高精度测量雷达发展趋势

2021-12-28党弦，江天，成浩

舰船电子对抗 2021年6期

党弦，江天，成浩

(海军标准化研究中心,上海 200235)

0 引言

高精度测量雷达主要用于试验评估及靶场测量,包括航天器的发射、运行、回收的跟踪测量，武器系统飞行和对抗试验、鉴定以及评估的跟踪测量，飞行目标特性的跟踪测量等，其跟踪测量精度比武器系统跟踪雷达高出3～10倍左右[1]。

高精度测量雷达具备全天候、全天时、高可靠性、高精度等特点[2]。高精度测量雷达从武器系统跟踪雷达演变而来，因而早期主要为常规反射面体制，具备单目标高精度跟踪以及靶场监视控制能力，后续随着试验要求的提高，提出了多目标跟踪测量需求，高精度测量雷达由常规反射面体制逐步向相控阵体制发展。

随着多弹头、子母弹、高超音速导弹以及以电磁轨道炮为代表的新质武器等新型武器的发展，对高精度测量雷达提出了更高要求，并作为技术发展动力引导高精度测量雷达发展。

1 常规体制测量雷达

在测量雷达发展初期，高精度测量雷达主要由武器系统跟踪雷达演变而来，主要采用常规反射面单脉冲体制，以美国为代表的主要有以下几种[3]。

1.1 AN/FPS-16单脉冲跟踪雷达

世界第1部用于导弹和卫星精密跟踪测量的单脉冲雷达由美国无线电公司于1956年研制成功，如图1所示，1957年美国各导弹靶场正式使用。该雷达采用直径为3.6 m的圆抛物面天线，四喇叭单脉冲，工作于C波段，作用距离235 km，距离跟踪精度3.6 m，角精度0.2 mrad，有5个型号，其中XN-5型为舰载型，安装在“范戈特”号、“红石”号等测量船上，目前该系列雷达已装备近百套。

图1 AN/FPS-16单脉冲跟踪雷达

1.2 AN/MPS-36机动靶场测量雷达

1968年5月，美国RCA公司根据美国陆军提出的“机动式靶场安全系统”需求设计研制出AN/MPS-36机动式靶场测量雷达。该雷达具备高可靠性、高维护性以及高机动性等特点，能够满足靶场测量各项任务。该测量雷达天线直径3.66 m，采用5喇叭馈源单脉冲形式，角跟踪精度0.2 mrad，距离跟踪精度2.7 m，能够跟踪2 000 nmile以外的目标，美国和德国靶场均已装备该雷达。

1.3 AN/FPQ-10靶场通用测量雷达

AN/FPQ-10是基于AN/FPS-16和AN/FPQ-6进行研制的，该雷达接收机采用双通道单脉冲系统，波宽为1°～1.1°，采用圆抛物面天线，具备垂直极化、水平极化、右旋极化和左旋极化，角跟踪精度0.3 mrad(最大值)，距离跟踪精度达1.8 m，于1966年开始装备美国各靶场。

1.4 固定式单脉冲精密测量雷达

上世纪60年代国内成功研制出第1台精密测量雷达，该雷达采用单脉冲非相参磁控管发射机体制，天线直径4.2 m，发射峰值功率800 kW，测角精度0.2 mrad，距离测量精度5 m，与美国AN/FPS-16(XN-1)测量雷达水平相当。70年代又基于该雷达研制出单脉冲相参精密测量雷达。

1.5 移动式车载非相参精密测量雷达

国内从第1部精密测量雷达开始，经过20多年发展，20世纪80年代中期，成功研制出移动式车载非相参精密测量雷达，该雷达搭载在移动拖车上，可拆装，机动性强，如图2所示，填补了车载移动式精密测量雷达空白，随后又研制出机动型相参精密测量雷达。常规体制测量雷达主要采用机械扫描反射面体制，相对于相控阵体制，其成本较低，具备一定的机动性能，但是仅能完成单目标跟踪测量，功能相对较少，难以满足试验跟踪测量提出的多目标以及多功能需求。

图2 移动式车载非相参精密测量雷达

2 相控阵多目标测量雷达

随着武器系统的发展，对测量雷达提出了多目标探测需求，由此多目标测量技术得到了迅速发展与应用。

为满足多目标测量跟踪需求，高精度测量雷达由常规反射面体制逐步向相控阵体制发展，但是采用相控阵体制会大大增加雷达成本。为实现较高性价比的高精度测量雷达，通常采用空馈相控阵或无源相控阵以及机相扫结合形式，以降低成本。随着相控阵技术的应用，高精度测量雷达不仅实现了多目标测量跟踪，而且还具备边跟边监视、靶场控制、靶场安全等功能同时进行，极大地提高了高精度性能。相控阵体制高精度测量雷达主要有以下几种。

2.1 MOTR多目标精密测量雷达

MOTR雷达为1985年由美国RCA公司开始研制的一款相控阵体制的多目标测量雷达。该雷达的脉冲重频、脉宽、工作频率、编码形式、时统以及发射功率可根据靶场试验需要进行灵活设置，具备对空、靶场安全、靶场控制以及监视等多种功能，能够同时跟踪10批目标，并且绝对精度比单目标测量雷达高1～2倍。该雷达可以对目标进行自动捕获并转跟踪，且捕获时间小于1 s，具备良好的低角跟踪性能，低角跟踪精度比AN/MPS-36和 AN/FPS-16测量雷达高3倍。

2.2 MIR多目标测量雷达

根据美海军航空系统司令部提出的多目标靶场测量要求，由美国雷声公司研制出了MIR。该雷达是一部机相扫结合的测量雷达，采用空馈透镜相控阵列，天线直径3.6 m，由8 973个天线单元组成，电扫范围：方位±35°，俯仰±30°，两轴机扫方位470°，能够同时跟踪16批高机动目标，特别适用于飞机和导弹靶场，并且其多目标跟踪精度不亚于单目标测量雷达跟踪精度。MIR多目标测量雷达对雷达截面积(RCS)为1 m2目标的作用距离为342.8 km，方位绝对跟踪精度为0.1 mrad，俯仰相对跟踪精度为0.05 mrad，距离跟踪精度为1.8 m。

2.3 REST电扫描靶场测量实验雷达

REST雷达是一部有限相扫范围的机相扫结合雷达，在20世纪70年代，为了使测量雷达满足高动态性能、多目标的要求，美国无线电公司将REST天线前端部分安装在AN/FPS-16雷达天线座上，由于AN/FPS-16雷达原有天线基座、发射机、定时系统以及对外接口等部分都保持不变，所以大大降低了REST雷达的研制和生产成本。REST雷达工作在C波段，天线直径3 m，天线单元112×64个，相扫方位10°×10°，相扫范围内可跟踪20个目标，对RCS为1 m2目标的作用距离110 km，系统指向精度≤0.312 mrad(均方根值)。这种机相扫结合雷达不仅加快了目标捕获过程，而且特别适用于跟踪多目标群。

2.4 TWS-QR边扫描边跟踪寂静雷达

TWS-QR作为一款美国休斯飞机公司于1982年初研制出的跟踪雷达，主要用于各种地空导弹系统，还作为SHORAD/LOMAS武器系统和AMRAAM空空导弹武器系统的监视和控制雷达，该雷达具备较强的复杂电磁环境抗干扰能力。TWS-QR工作在I/J波段，方位旋转，俯仰电扫多波束，可以通过方位50转/min搜索监视360°方位空域。该雷达具备超低副瓣、低功率波形、高跟踪精度等特点，另外还具备高机动，整部雷达可通过2辆车完成装载，随时机动。

2.5 车载相控阵多目标单脉冲精密跟踪雷达

为满足多目标测量需求，国内在20世纪90年代成功研制出第1部相控阵多目标测量雷达，如图3所示。该雷达采用机相扫结合形式，搭载在移动拖车上，具备较强的机动性能。该雷达阵面采用空馈透镜式稀布阵，阵面天线口径3.7 m，可同时进行10批目标跟踪测量，性能相当于美国MOTR多目标精密测量雷达的水平。

图3 车载相控阵多目标单脉冲精密跟踪雷达

3 后续发展趋势分析

作为新型武器发展方向，多弹头、子母弹、高超声速导弹以及以电磁轨道炮为代表的新质武器等正逐步走向应用，如图4、图5所示。

图4 美国海军电磁轨道炮

图5 美国X-51高超音速飞行器

新型武器主要特点包括：

(1) 新型武器具备高超音速飞行能力，如美军电磁轨道炮弹丸初速度可达2～2.5 km/s，X-51A高超音速巡航导弹速度可达6 Ma，X-37B空天飞机速度可达25 Ma等；

(2) 新型武器具备超远距离打击能力，如美国电磁轨道炮极速射击200 km外目标，远远超出常规火炮打击距离，超音速导弹打击距离可从几百公里延伸至几千公里；

(3) 新型武器具备多弹丸、多弹头、子母弹饱和攻击能力。为了突破对方防御体系，新型武器一次发射通常携带多枚弹头或者连续饱和攻击，提升打击效果；

(4) 具备高机动、超低突防、末段高角俯冲攻击等特点，如俄罗斯和印度的布拉莫斯等；

(5) 为躲避雷达探测，提升突防能力，新型武器提升雷达隐身性能，尽量降低目标特征，使对方雷达难以探测。

以上特点对高精度测量雷达在原相控阵多目标测量雷达的基础上，提出了更高、更多的要求，包括：

(1) 超高音速目标的多目标、远距离、高精度跟踪能力；

(2) 针对超高倍音速目标的快速反应与处理能力；

(3) 适应试验测量需求的轻量化高机动能力；

(4) 强抗干扰(抗杂波、电磁干扰)能力；

(5) 提升经济性，发挥最大费效比。

为满足这些需求，国外进行了一些新体制测量雷达研究。

3.1 新型iMOTR移动多目标跟踪雷达

英国BAE系统公司2017年在美国的亨茨维尔太空和导弹防御研讨会上推出了一款新型iMOTR移动多目标跟踪雷达，如图6、图7所示。该雷达采用干涉-相控阵体制，工作在C或X波段，能对低空、掠海以及水面各种多目标进行高精度实时跟踪，具备较强的海杂波、地杂波抑制能力，目前主要用于对飞机和无人机的测评和评估。该雷达与目前在役的靶场雷达相比，能在更宽的视场范围内提供更精确的多目标位置信息数据。

图6 新型iMOTR移动多目标跟踪雷达

图7 iMOTR雷达折叠状态

iMOTR雷达优先选用现有货架产品(包括增强型氮化镓、射频和模数转换技术)相匹配的设计思路进行设计，以获得一种高性价比的多目标跟踪雷达。iMOTR雷达与目前传统多目标相控阵跟踪雷达系统相比，具备较高的性价比和高机动性，其突出的低空和超低空探测能力，可与远程预警探测雷达实现盲区补充探测，具备高费效比，可有效对末端导弹等目标进行稳定探测跟踪。

表1 新型iMOTR移动多目标跟踪雷达主要参数

3.2 iMOTR移动多目标跟踪雷达的改进型

2018年4月，弗吉尼亚州贝尔沃堡的美国陆军采购中心公布了一种全新的炮瞄雷达，如图8所示。这种雷达装在一个小拖车上，天线阵面倾斜，由4块平板组成，由于还处在研发阶段，并未公布其型号和性能。根据外形与iMOTR移动多目标跟踪雷达相近，可判断该雷达可能为BAE系统为美国陆军的研制的iMOTR移动多目标跟踪雷达的改进型，从公布的图片分析，该雷达体制应该与iMOTR雷达体制一样，不过与其不同的可能是收发分置，中间平板天线发射，外围3个平板天线接收。另外，根据美军电磁轨道炮相关信息判断，该雷达可能主要为美军电磁轨道炮提供测试保障，能够快速发现、捕获超高音速的电磁轨道炮弹丸，并对其进行精确跟踪测量。

图8 iMOTR移动多目标跟踪雷达的改进型

为适应新型武器发展，国内外均对新体制高精度测量雷达进行了探索和研究。虽然国内外研究的新体制具体形式不同，但是为满足新型武器发展对高精度测量雷达提出的超高音速目标的高精度跟踪、多目标、远距离、轻量化高机动、强抗干扰能力(抗杂波、电磁干扰)、高性价比等新的跟踪测量要求，发展新体制高精度雷达测量将成为一种趋势。