陆军战术雷达对抗技术研究

2020-04-13宋之玉

航天电子对抗 2020年1期

宋之玉

（中国航天科工集团8511研究所，江苏南京210007）

0 引言

陆军战术雷达包括近程防空监视雷达、炮位侦察雷达、活动目标侦察雷达以及气象雷达等，其中对陆军作战威胁最大的是近程随行防空监视雷达、炮位侦察校射雷达以及活动目标侦察雷达，这些信息化感知设备的大量装备大大提升了陆军机步兵团自动化防空、精准火力压制、战术机动与防御的效率，研究这类信息设备的电子对抗方法对于提升电子对抗作战能力、保障战术任务完成很有意义。

1 陆军战术雷达装备情况

1.1 活动目标侦察雷达

活动目标侦察雷达始于20世纪50年代，至今已经发展到第五代，早期的战场活动目标侦察雷达大多是近程便携式，采用调频连续波或常规脉冲体制，主要用于侦察地面活动目标（车辆、兵员），侦察范围较小；20世纪60年代中程战场侦察雷达开始研制，它采用距离门脉冲多普勒滤波技术来检测运动目标，侦察距离大幅提升；随着微波功率技术，晶体管技术、计算机和信号处理技术的发展，活动目标侦察雷达广泛采用了固态微波电路、减轻设备质量和提高机动性，简化战术操作。20世纪80年代以后，活动目标侦察雷达的工作频率向Ku波段、毫米波频段发展，低端也向米波发展，如具有超视界能力的AN/PPS-24和EL/M-2130战场侦察雷达等。

20世纪80年代后期，英、法等国进一步改进原有雷达，使雷达实现小型化并增大作用距离、提高测距精度。如英国的ZB-298及法国和德国的“拉达克”雷达。到20世纪90年代由于需要兼顾空地一体作战，要求中程战场侦察雷达具有低截获概率、低空监视和抗干扰能力，第三代中程战场侦察雷达开始研制。这一代雷达采用全相参脉冲体制，同时实现远程低截获概率，以提高雷达的抗干扰能力。如以色列的EL/M-2140雷达、美国的LBS轻型战场监视雷达。

20世纪90年代后期，各种被动传感器和光电探测技术的涌现以及微电子、数字信号处理技术的迅猛发展，促使战场侦察雷达采用更加先进的雷达技术，例如脉冲压缩、固态相控阵、低副瓣、低截获概率、恒虚警、雷达组网等技术。

世界上先进活动目标侦察雷达、低空监视雷达的装备情况如表1所示。图1～3分别为RATAC射击指挥雷达、MSTAR便携式监视雷达、EL/M-2140战场侦察雷达。

表1 世界先进活动目标侦察雷达、低空监视雷达的装备情况

1.2 炮位侦察校射雷达

陆军炮位侦察校射雷达的装备大大地提高了炮兵作战的侦察手段，雷达仅需要跟踪一发敌方的攻击弹道，就可以安全而便捷地超视距侦察敌方炮群的位置，然后是可以想见的反击火力；自20世纪60年代以来，炮位侦察校射雷达得到了迅速发展，微电子技术、计算机技术、相控阵技术、高速信号处理技术等迅速用于雷达工程，陆军的电子侦察能力大大提高。至2000年，美军发展了第三代AN/TPQ-36和AN/TPQ-37雷达，普遍采用相控阵、脉冲压缩、动目标检测等技术，使雷达侦察能力大大提高，目前已发展到第四代（AN/TPQ-53雷达），使雷达具有威力强、侦察距离远、覆盖范围大、反应速度快、处理目标数多、定位精度高（火控级）、抗干扰能力强以及高度自动化的特点，是现代陆军炮兵作战重要的电子侦察手段。由于炮位侦察雷达的普遍装备，近30年来在局部冲突中炮兵已不敢轻易开炮了。

目前，世界上已经装备的炮位侦察校射雷达主要有美国的AN/TPQ-36、AN/TPQ-37雷达、AN/TPQ-53雷达，瑞典、挪威、丹麦三国联合研制的ARTHUR雷达，英国、法国、德国联合研制的Cobra雷达，我国研制的LLP62、LLP63雷达。我国周边国家和地区，如韩国、日本、印度、台湾、俄罗斯、越南也装备了不同型号的炮位侦察雷达。外军先进炮位侦察校射雷达装备情况如表2所示。图4～6分别为AN/TPQ-37炮位侦察雷达、AN/TPQ-53雷达、ZOOPAK-1M雷达。

图1 RATAC射击指挥雷达

图2 MSTAR便携式监视雷达

图3 EL/M-2140战场侦察雷达

表2 世界先进炮位侦察校射雷达的装备情况

美军在使用炮位侦察校射雷达时，注意AN/TPQ-36和AN/TPQ-37雷达的相互补充。在每个师的作战地域内，一般预定展开2部AN/TPQ-37雷达和3部AN/TPQ-36雷达。美军现代炮位侦察校射雷达作战配置情况如表3、图7所示。

炮位侦察校射雷达定位原理为：

表3 美军炮位侦校雷达作战典型配置情况表

炮位侦察校射雷达一般有侦察定位和校射2种工作模式，侦察模式主要用于对敌正在发射的火炮阵地进行定位，确定敌火炮阵地坐标；校射模式则用于确定己方火炮弹丸落点坐标，校正己方火炮射击。2种模式工作原理基本相同，均通过对弹丸的多点跟踪实现定位。

侦察模式下，在搜索扇区内，雷达发出可随地形遮蔽角变化而调节的笔状波束，在遮蔽角上方仰角位置，形成一个仰角波束宽度的搜索屏，按照预先设定的搜索波束序列，以每秒钟2～5次的频率搜索弹丸目标，在每个波束驻留时间内发射一定数量的探测脉冲，然后在每个距离单元进行积累检测，雷达一旦发现目标后，在搜索到目标的波束位置立即发一个验证波束，对目标进行确认，如果经过验证确认是目标，雷达就会以更高的频率对目标进行跟踪，当跟踪到预定点数时，后端数据处理系统根据弹道相关逻辑将对目标航迹进行进一步确认，确认依据是目标的运动速度和轨迹特性，如果是飞机或鸟等不符合弹道特性的目标，雷达则判定为不感兴趣目标并终止对其跟踪。雷达对目标连续跟踪若干点，然后将跟踪数据进行卡尔曼滤波，采用弹道外推软件推算出发射该弹丸火炮（火箭）的炮位坐标。

雷达在侦察模式下跟踪的是弹丸的升弧段，而且为了保证定位精度，跟踪的弧段小于2/3最大弹道高。在跟踪目标过程中，若目标跟踪丢点，则在目标预测角度位置，采用扩大跟踪门的补点跟踪方法重新捕获目标，然后继续跟踪，若连续三次丢失目标，确认目标消失。雷达采用分时工作方式，可以跟踪多个弹丸目标。

校射模式与侦察模式的工作过程基本相同，丢失目标的补救措施及进一步确认目标的方式也基本相同。校射方式下，雷达初始搜索波束仰角较高，雷达跟踪己方弹丸的降弧段，波束由高向低跟踪弹丸。雷达搜索方位扇区和仰角由己方火炮（火箭）的射击参数确定。

现代炮位侦察校射雷达技术特点为：

1）普遍采用相控阵天线技术，能够边跟踪边搜索新目标；

2）辐射功率孔径积大、威力强、侦察距离远；

3）普遍采用脉冲压缩、相干积累、动目标检测等多种抗干扰措施；

4）通过后端弹道相关策略能够自动识别弹丸目标，剔除杂波、假目标干扰；

5）对火炮的定位速度快，从发现弹丸到推出炮位坐标小于10 s，雷达和火力单元联网，保证反击即时有效。

图4 AN/TPQ-37炮位侦察雷达

图5 AN/TPQ-53雷达

图6 ZOOPAK-1M雷达

图7 美军师炮位侦校雷达配置示意图

2 陆军战术雷达信号处理方法

陆军战术雷达，不论是战场监视雷达还是炮位侦察雷达，主要用于探测行进的部队、坦克、车辆，还有低飞的直升机、固定翼飞机、身管火炮的弹道，雷达探测时要求在通视良好的条件下进行，各种天然的障碍如山丘、树林、建筑以及故意电子干扰等都会妨碍正常探测，使目标难以被发现。

陆军战术雷达为了在较强的地杂波中发现感兴趣的运动目标，在回波信号处理上普遍采用距离门脉冲多普勒（PD体制）或者动目标检测技术（MTD体制）。

为了实现MTD检测技术或者距离门脉冲多普勒滤波，雷达采用相参脉冲串重频积累检测技术，脉冲串内脉冲个数根据探测距离的远近和探测模式（搜索还是跟踪）的不同一般在16～128之间选取，但在一组脉冲串内，发射脉宽和重频、载频保持不变，距离门内的回波信号在中频以后进行N个脉冲（16～128个）的采样，然后对量化数据进行快速傅里叶变换（FFT分析），划分多个多普勒信道，如图8所示，根据探测目标信号的预计多普勒范围，剔除环境杂波信道，选择若干的预定目标信道进行一维恒虚警（CFAR）检测，实现精细的多普勒滤波，单个多普勒滤波器（信道）带宽一般为几十赫兹到200 Hz不等。

陆军战场雷达通常采用距离门二边16～32个距离单元的平均噪声电平选大进行恒虚警检测门限计算，当左右相邻的若干距离门内的背景噪声变大时，所获得的距离门检测门限自动上浮，保持恒定的虚警概率，如图9所示。总的说来，陆军战术雷达是在频域（速度）上检测运动目标的，如果全部多普勒检测信道被噪声污染，则检测门限被自动抬高，雷达就无法发现弱小目标（如弹丸、人）的存在。

图8 陆军战术雷达信号处理框图

图9 陆军战术雷达恒虚警门限和检测框图

距离门地杂波是一个较强的背景噪声，虽然在距离门谱分析之前经过三脉冲对消，但对消剩余依然会影响慢速目标的检测；另外，雷达探测工作的战场环境、气象条件都可能影响正常的目标检测，如遮挡的树林或较高的植被，在5级以上的大风天气时都可能使背景杂波的频谱展宽，扩展到多普勒检测信道，经过恒虚警处理后，影响径向速度落入那些信道的弱小目标的检测。人为的窄带瞄准噪声，尤其是多普勒噪声将直接压制PD雷达对目标的检测。

3 陆军战术雷达的对抗办法

对抗陆军战术雷达的电子干扰方法一般采用升空干扰方法，比如采用无人机、有人机、气球或吊伞携带电子干扰机发射升空，对预定地域的陆军战术雷达进行抵近干扰，可以采用噪声压制干扰也可以采用多假目标距速欺骗、迷惑、饱和阻塞干扰；由于受到作战地形的影响，车载或地面设备在战术效能上均不理想。

陆军战场雷达干扰机不论是便携干扰机还是无人机载干扰机、伞降干扰机，通常采用电池供电（锂、热电池），因此干扰体制应选用既经济高效又构成简单的干扰信号——相参干扰技术。因战场雷达探测低空目标，如低伸的上升或者降弧段弹道，波束的仰角较低，天线波束仰角电扫描范围一般为-2°～12°，这样必然受到主瓣或者近副瓣地杂波的干扰，为了对付强的副瓣地杂波干扰，绝大部分陆军战术雷达采用动目标检测（MTD）技术或者脉冲多普勒（PD）技术以及恒预警技术，所以干扰体制可以采用相参多假目标遮盖干扰、窄带噪声压制干扰或者多普勒噪声压制干扰等技术。

噪声压制干扰时，高密度的干扰能量从雷达的主瓣、旁瓣进入雷达接收机，其结果必然抬高各多普勒检测信道的基底噪声电平，当雷达采用单元平均选大恒虚警（GO-CFAR）技术时，该待检单元的检测门限值必然大幅度提高，这样弱小的目标回波（如弹丸、人员）信号将被淹没，距离门内将不能发现目标，虽然确实存在目标，但雷达B显示器异常“清洁”，甚至连零星的噪声虚警点也没有。由于噪声干扰信号是主旁瓣进入的连续波信号，因此在雷达搜索阶段，几乎全部的距离门内将无法检测目标信号，雷达被完全压制。

当战术雷达采用固定检测门限检测目标时，由于干扰信号全时域全角度高密度地超过检测门限，使雷达的B显示器充满大量噪声雪花（虚警点），雷达检测器无法检测并确定真正目标的存在，虚警概率超过0.9以上，雷达也被完全压制。

4 陆军雷达干扰方式

目前对炮位侦察校射雷达的有效干扰方法有多种，各种干扰方法各有其特点，不同干扰方式对新型炮位侦察校射雷达的干扰效果也不同。采用炮弹或无人机作为干扰平台与采用车辆作为干扰平台的对比如表4、表5所示。

表4 不同干扰平台的作战效能对比分析

采用炮弹吊伞或者便携式无人机作为干扰平台，即时发射滞空干扰机对地面战术雷达进行抵近压制干扰具有很大的战术对抗优势，既解决了地面干扰机受地形限制及人员安全的问题，又可以使干扰机在大角度内具有良好的旁瓣干扰效果，因此，研制投掷式伞降干扰机和便携式战术对抗无人机是陆军作战急需的装备。

表5 不同干扰平台的使用性能对比分析

4.1 车载干扰方式

车载干扰方式就是电子干扰车，优点是干扰功率大、带宽宽、功能齐全，天线可定向辐射，依靠天线升高工作（一般小于20 m）；缺点是受地形遮挡严重、目标较大，阵地容易暴露，易被反辐射攻击和弹道火力攻击；干扰空中目标容易，干扰地基雷达较难，为了干扰地基战术雷达，干扰车必须位于高地上，但高地一般不具有战术意义，对雷达通视的同时也易被敌方发现；对于道路通行要求高，难以适应山区、林区、沼泽作战和空投作战。

4.2 伞降干扰方式

如图10所示，使用榴弹炮和火箭炮发射，投送伞降干扰机，干扰弹发射即工作，自掩护弹道，到达指定空域后开仓，释放伞降干扰机，对敌方战场雷达实施抵近干扰，继续掩护后续的攻击弹道；优点是抵近干扰，干扰效果好，没有人员安全和地形遮挡问题，使用便捷，作战实时性好；缺点是受到弹载空间的限制，干扰功率、电池储量和干扰时间有限，受到气象的影响一般不能实现定点定高干扰。

4.3 无人机干扰方式

利用小型便携式无人机平台，携带雷达干扰机，战场即时发射，进入敌方浅纵深区域（10～30 km），长时间抵近干扰压制敌方战术雷达，使其难以发挥战术感知效能；具有作战使用灵活便捷、压制效果好、装备成本低廉、能重复使用、使用安全等优点，可以有效提升陆军合成旅战场电子对抗能力。

在部队展开之前和展开作战当中，即时发射战术对抗无人机干扰敌方浅纵深（10～30 km）的炮位侦察雷达雷达、活动目标侦察雷达、火控雷达；使其不能发现和跟踪己方攻击弹道、推算己方炮群坐标，不能侦察己方部队展开机动情况，不能拦截己方低空突袭平台（如陆航直升机、巡航导弹、察打无人机等）。能够全天候适应山地、丘陵、森林、沼泽等地形快速发射和多次重复使用的工作方式，以便实现战场快速的实时的电子对抗；大型无人机需要车辆机动、跑道和大型滑轨发射，发射准备时间较长，对作战地形要求较高，不能前出至作战地域内根据需要发射或批量空投作战，将影响作战的实时性和不同地形的机动性；因此便携式小型炮兵战术对抗无人机可能更具有较好作战效能。