谈通信化雷达追踪技术

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摘要：伴随着空中突防和防空作战逐渐步入高强度电子对抗及隐形时期，常规雷达追踪体系在作战主动能力、能量密度及质量层面都相对落后。雷达系统需要从追踪体系层面实行改进，充分开发其组合式追踪的主动能力、切实应用波形信号的数据深度优势，才可满足将来空中作战的要求。文章给出一类新型雷达体系-通信化雷达，其借助在发出波形信号中加入基站动态信息、天线扫掠方向、发出时段等辅助位置数据和波形辨认信号等信息，并且在接收过程中识别、使用该信号实施目标追踪、确定位置、辨别、抵抗干扰信号及多重目标辨别，能够大大提高远距离、隐形、高强度对抗情况下的雷达系统追踪性能及野外生存能力。文章从系统结构、追踪理论、性能分析等层面对通信化雷达进行了研究。

关键词：通信化雷达；远距离追踪；抵抗干扰

引言

雷达系统借助发出电磁波并且针对目标回波实施收集及辨别，达成对于目标的探测、确定位置、追踪、辨别。雷达信号规划和信号分析算法，限定了位移、速率等数据检测精度和目标辨别功能等一般指标。但是，在高强度对抗、远距离追踪、隐形目标追踪等状况下，目前的雷达波形规划、数据分析、追踪模式具有一定短板，比如，目标回波信号相较于干扰信号、噪音信号的弱点，雷达抵抗外界干扰的能力相较于大范围、低造价分散式干扰信号的弱点等。雷达领域尽管已经开发出掩护脉冲等一系列特殊波形和运作方式，从而得到了某些程度的对抗主动性，然而总体而言，雷达追踪系统作为一类组合式追踪模式，该类系统主动性没有得到全方位开发，尤其是未能依靠波形信号中隐藏的数据深度优势来提高整体追踪效果。为此，本文在目前服役的双基地雷达、雷达通信整体化开发前提下，给出一类新型的雷达体系-通信化雷达，该系统关键特征为借由加入辅助定位数据的波形信号规划及数据提取处置用以显著提升雷达追踪性能，即为经过在发出波形信号中加入基站动态信息、天线扫掠方向、发出时段等等辅助位置数据和波形辨认信号等信息，并且在接收过程中识别、使用该信号实施目标追踪、确定位置、辨别、抵抗干扰信号及多重目标辨别，能够大大提高远距离、隐形、高强度对抗情况下的雷达系统追踪性能及野外生存能力。本文从系统结构、追踪理论、性能分析等层面对通信化雷达进行了研究。

1通信化雷达追踪理论

通信化雷达体系的基础架构如图1所示，使用单站方式或者多站方式（以多站方式为主流形式），能够采用“信号接收站前置、信号发射站后置”的排布方式，信号发射站使用地基、空基体系、舰载系统或者民用辐射源以此躲避对方反击火力实行发射，增加生存概率，信号接收站则使用无人机、隐形战机或者前端平台进行近距离信号接收，以此获得能量优势地位并且实行隐形追踪[1]。通信化雷达使用加入信号的波形，把基站从常规的能量发射源头升级为“能量+信息发射源头”，把接收站作用由常规的数据探测升级为“数据探测+调制信号获得”，把雷达目标由常规的电磁信号反射物体升级为“电磁信号反射物体+电磁信号传送体”，发挥“协同式追踪”的潜在能力，能够在双基站追踪的时候提升信号传输效果，能够搭建电子对抗状况下追踪时的信号深度优势，提升雷达低抗干扰性能。通信化雷达的大体运作模式是：（1）基站后置排布，使用方向窄波光束针对目标区域实施方向扫掠，发射波形中加入实时区域数据、发射时段数据、波束方向数据、波形序列数据和其余必须传输的数据，基站能够实现机动性排布。（2）接收站前置排布，使用数码矩阵体系针对目标区域实施方向同步多方向波束信号接收（或方向高速扫掠），实现对于目标反射数据的收集、探测、分析（到达方位分析、到达时段分析）、数据收集（基站区域数据、发射目标数据、发射波形方向数据、波束数据等）及位置确定等，基站能够实现机动性排布。通信化雷达在排布状态上和常规的多向基地雷达、外部辐射源头雷达具有某些相同的特点。多向基地雷达具备较强的抗干扰性能、隐形目的探测能力等优点[2]，然而其对于基站和接收站之间的信号一致性要求较高，通常借助微波直接信道进行通信、卫星信道进行通信或者光纤通信来完成，在繁杂多变实战状况条件下，以上模式会大幅制约该体系的探测区域、反应能力和自我保护能力；与多向基地雷达体系比较，外部辐射源头雷达具备更佳的隐蔽特性，然而因为对于非协调辐射源头的高度依靠，其追踪工作平稳性、反应能力不能满足实际需要。以上两种雷达均具有特定的限定性，现阶段依然未能成为实际应用追踪任务的主要力量。本文给出的通信化雷达基站站点之间不须高度一致性、不须互通，在排布模式、活动性、反应能力、支援保护依靠性层面均具备较大的优势，具备更广阔的实际使用前景。雷达通信一体化技术最近一段时间以来引起了海内外众多相关工程技术人员的注意，该技术的核心思想在于使用相同装备或者相同平台同步完成通信及雷达追踪性能。海内外相关工程技术人员在雷达通信一体化解决方案、发射波形规划、信息分析等层面已经展开了大规模的研究，例如从常规的线性调频雷达数据开始，借助和最少频率移动键控的组合，完成同步追踪和信息通信；在信息通信数据根基上规划的滤波装置组成多载波形，能够较好地同步使用在复合孔径雷达探测和信息通信性能；还有相关工程技术人员根据多重数码频率调频规划的综合化波形，借助调频参数变更、脉冲间隔波形转换来完成雷达探测和信息通信功能，有的相关工程技术人员借助区域分波束规划来完成雷达探测和信息通信性能。本文给出的通信化雷达和雷达通信一体化存在显著的差异，雷达通信一体化依旧是雷达追踪和通信传送两类作用的结合，这两类性能在频率、能量分配和功能存在互相竞争的情况，然而通信化雷达的设计理念是雷达追踪，该系统局限的通信性能是为雷达追踪性能服务的，两类功能在波形规划、数据处理上结合程度较高，能够提高雷达探测全面追踪的能力。

2通信化雷达核心科技

2.1通信化雷达数据处理和波形规划

通信化雷达的波形通常可以使用双层/多层耦合调制模式，其独有的数据处理大体包含4个环节：目标探测、数据探测、数据收据、使用处置。通信化雷达数据处理步骤如下：（1）对于雷达目标反射回波数据实施子脉冲的匹配收集。（2）对于匹配收集发出数据提取，实施子脉冲之间滑窗参数累积。（3）对于滑窗参数累积结论实施目标探测，并且探测目标的时间延续区域。（4）在时间延续区域对于（1）中输送数据实行码元数据收集。（5）经过数据解调，获得发射基站区域、波形方向、发出脉冲间隔等有关数据。（6）根据获得数据及探测数据，完成目标确定、辨别、抗干扰能力等使用性能。依据通信化雷达性能需要，需要在发射波形中加入基站区域、发出时间、波束方向、编码序号等参数，所以，需要在接收端处置信噪比增益、模糊数据、数据传送量、错误代码率等多方面制约下实施波形的改进规划。现阶段雷达通信一体化科技中的波形规划能够提供一定的参考、但是没有符合相关条件的波形。正交频分复用波形具备正交性能优异、隔离程度较高的优点，被普遍使用在多信道通信体系，但是正交频分复用波形的数值一般不够稳定，这项特性限制发射机功放作用在饱和区域，影响了该系统能效[3]。参考文献经过在LFM数据中加入一套正交FM数值来标记通信信号，并且借助加入加权参数来均衡雷达追踪及通信功能，但是，该模式需要雷达接收设备内置通信数据，如若不然便无法针对相关目标反射数据实施匹配收集且有效检测该目标。本文借助前导信息码长度取值的方案代替功率配比的模式来均衡雷达追踪和通信输送的功能，然而其远程追踪时通信信号传送也是一个难点。总体来讲，现阶段雷达通信一体化技术的核心目标是雷达目标追踪和通信数据传送两类功能的配合，其波形规划很难符合通信化雷达的实际使用要求。

2.2通信化雷达目标位置确定

通信化雷达能够应用“距离总和-方位角-方位角”的方案进行位置确定，如果收发站都是单单使用方向扫略（俯仰方向应用宽波传输信号）的状况下便能达到针对目标3D立体空间坐标的位置确认。定位理论中，T代表基站所在区域的位置（坐标：XT、YT、ZT），R代表接收站所在区域的位置（坐标XR、YR、ZR），P代表相关目标的空间位置（坐标X、Y、Z），hT、rT、rR分别是相关目标和基站的空间位置高度差值，相关目标和基站之间的距离，目标和接收站之间的距离。

3通信化雷达追踪特性的研究

下文首先研究了通信化雷达的追踪目标的性能，随后针对通信化雷达在远距离追踪、隐身目标探测、干扰信号对抗等层面的使用情况实行简单描述。

3.1位置确定功能研究对比

用最普遍的状况来实施研究对比，基站、接收站都使用方向窄波信号、俯仰宽波信号。多向基地雷达系统因为很难精确捕捉基站实时脉冲的波束方向、发出脉冲精确时间，所以需要使用接收直达波数据、搭建通信信道等模式，才可以使用“角度-距离总和”等方案确认相关目标的二维坐标（即图2所示），效率较差、灵活度不高。通信化雷达能够从收到的脉冲信号数据内筛选出实时脉冲的基站波束方向、发出时间、基站坐标等详细参数信息，所以能够直接使用“角度-角度-距离总和”等模式确定相关目标的3D空间坐标，效率相对较差、灵活度较高。所以，能够得出，通信化雷达与传统双基地雷达相比在定位性能层面具备很大的优势：可以在远距离的收发基站、更小的通信信道支持、更加灵活地对目标实行三坐标位置确定。

3.2通信化雷达使用前景探究

通信化雷达借助在波形信号内加入辅助追踪数据，既能够在双/多基地排布式追踪中更加准确地定位目标，还可以在繁杂的对抗情况下辨认出干扰信号及目标。针对中远距离的追踪，能够把接收基站前置隐藏接收，因为接收线路比较短，回波目标收集功率比单基地雷达的功率更大，具备追踪能力及提高生存能力的优点。针对直达波抑制的状况，通信化雷达也具备明显的优点，因为其定位不需要使用直达波，能够使用地表曲面进行遮蔽、接收基站在发射基站方向产生波束0点等多重方法限制直达波，也能够借助波形规划从时间区域内和直达波实行阻隔。针对繁杂对抗条件下的目标追踪，在骗取假目标制约辨别层面，当雷达使用繁杂信号调制波形以后，因为扰动装置通常只能对雷达信息的频段、脉冲、重频等一般参数实行分别辨识，无法对加入的数据实行精准收集，所以转换发送干扰数据和信号回波一定有差别，即便扰动装置使用直接发送的模式，例如切片式发送，也能够明显地损坏波形信息的构造，进而能够被辨别。在压制扰动控制层面，假如信号内部波形规划和频段发生变化、波形转换相组合，能够为扰动装置的储存-发送产生极大困难。大体来讲，通信化雷达与常规单基地雷达相比具备更优异的战场追踪隐藏性、可大幅提高生存能力，与双/多基地雷达对比具备更加优异的追踪灵活性及抗电磁干扰性能。

4结束语

综上所述，本文给出了一类新型的雷达追踪系统-通信化雷达，该系统完全发挥“组合式追踪”的潜能，借助对于发射波形中加入的辅助数据的收集及使用，能够明显提升双/多基地等排布式追踪体系的追踪定位性能、抗干扰能力及应用的灵活能力。本文研究了通信化雷达的构成及理论设计，对于其使用趋势进行了分析，未来将配合实际追踪场景展开波形规划、数据分析的深入探究，解决多重目标、多重路径等繁杂状况产生的问题，把该系统使用在远距离追踪、反隐形、抵抗电磁干扰等具体使用状况。

参考文献：

[1]朱敏，游志胜，聂健荪.双（多）基地雷达系统中的若干关键技术研究[J].现代雷达，2002，24（6）：1-5.

[2]刘冰凡，陈伯孝.基于OFDM-LFM信号的MIMO雷达通信一体化信号共享设计研究[J].电子与信息学报，2019，41（04）：801-808.

[3]宋杰，何友，蔡复青，等.基于非合作雷达辐射源的无源雷达技术综述[J].系统工程与电子技术，2009（09）：125-130+154.

作者：孙振宇 单位：91550部队