一文解读米波雷达面临世界性难题及解决对策

　　米波雷达的性能概述

　　在现代化战争条件下，为了使陆军防空部队有效的掌握空中态势感知情报，探测雷达必须具备以下一些性能：

　　第一，能探测到各种类型的空中目标，如有人驾驶飞机、无人驾驶飞机、导弹、巡航导弹、高精度武器等等；

　　第二，探测距离足够远；

　　第三，探测高度涵盖所有空域，包括超低空、低空、中空、高空等等；第四，测量精度高，能准确测定空中目标的坐标和飞行弹道；

　　第五，雷达信息数据传输速度快，传输性能稳定；

　　第六，具备强大的抗干扰能力，既能应付主动干扰，也能应对被动干扰；

　　第七，拥有一定的抗打击能力，可有效应对敌高精度武器的“点穴”式攻击。

　　对陆军防空部队来说，要想大幅提升陆基探测雷达的生存能力，就必须使雷达具备应对敌高精度武器打击的能力，而要做到这一点，最好的办法就是增强陆基探测雷达的机动能力，即：减少探测雷达载车的数量，缩短雷达阵地展开和撤离的时间。

　　与高频雷达相比，米波雷达虽然在提升机动能力方面所面临的困难要更多一些，但米波雷达却具备其他高频雷达所没有的一些优点，如：探测范围广；探测性能强；能有效增强空中目标的雷达反射截面，这点对小型空中目标和隐形空中目标尤其有效；由于天线方向图受二次辐射（特别是在辐射径向上）的曲折度不大，因此接收空中目标的反射信号波动很小；水文气象条件对米波雷达的影响几乎没有，在很大程度上减轻了米波雷达对天气条件的依赖；减少了探测死角，在树木茂盛地带的探测能力明显增强等等。此外，反雷达武器、干扰设备和隐形技术在研发过程中遇到了诸多困难，进展缓慢，这就从客观上决定了米波雷达在防空和民航方面有很广阔的应用空间和发展前景，它探测距离远，测量精度高，目标跟踪稳定性强，可在复杂的气候条件下高质量的完成空情态势感知任务，是国家安全领域一件高效的防卫利器。

　　米波雷达工作原理

　　隐身战机主要通过外形的隐身设计和吸波涂层降低雷达的可探测。但就目前所有隐身战机而言，仍然无法实现全方位和全电磁波段的所谓“全隐身”能力，特别是当战机在执行任务时，挂载的导弹或者外部油箱等不具备隐身性能，大大增加了战机被雷达探测到的可能性。而即便没有外挂，隐身战机也只有前部和腹部可实现对微波雷达的隐身，其隐身的电磁波段大都在0.3~29GHZ范围，而米波雷达恰好避开了隐身战机的隐身波段，这成为它能探测到隐身战机的原因所在。

　　正是因为米波雷达“天然”拥有发现隐身战机的“专长”，其探测距离较远，体积重量也都不大，而且受天气条件的影响小，电子对抗能力强，适宜放置在陆基、海基和空基平台上机动部署，因此许多军事专业人士认为，相比之下，米波雷达的综合优势更好，理应承担反隐身战机的重任。不过，传统的米波雷达多使用简单的八木天线或老式网状天线，缺点在于分辨率差，探测精度低、不能测高、目标识别能力有限，而且由于不易消除地面反射波的影响，导致其低空探测能力弱、覆盖空域不连续、抗干扰能力不足、阵地适应性差。而这些问题也正是导致米波雷达发展一度停滞不前的重要原因，也决定了如不加以改进的话，米波雷达“视力”不提高，只能侧重于防空警戒，不能用于武器引导，无法对隐身战机提供高质量的追踪，难以成为当前反隐身战机中的核心雷达。

　　米波雷达面临世界性难题及解决方法

　　为了解决米波雷达难以实现目标跟踪和识别问题，吴剑旗将米波雷达和相控阵雷达设计方法结合起来，创立了相控阵米波雷达，使用电扫代替机扫，使得米波雷达能生成具有特定波形、频率、极化特征的电磁信号，在雷达接收机中使用更先进的识别算法对反射回来的信号进行特征识别，进而实现了在空中的点迹关联和目标识别。从YLC-8B在巴黎航展上的照片可以看出，该雷达的确是采用了相控阵设计体制，拥有约1000个T/R组件。

　　独立波束实施扫描：

　　吴剑旗团队利用了相控阵雷达可以同时发射不同类型波束的特点，在不同的地形方向发射特征不同的独立波束实施扫描。这些波束是独立的，在频率、波形上完全不同，且波束宽度都很窄，多个波束分别扫描不同空域时就弥补了波瓣分类形成的波束凹口。

　　此外，多径反射信号返回雷达天线，也有很大概率不会回到发射它的那个波束中去，且能被识别出来，这样就极大的降低了多径信号的干扰。假设有10个波束信号，编号分别是1都10，每个波束信号的特征都能被识别出来，且负责不同空域，1号波束信号经过打地反射后只有10%的概率进入1号波束的雷达入口，90%可以被识别出来。

　　提出地形参数匹配最大似然测高算法：

　　解决测高问题要比解决威力区不连续的问题复杂一些，这是因为目标在高空和低空时测高解决方案完全不同，在高空时，解决方案可以使用威力区不连续的方法。而在低空时，由于地形复杂，多径信号和反射信号交织，往往会产生较大的杂波，多个独立波束扫描的方法可以提升一定的测高性能，却不能达到理想状态。

　　为了解决这一问题，吴剑旗团队提出了一种名为地形参数匹配的最大似然测高算法。这种算法的本质是对雷达阵地进行精确建模，由于雷达一般都部署于选定的固定的几个阵地，战时机动也无非就是在这几个阵地来回切换，因此就有在这几个阵地事先建模的条件。通过对雷达阵地周围环境的精确测量，得到米波雷达在周围地形下每个反射点的起伏信息，进而将这些信息计算为路径差和多径因子。将雷达布设在该阵地上进行实际使用，将实际使用后的测高结果与理论值进行对比进而修正路径差和多径因子，通过多次修正，这些参数就能能自动修正探测结果，将正确目标高度信息返回到雷达显示屏。

　　这种方法在较为平台的阵地上使用时效果极佳。但在起伏较大的复杂地形使用时效果稍弱，为此，吴剑旗团队又提出了一种基于自适应波束形成的测高方法。这种方法是设计一种主动对消的雷达波束，将目标直达回波和反射多径回波视为两个位置方向的旁瓣干扰，在雷达测高时，使用主动对消的雷达波束和这两个波束实施对消，对消效果最好的方向即为回波信号和多径信号的真实到达角，通过该角度即可算出目标的真实高度。

　　提出两种解决抗干扰能力方法：

　　第一是尽量在作战环境中使用电磁频谱管制，同时让雷达工作频率避开主要的军用通信和民用电台频段，不至于出现干扰。实践中发现，采用传统的米波雷达所在的30～300Mhz高频段（HF）往往难以满足抗干扰需求，而如将频段稍降，设计在高频HF波段和甚高频UHF之间的300Mhz左右，则既能避免大多数干扰，又能提高雷达的探测精度、刷新频率和捷变频空间，而对雷达探测隐身飞机的能力影响并不明显。因此先进米波雷达的波长严格的说是在米波和分米波之间。

　　第二是采取多域抗干扰的方式实施信号处理。多域手段包括空域、波形域、能量域和处理域。在空域上，先进米波雷达内置了干扰定向追踪模块，当发现有干扰时则对其来袭角度进行精确解算，对该方向主动发射一个对消波束，屏蔽干扰。在波形域上，先进米波雷达使用了上千种波形组合，通过一定的函数在特定的时间发射不同的波形组合，敌人的干扰很难精确模拟。在能量域上采取脉冲压缩技术和长时间脉冲能量积累的方式实施功率对抗，力求实现“烧穿”干扰。在处理域上，使用幅度偏差系数剔除、谱特征分析等方法综合使用剔除干扰。