雷达对抗的基本原理 雷达对抗的主要技术特点

“雷达对抗是一切从敌方雷达及其武器系统获取信息（雷达侦察）破坏或扰乱敌方雷达及其武器系统的正常工作（雷达干扰和雷达攻击）的战术、技术措施的总称。雷达对抗在现代战争中处于举足轻重、日益重要的地位。”

一、雷达对抗的基本原理

雷达对抗是与雷达紧密联系在一起的。众所周知,雷达为了获取目标信息,必须首先将高功率的电磁波能量照射到目标上；由于目标的电磁散射特性,将对照射能量产生相应的调制和散射;雷达接收到目标调制后的一部分微弱的散射信号,再根据收发信号调制的相对关系,解调出目标信息。

雷达对抗的基本原理如下图所示。雷达对抗设备中的侦察设备接收雷达发射的直达信号,测量该雷达的方向、频率和其它调制参数,然后根据已经掌握的雷达信号先验信息和先验知识,判断该雷达的功能、工作状态和威胁程度等,并将各种信号处理的结果提供给干扰机和其它有关的设备。

由此可见,实现雷达侦察的基本条件是:

①雷达向空间发射信号;

②侦察接收机接收到足够强的雷达信号;

③雷达信号的调制方式和调制参数位于侦察机信号检测处理的能力和范围之内。

图1 雷达对抗的基本原理示意图

根据雷达对目标信息检测的过程,对雷达干扰的基本方法包括：

①破坏雷达探测目标的电波传播路径；

②产生干扰信号进入雷达接收机,破坏或扰乱雷达对目标信息的正确检测；

③减小目标的雷达截面积等。

后续将陆续介绍图中各种干扰信号的产生技术，以及它们进入雷达接收机后破坏或扰乱对目标信息正确检测的原理。

雷达反辐射攻击的基本原理：

①检测识别敌方的威胁雷达辐射源信号；

②锁定和跟踪该辐射源，实时向攻击武器飞行控制机构提供角度测量信息；

③导引反辐射武器不断逼近该辐射源，直到将其摧毁。

雷达对抗的主要技术特点是：

1. 宽频带、大视场

雷达对抗要能够作用于广阔地域内各种工作频率的雷达,对抗具有众多威胁雷达的信号环境。因此,雷达对抗设备的工作视场往往是半空域或者全空域,工作带宽往往是倍频程或多倍频程的。

2. 瞬时信号检测、测量和高速、非匹配信号处理

由于雷达信号大多为射频脉冲,持续时间很短。雷达侦察设备预先并不知道雷达信号的调制特性、到达的时间和空间等,在信号严重失配的情况下,对于射频脉冲信号的检测、测量等都必须在短暂的脉冲期间内完成。导弹末制导雷达、近炸引信等武器设备的发射信号时间很短,要求雷达对抗系统的信号处理必须尽快完成,及时作出有效的反应。

二、雷达侦查概述

雷达侦察的目的就是从敌方雷达发射的信号中检测有用的信息，并且与其它手段获取的信息综合在一起,引导我方作出及时、准确、有效的反应。

雷达侦察主要任务分为以下5类：

1.电子情报侦察（ELINT）

雷达情报侦察是信息的重要来源,在平时和战时都要进行,要求其获得广泛、全面、准确的技术和军事情报,主要由侦察卫星、侦察飞机、侦察舰船、地面侦察站等来完成。为了保证情报的可靠性和准确性,电子情报侦察允许有较长的信号处理时间。

2. 电子支援侦察（ESM）

电子支援侦察需提供当前战场上敌方电子装备的准确位置、工作参数及其转移变化等,以便指战员和有关的作战系统采取及时、有效的战斗措施。一般由作战飞机、舰船和地面机动侦察站担任,对它的特殊要求是快速、及时,对威胁程度高的特定雷达信号优先进行处理。

3. 雷达寻的和告警（RHAW）

用于作战平台（如飞机、舰艇和地面机动部队）的自身防护。雷达寻的和告警的作用对象主要是对本平台有一定威胁程度的敌方雷达和来袭导弹,RHAW连续、实时、可靠地检测它们的存在、所在方向和威胁程度,并且通过声音或显示等措施向作战人员告警。

4. 引导干扰

所有雷达干扰设备都需要有侦察设备提供威胁雷达的方向、频率、威胁程度等有关的参数,以便根据所辖干扰资源的配置和能力,选择合理的干扰对象,选择最有效的干扰样式和干扰时机。在干扰实施的过程中,也需要由侦察设备不断地监视威胁雷达环境和信号参数的变化,动态地调控干扰样式和干扰参数以及分配和管理干扰资源。

5. 引导杀伤武器

通过对威胁雷达信号环境的侦察和识别,引导反辐射导弹跟踪某一选定的威胁雷达,直接进行攻击。

雷达侦察的技术特点有以下三个方面：

1.作用距离远、预警时间长

雷达接收的是目标对照射信号的二次反射波,信号能量反比于距离的四次方;雷达侦察接收的是雷达的直接照射波,信号能量反比于距离的二次方。因此,侦察机的作用距离都远大于雷达的作用距离,一般在1.5倍以上,从而使侦察机可以提供比雷达更长的预警时间。

2.隐蔽性好

向外界产生的信号辐射,容易被敌方的信号侦收设备发现,不仅可能造成信息的泄露,甚至可能招来致命的攻击。辐射信号越强越容易被发现,也就越危险。从原理上说，雷达侦察只接收外界的辐射信号，因此具有良好的隐蔽性和安全性。

3. 获取的信息多而准

雷达侦察所获取的信息直接来源于雷达的发射信号，受其它环节的影响少，信噪比高，因此信息的准确性较高。雷达信号细微特征分析技术,能够分析同型号不同雷达信号特征的微小差异,建立雷达数据库。雷达侦察本身的宽频带、大视场特点又广开了信息的来源,使雷达侦察的信息非常丰富。

典型雷达侦察设备的基本组成如图2所示。

测向天线阵覆盖雷达侦察设备的测角范围ΩAOA，并与测向接收机组成对雷达信号脉冲到达角θAOA的检测和测量系统，实时输出检测范围内每个脉冲的到达角数据（θAOA）；测频天线的角度覆盖范围也是ΩAOA，它与测频接收机组成对其它脉冲参数的检测和测量系统，实时输出检测范围内每个脉冲的载频（fRF）、到达时间（tTOA）、脉冲宽度（τPW）、脉冲功率或幅度（AP）数据，有些雷达侦察设备还可以实时检测脉内调制，输出脉内调制数据（F）， 这些参数组合在一起,称为脉冲描述字（PDW）,实时交付信号预处理器。

图2 典型雷达侦察设备的基本组成

信号预处理的过程是:将实时输入的脉冲参数与各种已知雷达的先验参数和先验知识进行快速的匹配比较,按照匹配比较的结果分门别类地装入各缓存器,对于认定为无用信号的立即剔除。预处理中所用到的各种已知雷达的先验参数和先验知识可以是预先装载的,也可以在信号处理的过程中补充修改。

信号主处理的过程是:选取预处理分类缓存器中的数据,按照已知的先验参数和知识,进一步剔除与雷达特性不匹配的数据,然后对满足要求的数据进行雷达辐射源检测、参数估计、状态识别和威胁判别等,并将结果提交显示、记录、干扰控制设备及其它设备。

显示器、控制器用于侦察机的人机界面处理,记录器用于各种处理结果的长期保存。

三、雷达干扰概述

 

 

图3 多无人机对组网雷达的协同干扰

雷达干扰是一切破坏和扰乱敌方雷达检测我方目标信息的战术、技术措施的统称。可以采用无线电的方法,通过辐射或散射干扰信号进入雷达接收机,破坏和扰乱敌方雷达的正常工作。

雷达的干扰分类如下图所示。

图4 雷达干扰的分类

现代雷达干扰机的作战对象是一个复杂的威胁雷达网。为了合理、有效地对抗各种威胁雷达,在一部干扰机中可能含有多种干扰资源（能够按照控制命令产生干扰信号的设备称为干扰资源）,它们在干扰决策、干扰资源管理设备的控制下协调、有序地工作。如下图所示。

图5 雷达侦查、干扰机机基本框图

根据干扰信号的产生原理,干扰资源主要分为:引导式干扰资源、转发式干扰资源和合成式干扰资源,分别如下图（a）、（b）、（c）所示。

图6 雷达干扰资源的基本组成

（a）引导式干扰资源;（b）转发式干扰资源；（c）合成式干扰资源

引导式干扰资源的信号来自于自身的压控射频振荡器（VCO）,干扰技术产生器根据干扰决策命令中的载频设置命令,控制VCO振荡的中心频率;根据调频参数的设置命令,产生相应的交变波形和波形参数,使VCO的振荡频率在中心值附近产生相应的变化;根据调幅参数的设置命令,干扰技术产生器输出相应的调幅波形和波形参数,通过幅度调制器,产生干扰信号的幅度变化;功率合成与干扰波束形成网络可能是多个干扰资源所共用的,它可根据决策命令在指定的时间里、在指定的方向上辐射出大功率的干扰信号。

转发式干扰资源主要用于自卫干扰,它的信号来自接收到的雷达照射信号,经过射频信号存储器（RFM）,将短暂的雷达射频脉冲保存足够的时间,再经过时延、幅度和相位的干扰调制,由功率合成与干扰波束形成网络转发给雷达接收天线和接收机。干扰技术产生器的作用是根据时延、幅度和相位的干扰决策命令,产生相应的时延、幅度和相位调制信号。

合成式干扰资源主要采用数字合成技术，在干扰资源有限的条件下，以最合理的干扰样式同时干扰多部雷达。干扰技术合成产生器按照控制中心的命令，首先生成对雷达i的最佳正交干扰波形数据，并保存在波形存储器中。R(t)控制波形的输出，然后将各雷达的正交干扰波形数据按照时间、功率比的关系合成为基带干扰波形数据，再将合成后的波形数据交送数模转换器（DAC），生成基带干扰信号，与调谐本振信号变频到指定的频段F(t)，通过功率放大器和发射天线，辐射到指定的θ(t)方向。

“雷达侦察系统的使命在于确定敌方雷达的存在与否，并测定其各种特征参数。在雷达的各种特征参数中，频域参数是最重要的参数之一，它反映了雷达的功能和用途，雷达的频率捷变范围和谱宽是度量雷达抗干扰能力的重要指标。”

一、测频系统的主要技术指标

1、频率测量范围、瞬时带宽、频率分辨力、频率测量精度

频率测量范围：是指测频系统最大可测的雷达信号频率范围；

瞬时带宽：是指测频系统在任一瞬间可以测量的雷达信号频率范围；

频率分辨力：是测频系统所能分开的两个同时到达信号的最小频率差。（宽开式晶体视频接收机的瞬时带宽与测频范围相等，因此对单个脉冲的频率截获概率为1，可是频率分辨力却很低。而窄带扫频超外差接收机，瞬时带宽很窄，其频率分辨力等于瞬时带宽，对单个脉冲截获概率虽很低，但其频率分辨力却很高，可见，传统的测频接收机在频率截获概率和频率分辨力之间存在着矛盾。目前，信号环境中的信号日益密集、频率跳变的速度与范围越来越大，这就迫切要求研制新型的测频接收机，使之既在频域上宽开，截获概率高，又要保持较高的分辨力）。

测频误差：是指测量得到的信号频率值与信号频率的真值之差，常用均值和方差来衡量测频误差的大小。按起因，可将测频误差分为两类:系统误差和随机误差。系统误差是由测频系统元器件局限性等因素引起的，它通常反映在测频误差的均值上，通过校正可以减小；随机误差是噪声等随机因素引起的，它通常反映在测频误差的方差上，可以通过多次测量取平均值等统计方法减小。一般，把测频误差的均方根误差称为测频精度，测频误差越小，测频精度越高。对于传统的测频接收机，最大测频误差主要由瞬时频带Δfr决定，即

可见，瞬时带宽越宽，测频精度越低。对于超外差接收机来说，它的测频误差还与本振频率的稳定度、调谐特性的线性度以及调谐频率的滞后量等因素有关。

2、无模糊频谱分析范围、频谱分辨力、频谱分析误差

无模糊频谱分析范围：是指频谱分析系统最大可无模糊分析的信号频谱范围；

频谱分辨力：是指输出相邻谱线的最小频率间隔；

频谱分析误差：是指分析值与频谱真值之间的误差。

3、灵敏度和动态范围

灵敏度：是指频率测量和频谱分析系统正常工作时所需要的最小输入信号功率，是测频接收机检测弱信号能力的象征。正确地发现信号是测量信号频率的前提，要精确地测频，特别是数字式精确测频，被测信号必须比较干净，即有足够高的信噪比。如果接收机检波前的增益足够高，则灵敏度是由接收机前端器件的噪声电平确定的，通常称之为噪声限制灵敏度。如果检波器前的增益不够高，则检波器和视放的噪声对接收机输出端的信噪比影响较大，这时接收机的灵敏度称为增益限制灵敏度。

动态范围：是指在保证精确测频条件下输入信号功率的变化范围。在测频接收机中，被测信号的功率变化会影响测频精度，信号过强会使测频精度下降，过弱则被测信号信噪比低，也会使测频精度降低。我们把这种强信号输入功率和弱信号输入功率之比称为噪声限制动态范围。如果在强信号的作用下，测频接收机内部所产生的寄生信号遮盖了同时到达的弱信号，这就会妨碍对弱信号的测频。这时，强信号输出功率与寄生信号的输出功率之比称为瞬时动态范围。它的数值的大小，也是测频接收机处理同时到达信号能力的一种量度。

4、最小测频和频谱分析脉宽、频谱分析时间、时频分辨力

最小测频和频谱分析脉宽：是指系统可以进行测频和频谱分析的最小输入信号脉宽；

频谱分析时间：是指完成一次频谱分析所需要的时间；

时频分辨力：是指相邻两次频谱分析之间的最小时间间隔。

5、测频时间、频域截获概率、频域截获时间

测频时间：是指信号输入到输出测频结果所需要的时间；测频时间是接收机从截获信号到输出测频结果所用的时间。对侦察接收机来说,一般要求瞬时测频。对于脉冲信号来说,应在脉冲持续时间内完成测频任务,输出频率测量值fRF。为了实现这个目标,首先必须有宽的瞬时频带,如一个倍频程,甚至几个倍频程;其次要有高的处理速度,应采用快速信号处理。测频时间直接影响到侦察系统的截获概率和截获时间。

频域截获概率：是指在给定的时间内正确地发现和识别给定信号的概率。截获概率既与辐射源特性有关，也与电子侦察系统的性能有关。如果在任一时刻接收空间都能与信号空间完全匹配，并能实时处理，就能获得全概率，即截获概率为1，这种接收机是理想的电子侦察接收机。实际的侦察接收机的截获概率均小于1。频域的截获概率，即通常所说的频率搜索概率。对于脉冲雷达信号来说，根据给定时间不同，可定义为单个脉冲搜索概率、脉冲群搜索概率以及在某一给定的搜索时间内的搜索概率。单个脉冲的频率搜索概率为

式中，Δfr为测频接收机的瞬时带宽；f2-f1为测频范围，即侦察频段。譬如Δfr=5MHz，f2-f1=1GHz，则PIF1=5×10-3，可见是很低的。若能在测频范围内实现瞬时测频，即Δfr=f2-f1，于是PIF1=1。

频域截获时间：是指达到给定截获概率所需要的时间。它也与辐射源特性及侦察系统的性能有关。对于脉冲雷达信号来说，在满足侦察基本条件的情况下，若采用非搜索的瞬时测频，单个脉冲的截获时间

式中，Tr为脉冲重复周期；tth为电子侦察系统的通过时间，即信号从接收天线进入到终端设备输出所需要的时间。

6、对大同时到达信号的频率测量和频谱分析能力

对同时到达信号的频率测量和频谱分析能力是指在有两个或者两个以上不同频率的信号同时到达测频系统时，系统能够按照指标同时测量这些信号的能力和性能。

对于脉冲信号来说，两个以上的脉冲前沿严格对准的概率是很小的，因而理想的同时到达信号是没有实际意义的。这里所说的同时到达信号是指两个脉冲的前沿时差Δt<10ns或10ns<Δt<120ns，称前者为第一类同时到达信号，后者为第二类同时到达信号。由于信号环境的日益密集，两个以上信号在时域上重叠概率日益增大，这就要求测频接收机能对同时到达信号的频率进行分别精确测量，而且不得丢失其中弱信号。

7、测频的信号形式

现代雷达的信号种类很多，可分为两大类：脉冲信号和连续波信号。在脉冲信号中，有常规的低工作比的脉冲信号、高工作比的脉冲多普勒信号、重频抖动信号、各种编码信号以及各种扩谱信号；强信号频谱的旁瓣往往遮盖弱信号，引起频率测量模糊，使频率分辨力降低。对于扩谱信号，特别是宽脉冲线性调频信号的频率测量和频谱分析，不仅传统测频接收机无能为力，而且有些新的测频接收机也有困难，这有待于新型的数字化接收机来解决。

允许的最小脉冲宽度τmin要尽量窄。被测信号的脉冲宽度上限通常对测频性能影响不大,而脉冲宽度的下限往往限制测频性能。脉冲宽度越窄，频谱越宽，频率模糊问题越严重，截获概率和输出信噪比越小。

二、雷达信号测频技术

对于雷达信号频率测量技术的基本分类如下图所示。

对雷信号频率的测量可以采用模拟接收机、数字接收机和模拟/数字混合接收机以及信号处理技术实现。

第一类测频技术是直接在频域进行，叫频域取样法，其中包括搜索频率窗和毗邻频率窗。

搜索频率窗为搜索法测频，是通过接收机的频带扫描，连续对频域进行取样的，是一种顺序测频。其主要优点是：原理简单，技术成熟，设备紧凑。其严重缺点是频率截获率和频率分辨力的矛盾难以解决。

毗邻频率窗为非搜索法测频，较好地解决了截获概率和频率分辨力的矛盾，但为了获得足够高的频率分辨力，须增加信道路数。现代集成技术的发展使信道化接收机得到了迅速推广并具有较好的前景。

第二类测频技术不是直接在频域进行的，是将信号频率单调变换到相位、时间、空间等其它物理域（其中包括相关/卷积器和傅立叶变换），在通过对变换域信号的测量得到原信号频率。这些方法的共同特点是：既能获得宽瞬时带宽，实现高截获概率，又能获得高频率分辨力,较好地解决了截获概率和频率分辨力之间的矛盾。由于对信号的载波频率的测量是在包络检波器之前进行的,这就对器件的工作频率和运算速度提出了苛刻要求。这类接收机主要包括用Chirp变换处理机构成的压缩接收机，用声光互作用原理和空间傅立叶变换处理机构成的声光接收机，它们不仅解决了截获概率和频率分辨力之间的矛盾，而且对同时到达信号的分离能力很强。

在时域利用相关器或卷积器也可以构成测频接收机。其中利用微波相关器构成的瞬时测频接收机，成功地解决了瞬时测频范围和测频精度之间的矛盾，使得传统的测频接收机大为逊色。由于能够单脉冲测频，故称为瞬时测频接收机。

随着超高速大规模集成电路的发展，数字式接收机已经成为可能。它通过对射频信号的直接或间接采样，将模拟信号转变成数字信号，实现信号的存贮和再现,能够充分利用数字信号处理的优点，尽可能多地提取信号的信息。比如，利用FFT算法组成的数字式快速傅立叶变换处理机构成高性能测频接收机，不仅能解决截获概率和频率分辨力之间的矛盾，对同时到达信号的滤波性能也很强，而且测频精度很高，使用灵活。

三、雷达信号频谱分析技术

对雷达信号的频谱分析主要采用数字接收机和信号处理技术实现，所以对雷达信号频谱分析技术能力比较受采样率和数字信号处理速率的影响。

下图为雷达信号频谱分析数字接收机的基本组成，接收天线收到的雷达信号经过低噪声放大器和带通滤波器后送到混频器，与频率为fL的调谐本振信号混频，输出固定中频频率的基带中频信号，分别送到包络检波/对数视放电路和ADC采样电路，最后送给数字信号机进行调制分析。

编辑：黄飞