选择建议

技术层面：更换频点搜索目标时，应注意观察雷达A显底噪幅度的变化，尽可能选择底噪幅度接近额定值时所对应的频点。同时需要查看更改频点后P显(即P型显示器)(P型、偏心P型及B型显示器一同构成平面显示器的3种基本类型[6]。平面显示器属二维显示器，可显示目标的斜距和方位坐标)上目标回波幅度强弱的变化情况，以保证该频点确实合适。所谓频点合适，即更换频点后A显的底噪幅度不但要符合技术指标的变化范围，而且P显上目标的发现距离、消失距离均符合雷达性能。对于固定部署的陆基雷达，操纵员应当熟知每个常用频点的底噪幅度；且在保障重要任务前必须检查底噪情况，以保证雷达性能的稳定发挥。

战术层面：由于电磁环境变化、树木生长及高大建筑等因素均会对常用频点产生影响，因此要密切注意阵地周围的环境变化，并定期查看频点底噪的变化情况。同理，雷达机动后会面对新的自然及物理环境，应当根据A显的底噪幅度和P显画面重新选择合适的工作频点。

2 天线(波束)的俯仰调整

灵活操纵天线(波束)的俯仰角度是及时发现目标的关键。一般而言，雷达控制天线(波束)的俯仰角度主要有机械调整、相位控制和电子扫描3种方式[6]。

目前，操纵员通过调整天线(波束)的俯仰角度搜索目标时通常按照“远低近高”的原则进行；即对于远距或低空目标将天线(波束)俯低，而对于近距或高空目标则将天线(波束)抬高，以便增加目标的搜索概率。但在实际操作过程中，操纵员容易忽略天线(波束)的实时最大指向(即雷达波束中心的最大指向角，也称波束最强线角度[6])和阵地遮蔽情况(通常用遮蔽角衡量雷达阵地的遮蔽情况。所谓遮蔽角，即在雷达探测威力范围内，将雷达与遮蔽物顶端的连线与水平线之间所构成的夹角[9]。当雷达天线的俯仰角小于遮蔽角时，由于遮蔽物对天线波束的遮挡，雷达无法发现目标[10])。天线(波束)的实时最大指向代表雷达发射电磁能量最集中的方向，对于空中目标而言，越接近波束的最大指向其回波信号越强，发现距离越远。因此，当波束最强能量方向指向地物、高山等遮蔽物时便会产生大量的地物杂波，甚至遮挡真实的目标回波信号。因此盲目按经验操作天线(波束)的俯仰角度，有时会导致目标的回波信号不强反弱，甚至无法有效发现目标。

2.1 案例及分析

案例：操纵员在搜索某批重要目标时为了尽远发现，将天线(波束)下俯至-1.2°。此时由于地物杂波明显增多，操纵员便将精力放在杂波消除和对目标预测位置的观测上，但一直未能发现目标。最终发现目标时，其探测距离远低于雷达的探测威力，从而贻误战机。

分析：操纵员按照“远低近高”原则调整天线的俯仰角度搜索远距离目标时，必须同时考虑天线(波束)的实时最大指向和阵地遮蔽情况，避免因产生遮蔽角而丢失目标。若操纵员降低天线(波束)的俯仰角后一直未能发现目标，直至远低于雷达的探测威力时才发现目标，很有可能是在目标方向有遮蔽物，进而对雷达形成遮蔽角。

如图2所示，假设雷达的架设高度h=10 m；在目标方向50 km处有山体，高H=500 m。当不考虑地球曲率及大气折射时，根据遮蔽角计算公式[9]：

(1)

可知此时θ=0.56°。假设天线放置0°时，中心波束的最大指向为1.7°。则当天线下俯至-1.2°时，波束最大指向变为0.5°，小于此时的遮蔽角。这表明此时目标完全位于遮蔽区域内，波束的最大指向由于受山体遮挡无法发现目标。但是当目标飞越遮蔽区域时，将完全处于雷达的探测威力范围内。这即是该案例中目标“先无后有”，且发现目标时其探测距离远低于雷达探测威力的主要原因。

图2 雷达遮蔽角示意图

2.2 天线(波束)俯仰调整的建议

通过调整天线(波束)的俯仰角度搜索目标时应当熟悉雷达波束的覆盖范围，注意波束的实时最大指向和阵地遮蔽情况对雷达天线可能造成的影响。

技术层面：当目标位于遮蔽区域之外时，可以采用波束最大指向方式进行搜索，此时波束的最大指向不应低于遮蔽角度。由于目标不受遮蔽物影响，且当波束最大指向对准目标时可以提高其回波的能量积累，有利于发现和判断微弱的回波信号。

战术层面：当目标位于遮蔽区域边缘时(如图2中位于遮蔽区域内的目标所示)，天线的最大指向应当尽量避开遮挡，用波束的下半部(波束的最大指向将波束分为对称的两部分，其中靠近遮蔽区域的部分即为波束的下半部分)进行搜索。这是由于当波束的最大指向照射遮蔽物时会产生大量的地物杂波，从而遮挡真实的目标回波；而用波束的下半部搜索时，更容易显现目标回波信号。

3 信号处理方式的应用

陆基雷达的常用信号处理方式有MTI、动目标检测(MTD)(应用于强杂波背景下检测运动目标的技术[6])、剩余杂波图(能够自适应调整雷达的虚警门限，主要应用于抑制MTI、MTD处理后剩余的强气象杂波[11])、点迹过滤(对目标点迹采用帧间处理技术进行识别处理，可以在提取目标真实回波信号的同时，有效消除固定地物、噪声类杂波的点迹[12])、时间灵敏度控制(STC)(避免近距杂波干扰，使接收机灵敏度按一定规律变化的技术[13]。STC处理方式需要一定的时间积累，不能立即显示效果)、切向检测(能够有效检测切向飞行且慢动目标的技术)及检测门限调整等[6,14]。选择恰当的信号处理方式能够在最大程度上消除各种干扰杂波对目标回波的影响，使得目标回波的微弱信号从各种干扰杂波中分离呈现，有利于操纵员发现和掌握。但从使用情况看，部分操纵员存在如下问题：

(1) 不注意使用顺序，造成顺序颠倒或者叠加，导致使用效果不佳。通常情况下，应当首先使用MTI、MTD方式消除雷达探测范围内的固定片状杂波(如成片的地物或大片云雨构成的速度较慢的目标杂波)；一般而言，此时片状杂波会变成点杂波(由一次或多次信号处理方式(如MTI、MTD或“检测门限”等)对干扰杂波处理后，在雷达P显上剩余的点状强杂波，也称为剩余点杂波)，然后再使用“剩余杂波图”方式进行消除；最后使用“点迹过滤”、“切向检测”方式滤除散乱的杂波点迹和机内噪声。由于“检测门限”方式会对目标和杂波进行硬性处理，应当设置合适的门限值。门限设置过大会在抑制杂波的同时对目标回波信号产生限制，特别是一些微弱的目标信号无法进入雷达接收机；设置过小又会使得大量的干扰杂波进入雷达接收机，从而影响目标检测。设置时应当观察P显，当干扰杂波不影响对目标的观测，目标回波清晰显现时即为设置合适。恰当的信号处理顺序能够在最短时间内消除干扰杂波，使得有用的目标回波信号最快显现，利于雷达操纵员尽早发现目标。如果当前的信号处理方式可以明显显现目标回波信号且能够掌握处理时，一般不需要进行下一种处理方式，以免对目标回波信号产生严重衰减，影响观测。

(2) 过于追求立竿见影的效果，通常把某些信号处理方式的门限值设置过大，导致目标的回波信号因能量大幅度衰减而消失。操纵员将门限值设置较大的初衷是使得强度、幅度达不到门限要求的杂波能够被快速过滤干净，但此时只有目标的回波信号能量足够强时才能不被同时过滤掉。若回波信号能量在较大门限背景下被大幅度衰减而变为微弱信号时，则无法进入接收机而被有效检测。

(3) 过量叠加。信号处理的中心思想是使真实的目标回波信号从杂波中分离显现，便于操作人员观测和录取。由于任何信号处理方式均会对目标回波信号产生衰减，因此过量叠加信号处理方式会导致目标信号衰减严重，甚至无法观测。

(4) 以常规的战斗操作代替信号处理方式，事倍功半。主要有2种典型情况，一是对信号处理方式的认识片面。操纵员在杂波区域搜索目标时，担心信号处理会衰减目标回波信号，便不进行杂波处理。此时目标回波被大量杂波遮盖，仅仅采用简单的战斗操作手段(如偏心放大、开窗(将某段雷达的探测范围在单独的窗口中进行显示放大的操作手段)、调整天线转速等)搜索目标，无法有效区分和发现目标。二是对信号处理方式的使用不当。典型情况是搜索远距离或低慢小目标时检测门限设置过大，导致原本微弱的目标回波信号无法进入雷达接收机，操纵员只是盲目地采取常规战斗操作措施搜索目标。由于目标回波信号没有进入雷达接收机时，不管采取何种战斗操作措施P显上均不会有目标回波信号显示；此时操纵员应当恰当调整检测门限，尽快显现目标的回波信号。

3.1 案例及分析

案例1：某型雷达在搜索近距低空目标时，为了快速消除大量地物杂波的影响，在信号处理方式中大范围使用“剩余杂波图”和“点迹过滤”方式。当发现效果不佳时再次叠加MTI、STC方式进行处理，最终导致在对消杂波的同时目标大量丢失。操纵员在慌乱中反复删除、添加不同的信号处理方式，结果错失及时发现目标的时机。

案例2：某国侦察机在距雷达200 km处低空徘徊，上级要求搜索掌握。操纵员只采用偏心放大、开窗等常规战斗方式搜索，迟迟未能发现目标。

分析：案例1是由于将各种信号处理方式盲目叠加且不注意使用顺序造成的结果。由于“剩余杂波图”、“点迹过滤”是应对剩余点杂波而采取的信号处理方式，因此并不适用于大量片状杂波的情况。虽然MTI方式有利于对消片状固定杂波，但由于使用顺序不当，进而影响了对消效果。加之操纵员反复删除、添加不同的信号处理方式，又导致目标回波信号衰减严重，最终出现无法观测的现象。

案例2中，在微弱信号未通过检测门限进入雷达终端前，所有的常规战斗操作措施均无法发现目标。只有采取相应的信号处理措施(如调整雷达的检测门限)，使微弱的目标回波进入雷达终端，操纵员才有可能发现目标。

3.2 信号处理方式的应用建议

技术层面：操纵员应当熟知各种信号处理方式的使用时机，最大限度地发挥雷达功能。当搜索片状杂波区目标时，应当首先使用MTI、MTD方式；处理后如存在大量点杂波，再使用“剩余杂波图”或“点迹过滤”功能。“切向检测”仅用于检测切向飞行的目标，若门限设置过大不利于发现慢速切向飞行的目标，过小又会导致具有一定运动速度的云雨杂波进入雷达接收机，从而造成虚警[6]。一般而言，无切向飞行的慢动目标不设置该方式。STC方式对近距离回波信号衰减较大，因此在搜索近距目标时门限设置不宜过大。同时该方式需要读取和存储杂波强度，不能立即显示对消效果；因此在设置后需要花少量时间观察效果，不宜反复设置进而造成无效果或系统运行缓慢。“检测门限”方式对于中远程目标的搜索可以适当降低雷达的检测门限，允许微弱信号进入终端后再辅以常规的战斗操作措施，以提高目标的发现概率。

战术层面：信号处理方式具有较强的针对性，不同环境下其应用方式不一。对杂波进行信号处理时，应当按照“整体处理—局部对消—剩余消除”的步骤依次进行。即先整体处理固定片状杂波，再对消近距局部杂波，最后消除剩余的散乱杂波点迹和机内噪声，进而使得雷达屏幕逐渐“干净”。具体而言，对于大面积的片状杂波应当按照MTI、MTD、STC及“检测门限”或类似顺序进行处理，对于局部的小范围杂波应当按照MTI、MTD、STC或类似方式进行局部对消，而对于剩余的散乱点杂波则可以使用“剩余杂波图”、“点迹过滤”或类似方式消除。

同时，信号处理方式的叠加和门限值的设置应当逐步、依次进行。若当前的信号处理方式已经满足目标搜索条件，原则上避免再设置或添加其他的信号处理方式，防止目标回波信号因反复处理所导致的严重衰减。信号处理方式一览表如表1所示。

表1 信号处理方式一览表

4 结束语

雷达操纵员是情报的源头，为上级提供及时、准确的预警信息是操纵员的主责主业。操纵员需要珍惜工作平台，一方面要精通装备、深入钻研，特别是利用演训机会在实践中淬炼，提高自身的技、战术能力；另一方面要注重工作经验的积累，能够提出高质量的问题并具备一定的解决问题能力。同时要认识到自身岗位的重要性，增强履职尽责、爱岗敬业的责任感和使命感，最终实现装备、任务与环境等客观因素与自身主观因素最佳匹配与融合的状态，进而有效提高目标的发现概率和发现距离，实现雷达“先知先行”的本质目的。