雷达手册第3版(中文)_第5章_战斗机多功能雷达系统

第 5 章 战斗机多功能霄达系统 5.1 引言 尽管雷达在性能和稳定性方面有超过半个多世纪的改进，大多数雷达在部署、操作和维 护方面仍需要重大的努力。其次，功率孔径积的大小从没有达到所需的那么大。前向技影面 积和航空电子设备的质量在大多数战斗机参数中代价巨大。这些参数驱使了用户、买方和设 计师在单部雷达及其辅助处理设备中要求实现更多的功能。结果是，大多数现代战斗机雷达 都是多功能型的，具备雷达、导航、着陆辅助、数据链和电子对抗 CECM) 等功能[1， 2]。赋 予雷达多功能性的主要因素是首次在 20 世纪 70 年代中期引进的由软件确定的信号和数据处 理[3~6]。软件的可编程性允许雷达使用相同的盯硬件执行多种系统工作模式。此外，现代导 航辅助设备性能优良，使得每一种雷达模式可由雷达所在的地球几何位置决定，且几乎所有 波形参数几乎都可根据当地条件进行设定[7 ， 9]。现代雷达经常是以网络为中心的，使用通信 网络并向其提供数据。配置良好的网络具有自己的网际协议 CIP) 地址。 多功能性与天线类型无关。实际上，机械扫描的 AN/APG-65 、 70 和 73 雷达已经在作战 中演示了多功能性[7]。但用有源电扫描天线 CAESA) 阵更容易实现多功能。图 5.1 所示为 F/A-18EIF 战斗机上的多功能有源电扫描天线雷达，天线阵上盖着保护罩。这个有源电扫描 天线具备的一定外形形状井上翘，用于对某些工作模式提供帮助并将朝敌方雷达的反射减到 最小[8] 。 图 5.1 AN/APG-79 多功能有源电扫天线雷达[12] 本章重点讲述多功能战斗机雷达 CMFAR) 发射什么信号和为什么需要这些信号。后者 从典型任务开始，这个任务示出产生雷达每种工作模式和波形的几何关系，列出了代表性的 雷达工作模式，并示出了现代机载雷达的典型工作模式的交替与定时。前者的 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 由典型波 形变化和几个例子提供。这些例子并非来自任何单一的一部雷达，而是几部现代雷达的组 合。图 5.2所示为多功能战斗机雷达的一般概念。该图示出，经常在大多数微波波段内利用 的相同的射频 CRF) 硬件和处理综合体在时间上的多工操作，以实现空-空 CA-A)、空一 Administrator Stamp • 180. 雷达手册(第三版) 面 CA-S)、电子战 CEW) 和通信功能[9. 11]。有时，如果使用一种共用波形，可以同时实现 多功能。 >昕叫…战酌U…(也哪E四w 飞ζ二立 -.- \ 图 5.2 多功能战斗机雷达中安-空、空-地和电子战功能的交替[9] 天线孔径通常具有多个相位中心，使雷达能为空时自适应处理 CSTAP) [I3]、偏置相位中 心天线 CDPCA) 处理、常规单脉冲角度跟踪、干扰置零和带外到达角 CAOA) 估计等进行 测量。相位中心的最佳放置位置是一种重要的设计折中。一个相位中心就是一个天线孔径的 通道，它们在空间上是偏置的并对入射的电磁波的波前提供部分或完全独立的测量。例如， 一维相位单脉冲有两个相位中心，而二维相位单脉冲有四个相位中心，偏置相位中心天线有两 个或更多个相位中心，配备有保护喇叭用于副瓣抑制的雷达有两个相位中心，而自适应天线阵 可能有许多个相位中心[1川 o STAP 是出现包括时间和空间的非白噪声时，对匹配滤波器经典 理论的扩展。 武器系统的总体要求通常倾向于多功能雷达使用 X 或 Ku 波段。此外，多功能雷达的孔 径及其相关的发射机通常是飞机上尺寸最大的，因此可以获得在同一个波段内干扰敌方雷达 和数据链的最高有效辐射功率 CERP) 。 多由髓撞结掏 图 5.3是一种多功能战斗机雷达的方框图示例。现代一体化航空电子设备组合的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 模 糊了传统雷达功能与其他传感器、对抗措施、武器和通信之间的界限(见本章后面的图 5.12 和图 5.14)。它包括一套微波和射频设备，一套光电、红外、紫外 CEO) 设备，一套存储管 理设备，→套显控设备，多个元余飞行器管理设备和多个冗余处理器组合。 每个微波和/或射频孔径可能有某些嵌入式的信号调节，随后多路传输到 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的通用设 计的射频、滤波器、频率源、模数转换 CA!D)、输入/输出 0/0) 和控制模块。类似设计方 案用于光电 CEO) 传感器、存储管理、飞行器管理、飞行员和飞行器之间接口及一体化的核 心处理设备等。在核心处理与传感器之间存在着大量数据传输，用于提供指向、提示、跟踪 和多传感器探测融合等。这种方法的目的是创造一个传感器与功能之间计算资源灵活分配的 共享体。 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 飞行员 飞行器接口 图 5.3 多功能战斗机雷达与其他传感器融合[2] • 181 • 飞行器管理 传感器中可能包括专用运动传感设备，但长期导航由飞行器管理的全球定位系统和惯性 导航系统 CGPSIINS) 提供。雷达上的运动传感设备必须在相干处理周期之内感知发射波长 几分之一的位置。这通常使用诸如加速计和陀螺仪等高采样速率的惯性传感器实现。惯性导 航系统通常使用卡尔曼滤波技术对陀螺仪和加速计的输出进行积分来估计飞机在全球坐标空 间中的位置。这类系统中所累积的误差可以利用 GPS 更新数据进行校正，也可以利用雷达或 光电传感器测量的已知参照点进行校正。 在航空电子设备中可遍布着几十或成百个存储程序的装置。这些低等级的功能设备用标 准总线连接，总线可以是光纤或金属线:而可编程装置由软件操作环境调用程序控制。这种 结构的目标是要有标准接口、更少的独特组件和单一等级维护。 图 5.4所示为一个战斗机上可能的一套微波和射频孔径设备。飞行器上分布的天线孔径 可多达 20 个，在几倍倍频程上完成雷达、数据链、导航、导弹告警、定向、干扰和其他功 能[2]。分布在飞机上的孔径可指向上、下、前、后、左、右各个方向。某些孔径由于频率和 几何关系一致，可共用于完成通信、无线电导航和识别 CCND 及敌我识别 CIFF) 功能。例 如 JTIDSlLink 16 和 Link22 等数据链可与 GPS 及 L 波段卫星通信 CL SATCOM) 共用一些孔 径。电子战孔径天生必须是宽带的，可与雷达告警接收机 CRWR)、雷达辅助设备和某些类 型的 CNI 共用。 各种孔径通过飞机上的总线实现信号调节、控制井和其余处理程序连接，其余处理或者 在如图 5.5 所示的公用处理器联合体中进行，或者在分布于飞机各个部分的联合处理器中进 行。很重要的一类标准化组件包括基本定时和可编程事件产生器 CPEG)，它生成脉冲重复频 率 CP盯)、模数转换 CAID) 采样、脉冲和脉冲串宽度、消隐门、波束重指命令和其他同步 的实时中断所需的精确定时。第二类标准化组件包括射频和中频 CIF) 放大和混频。第三类 雷达手册(第三版) 包括低噪声频率综合器，其中可能包括直接数字频率综合 CDDS)。模数转换器和控制接口 组件是最后一类。总线连接协议和速度必须具有足够余量以保证无故障、实时工作。 • 182. 。白后视 E、，V， CNI.右舷/顶端 l 多功能战斗机雷达射频孔径共用低级射频设备[2] 器理处据 I 盐 13一-m 器理处号信 与上丽类似的 处理阵列 图 5.4 传感器前端!光电开 关网络孔径 Ef 』 E/ 与 -5 、 JF 多功能战斗机雷达处理流程图[2] 特定传感器模式的功能原理框图和运转然后叠加在这种软硬件基础架构之上。特定模式 在应用程序中以个人电脑处理文字相同的方式实现。进一步类推，关于个人电脑软硬件不可 靠的经验要求图 5.3所示类型的系统必须有冗余、纠错、可信赖，在出现故障时不失效，且 配备严格的程序执行安全性。这将是一项非常有挑战性的系统工程任务，需要大量的数学保 证和系统测试，与目前商用个人电脑的实践完全不同。 图 5.5 所示为→个类似于图 5.3所示的概念性多功能战斗机雷达一体化核心处理器及其 对应的接口，其中存在多个冗余处理阵列(包含用非成块化开关网络连接的标准组件)。内 外总线除相互连接各个处理阵列外，还连接至其他成套设备、传感器、控制和显示。 图 5.5 第 5 章战斗机多功能雷达系统 • 183 • 通常，既有并行电信号总线，又有串行光纤总线，这取决于速度和其在飞机中的总长度[2] 。 信号与数据处理器组合包括多个处理器和存储实体，这可以在一个单芯片上，也可以在多个 独立芯片上，取决于产量、复杂性、速度、高速缓存尺寸等。每个处理器阵列可能包括可编 程信号处理器 CPSP)、通用处理器 CGPP)、大容量存储器 CBM)、输入/输出 C I/O) 和主控 单元 (MCU)o PSP 对传感器数据阵列进行信号处理。 GPP 进行大量存在条件转移的处理。 MCU 除向 PSP、 GPP 和 BM 发出程序外，还管理整个执行和控制。每个芯片的典型处理速 度是 6000MIP (106 条指令/秒)，但在不远的将来可能将达到 32GIPS (108 条指令/秒 ) [J 7] 。 时钟频率受芯片上信号传播速度的限制，已达到 4GHz，在不远的将来将可达到 10GHz[J 8] 。 传感器处理已经达到了成功算法的开发比执行该算法所需计算能力更重要的程度。 许多战斗机系统操作不当会产生危害。如前所述，软件必须彻底测试、纠错、数学上可 信赖和在出现故障时不失效，并配备严格的程序执行安全性。最重要的方面之一是严格遵守 结构化的程序结构。需要一个基于目标的层次结构，即每一级从属于上一级，且子程序需要 时以严格的顺序调用。还要求子程序从不调用自身(递归编码)或调用位于其执行等级的其 他子程序。子程序(目标)应被上级调用，接收从上一级(母级)来的执行参数，并将结果 返馈调用级[94]。图 5.6 和图 5.7 为一种这样的软件结构的示例。这类软件可以在图 5.5所示的 硬件中执行。 图 5.6 多功能战斗机雷达结构化软件 多功能雷达通过交错进行数据收集支持多个活动(或模式〉。监视、轨迹更新和地图是 这些活动的例子。支撑每种活动所需的软件映射到特定的客户模块上，如图 5.7 所示。每种 客户模块负责维护其自身的目标数据库，负责申请孔径使用。申请通过提交天线工作申请完 成，天线工作申请既规定了该使用的波形(怎样做)，也规定了申请的优先级和紧迫性。 • 184. 第K个客户 初始化 通信 控制 数据处理 工作优先规则 目标数据库 雷达手册(第二版) 天线工作申请 / 调度器 根据优先级排序 所有天线工作 下一步做什么 对下一客户或传 感器的波形定时 及控制 图 5.7 多功能战斗机雷达优先级调度 调度器在每次数据收集的问隔执行调度，并根据收到的天线工作申请的优先级和紧迫性 决定下面该做的工作。这样便使孔径一直忙碌并对最新的活动申请做出响应。在调度器选择 了天线工作之后，前端(发射与接收)硬件得到配置，同相和正交 CI/Q) 数据被收集并发送 到信号处理器。在信号处理器中，数据以传感器模式定义的方式处理，信号处理器的结果返 还给提出申请的客户。这样通常会产生数据库更新和/或客户对新的天线工作的需求。使用这 种模块化方式可以在任意时刻添加新活动。 虽然这种结构复杂，软件包括成百万行代码，但是通过严格控制接口、正规配置管理过 程，以及正规验证和确认软件工具可以保持现代多功能战斗机雷达软件的完整性。此外，大 部分子程序受如图 5.7 所示的只读 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 驱动，从而，飞机战术、能力和硬件的演化无需重新 写入验证过的子程序。在系统可能几十年的生命周期内，每年升级软件版本(构造)。每个 子程序也必须有表格驱动的纠错。图 5.6 和图 5.7 中没有显示众多的更低等级，总共可能有 几千个子程序。 现代雷达可以奢侈地实时交替进行大部分图 5.2所示的模式，并选择最佳时机或飞机位 置调用任务所需的每种模式[7， 9] 。 图 5.8 所示为每次必须求解的几何关系。战斗机脉冲多普勒几何的中心是以速度凡在地 球表面高 h 处行进的飞机。雷达脉冲重复频率 (p盯〉引起如图 5.8 所示的一系列距离c1、 2、队的和多普勒 (x、 y、 z) 模糊，它们与地球表面交叉为距离"圈"和等值多普勒"双 曲线" (由于地球是一个大致的球体，固定距离和多普勒等高线实际上不是圆环或双曲线)。 雷达天线方向图通常既与地球边缘交叉于主瓣，也交叉于副瓣。在主瓣内距离为 Rt、速度为 民的目标可能必须在有距离和多普勒模糊时观测。在短时间内仅能观察到目标视线方向的速 度 Y 目标视线方向。雷达设计师的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是在目标杂波几何中选择最佳波形。历史上，波形事先选择 并做成雷达软硬件的组成部分。大多数现代机载雷达实时解这个几何关系，并连续选择最佳 可用的频率、 P盯、脉冲宽度、发射功率、扫描图形等。 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 • 185 • 图 5.8 攻击机脉冲多普勒几何国[7、 9] 不幸的是，波形具体的细节不可预测，对并不确切了解飞机-目标-地球速度几何集合 和操作者或任务软件要求的操作模式时更是如此。这导致测试异常困难:幸运的是，测试设 备得到长足发展。在雷达集成实验室中，使用对整个几何图和外部世界实时仿真的硬件在环 内测试被广泛采用。 黯黯电自醉到 (A自A) 虽然多功能雷达己经实际采用机扫和电扫天线，但完全多功能雷达使用每个辐射元有一 个发射-接收通道 CTIR) 的有源电扫阵列[1)。有源电扫阵列的优点是快速自适应波束形成和 捷变、提高的功率效率、改进的模式交替、同时多武器支持及降低的被观测性[19-23)。或许有 源电扫阵列成本和复杂性的一半位于发射-接收通道。但是，馈电网络、波束扫描控制器 CBSC)、有源电扫阵列电源和冷却分系统(气冷或液冷)也是同样重要的[9. 11) 。 用有源电扫阵列的主要推动力是微波集成电路的技术发展水平[1)。这产生于大多数半导 体技术成本下降和性能的增高之后。每个 TIR 通道具有自诊断特性，可以探测出故障并通告 波束控制器，以进行故障补偿。有源电扫阵列如果在波束控制器中进行了恰当补偿，可以以 极微弱的性能下降容忍多达 10%的故障[24) 。 从多功能战斗机雷达的观点看，最重要的参数是:高到足以支持小于 112 波长间距的体 积密度、高到足以支持 4W/cm2 的辐射功率密度、大于 25%的辐射与初级功率效率、几个 GHz 的发射带宽和几乎为发射时两倍的接收带宽、至少足以提供一50dB副瓣的幅相校准和控 制、足以提供 50dB功率管理的幅度控制、足以支持杂波下可见度要求的噪声性能、最后是 允许在 lms 的小部分时间内进行波束重新指向/调整的充足存储与计算能力。快速波束调整要 求每个 TIR 通道使用高速总线。 有源电扫阵列的主要优点之一是具有在短时间(几十 ms) 内对功率和空域覆盖的管理能 力。通常另一个优点是在己知数量的初级功率F噪声系数更低，且辐射功率更高。这是因为 射频路径长度可以短得多，由此产生的前端损耗更少。每个辐射单元的带宽通常被设计成很 宽，由典型有源电扫阵列的一个 TIR 通道驱动。多功能雷达电扫天线阵列中一般包括几千个 • 186. 雷达手册(第三版) 通道，每个通道除包括明显的盯功能外，还包括第→级功率调节、滤波、逻辑和校准表 等。阵列中的某些通道专门用于实现其他功能，如校准、干扰置零、副瓣消隐、接近的导弹 数据链、带外定向等[19. 25~-27]。同时，通常在阵列边缘有些无源的通道，用于改进副瓣及 RCS 图形[8] 。 图 5.9 所示为相同初级输入功率情况下，…部具有离开万向节安装的低噪声放大器和高 功率行波管发射机的常规机扫雷达与具有两种不同扫描体制的实时自适应有源电扫阵列之间 的比较。有源电扫阵列由于如图 5.1所示的固定的安装，在大扫描角上由于阵列具有较低的 投影孔径面积而使性能下降。机械扫描在任意方向上具有相同的技影面积，且在大扫描角只 有稍许天线罩损耗，这略微提高其大角度性能。虽然如此，有源电扫阵列通常在:t50。方位扫 描范围内更胜一筹[9. 11. 28]。一般而言，战斗机由于运动学的原因不可能在这个方位外的远距 离进行作战。 20' -60。 60' 图 5.9 有源电扫阵列管理比较示例[9] 图 5.9 所示的性能差异源于三个因素:由于去掉万向节扫描所占空间使安装的孔径在飞 机水平视野内的净投影面积增大了 20%; 由于损耗更低和效率更高使辐射功率高至 2: 1 倍; 在低噪声放大器前损耗降低 60%。另外一个主要优势是搜索空域可动态改变，以适合实时的 战术情景，如图 5.9 所示[28] 。 馈电网络虽然平凡却至关重要。在单管发射机中，馈线很重，因为它必须以低损耗运送 高功率。有源电扫阵列馈线由于通常需要输送小于 10W 的盯或光信号，可使用更小的同轴 电缆、带状线、微带线或用光纤中的盯调制光来发射和接收盯信号。然而，由于必须驱动 几千个放大器，所以 RF 馈电分配放大器仍然需要大量直流电源。由于自适应阵列性能所必 须的多相位中心需要多个馈电系统，所以成本、质量和复杂性仍然是个问题。通常，一旦网 络中形成了一个子阵，子阵就被数字化和多工输出，进行自适应信号处理。 另一个重要功能是波柬指向控制 (BSC)o BSC 除空时自适应操作[29~33]外，还进行波束 控制所需的阵列校准、故障单元补偿[8. 24]及波束扫描的幅相设置。 BSC 通常用个人电脑中的 通用处理类型进行超高速增量幅相计算和 TIR 组件接口硬件的结合来实现。高速飞机平台上 的扫描和自适应操作都需要非常短反应时间(例如，感知到需要与第一个目标脉冲之间的时 间通常为 lms) 的波柬控制。 最后，有源电扫阵列需要大量的电源[1]。历史上电源是重、热、不可靠的。即使最好的 系统虽然经过几十年的开发，仍然只具有1O%~25%的总电源效率(输出的盯功率和初级 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 • 187. 功率之比)。典型有源电扫阵列的 TIR 通道需要低电压和大电流。这在没有高功率轻型超导 体(本手册写作时没有)情况下不得不用大型导线。这也需要整流器非常低的压降和稳压 器。冷却通常是一个严重的性能上的负担。通常，电源是分布的，以改进可靠性和容故障 性。经常，功率变换器在高至几百岛四z 的开关频率下工作，以降低磁性器件和滤波器件的 尺寸，有时，开关频率与雷达主时钟同步。 5.2 典型任务和模式 任何现代战斗机的模式结构源于任务剖面[7. 9]。图 5.10 所示为一次空-面 CA-S) 攻击 的典型任务剖面。任务剖面从起飞开始，接着飞向目标并最终返回出发点。一路上，飞机使 用各种模式:导航、搜索和截获目标、跟踪目标、投放武器、评估作战损伤、进行对抗、监 视并标定其性能。有源电扫阵列己经演示了具有同时多武器投放能力[22] 。 低~渗透截获及弹起以截获目标 图 5.10 典型空-面任务剖面[7.叼 任务自然地产生战斗机雷达空-面模式序列的需要[7. 坷，如图 5.11 所示。每一类作战主 要包含该功能所需的模式，但很多模式将在任务其他过程中启动。在图 5.11 所示的每种模式 中，存在将高度、到目标距离、地球表面上的天线足迹、目标和杂波相对多普勒、可用驻留 时间、预计的目标统计行为、发射频率和需要的分辨率之间这一特殊组合的优化。显然，每 种模式必须不破坏需要的一定的任务隐身度[34~37]。现代战斗机是以网络为中心的，并与其他 系统交换大量信息。战斗机的僚机、支援机和面节点可以实时交换完整的数据和任务的信 息，以便于任务执行。战斗机及其僚机可以协调模式执行，使得在需要 lmin 形成的高分辨 地图模式期间，僚机可以执行空-空搜索和跟踪，以保护两架飞机。 一些模式用于几种作战类型，例如实波束地图(阻M)、固定目标跟踪 CFTT)、多普勒 波束锐化 (DBS)、合成孔径雷达 CSAR) 等， SAR 不仅导航使用，也用于对固定目标的截 获和武器技放[38~43] 0 SAR 也可用于探测用帆布和少量泥土覆盖的土木工事中或战壤中的目 标，这些目标用光电或红外传感器是看不到的。类似地，空-面测距和精确速度校正 CPVU) 除用于导航外，也可进行武器支援以改进技放精度[7. 9] 。 • 188. 空商测距 精确速度重新 (PVV) 地形跟随与规避 >' i"':1 I I r 11 I I俨μ牛E 图5.14 典型多功能雷达定时序列[7. 8. 9] 5.3 空-空模式的描述和波形 …一… ι 宰一堕搜索、截鼓翻跟踪一一申重频 考察一下几种模式是如何产生和处理的是有教益的，用以理解波形为什么必须是这样 的。中重频用远距离探测性能(见本章后面的图 5.20 交换全姿态目标探测能力[28. 52. 53]。通 常在交替扫描中交错使用高重频和低重频波形(见图 5.20)，以改进总体性能[28. 54. 55]。经过 三十多年对优化设置的研究，大部分现代中重频模式对目标驻留期间有 8 次检测时用 8~ 20kHz 的 P盯范围[44. 恰61]。选定这些 P盯可以将距离和速度盲区最小化，同时保证只有稀 疏目标的空间内目标距离和多普勒回波的无模糊分辨[62. 63. 64]。距离盲区就是那些目标受发射 脉冲遮蔽的区域。速度或多普勒盲区就是那些由于主瓣杂波和地面动目标滤波器凹口而抑制 掉的速度或多普勒。目标探测要求 8 个 P盯中至少有 3 次检测，同时在最远距离所有 P盯 都清晰。 P盯选择准则通常要求 96%的 P盯集合清晰，也就是说，对于最小的规定目标和 在整个规定的距离多普勒范围内，必须有至少特定数目的 P盯(一般是 3 个)有高于门限 的回波。 图 5 .1 5 所示为一种典型的处理流程图。每个 P盯处理周期不等，但其平均值为最佳 值，如图 5.17 所示。为抑制虚假目标[25]，主通道和保护通道都要处理。在这种过程前可能已 经进行了某些 STAP 处理，但传统的副瓣和主瓣杂波的限制小于地面运动目标的限制，困地 面运动目标具有非常大的截面积和外多普勒(也就是多普勒远得超过主瓣杂波，使探测不受 杂波回波的限制)。中重频通常具有少量的脉冲压缩C1: 1 ~169: 0，可能仍然需要多普勒补 偿[65]。主通道和保护通道以相同的方式处理。显然，两种频谱差异很大，需要进行不同的虚 警和噪声集估计。这会产生不同的门限设置。用多通道来评估干扰和选择 ECCM 策略。检查 主通道探测用于查出 GMT 以及将 GMT 检测|在距离和多普勒上向质心集中(由于距离或多普 勒回波可能跨越多个门，这些回波在多个门内的质心必须根据每个门的幅度和跨越门的数量 进行估计)。保护通道进行探测后，其用了门限后的结果用于对主通道结果进行选通，以得 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 • 193 • 到最终击中、错过计数。真实目标在距离和多普勒中分辨，提供给显示器并用于 TWS 相关 和跟踪[句。 多RFI天 线通道 AlD转换，部分脉神压缩， 幅度加权多普勒滤波器， 剩作部分脉抑压缩幅度检 测，多视求和，增益控制 估计 PRF t772jf111d 图 5.15 典型多功能战斗机雷达阵列处理流程[8] 虚警是大多数雷达模式中至关重要的问题。热噪声虚警通常由恒虚警率门限、相符探 测、带有频率捷变的探测后积累进行抑制。杂波虚警由自适应孔径锥削、低噪声前端硬件、‘ 大动态范围 AID、杂波抑制滤波(包括 STAP)、脉冲压缩副瓣抑制、多普勒滤波器副瓣控 制、保护通道处理、雷达罩反射瓣补偿、角速率测试(见图 5.37 和角速率测试示例中的"边 缘区域")和自适应 P盯选择进行抑制。 申噩跟一一典型距离{多普鞠白区国 例如，图 5.16 所示 X 波段 150km、 100kHz 距离-多普勒覆盖范围内的典型中重频集 合。这个集合用于 3 0 天线波束宽度、 300mls 自身(携带雷达战斗机)速度和偏离速度矢量 30。的角度。 PRF 集合是 8.88 、 18.85 、 12.04、 12.82 、 14.11 、 14.80 、 15.98 和 16.77挝恒。历 史上，中重频集合在设计过程中计算并在运用过程中保持恒定;而现代多功能雷达的计算能 力强大到可以根据场景几何关系和视角实时选择 P盯集合。图 5.1 6 中所产生的集合对于单 目标来说，平均 8 个重频中有 5.6 个是清晰的。除两个较小的多普勒区域外，所有重频在最 大距离上都清晰，这提供了在设计距离上最大的探测能力和最小损耗。对于某些脉冲压缩波 形，重叠损耗几乎是线性的，并且即使部分重叠仍然可以进行较短距离的探测。重叠损耗指 的是发射脉冲过程中当接收机不能工作时接收功率的减少，这通常是高占空比波形中最大的 单项损耗。但坏消息是平均探测功率损耗略高于 3dB (见图 5.21)。 申重频蓝捧酶篝法 显然，实时选择 P盯需要几条规则以接近最终集合。然后是通过少量迭代挑出最佳集 合。对于中重颇，距离和速度盲区都非常重要[52. 叫:首先，软件必须挑选一个中心 P盯，其 他 PFR 都偏移在这个 P盯周围，以满足需要的可见度准则:其次， p盯集合都应在最大设 计距离内清晰，使探测损耗最小。 • 194. 雷达手册(第二版) 105 • ' E 。目 • • I _ \ "/"' 。 1 \ / " / / 盲区 \\ 叫~， ' 11 I 11 t 。 s 回 8X 104 ~ 6X10 4 N Z 搭 唱m 峨 4Xl。每 2X 104 。 0.5 X 105 1X I05 1.5 X 105 距离 (m) 图 5.16 中重频距离-速度盲区 图 5.17 所示为一种选择中心频率的示例准则，也就是最高可见度概率 (Pv) [45]。在示例 中，单-p盯的距离 (PR ) 和多普勒 (PD ) 目标可见度概率的乘积 (Pv) 的峰值近似 0.47 ， 因此其他 P盯必须填上以达到 96%或更高的清晰程度。其他几种需考虑的因素包括多普勒和 距离盲区以及重叠和副瓣杂波。即使使用 STAP，副瓣杂波仍是最主要的限制条件[67. 68. 93] 。 副瓣和主瓣杂波都可以用意味更长驻留时间和更高发射带宽的窄多普勒和/或窄距离单元 (也就是分辨单元)最小化。 nu l 0.9 6 8 10 12 13 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 P盯(Hz) 图 5 .1 7 中重频中心 P盯选择示例[45] 式 (5.1 )中给出了一种中重频时选择 P盯集合的方法示例。基本思路是找到代表所需 最大清晰距离的时间间隔巧，随后选择一个在最大距离内所有 P阳都清晰的集合，这可通过 用 9~17 之间的一个整数除 L实现。这个集合在距离-多普勒空间内一般不会具有 96%的清 晰度。偶除数的 P阳可少量迭代进行改变以实现要求的可见性。归一化的目标信噪比 CTP) 随横跨损耗和重叠损耗剧烈变化(见图 5.18)。待优化的函数是 TPk町的门限版本。 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 • 195. 20 15 73 76 距离 (km) 图 5.18 靠近最大距离时距离波门高重频重叠和横跨示例 例如，门眼方案可以是每个 P阳信噪比 15dB和对全部 PRI 进行 8 取 3。经常对每个 CPI 和 PRI 使用多个不同的门限。较低门限对较高数量的击中是可允许的[28]。应注意的是，重叠 和横跨等在通常信噪比足够大的较近距离上具有小得多的影响。这种选择技术的另一种偶 然好运的影响是，随着各个 P阳距离清晰区变小，多普勒清晰区变大，可充满两维空间内 的盲区。 T. =21 主+仁 1. P也=工_A_. PRI~ = \C P) κC1 +2k' 巳 +2j+ δj (5 .1 ) TPk õX j (J, r) =如 [m毗川崎j)Jι[mod阳风或)J 式中 ， Rc是设计最大清晰距离 c 是光速，俨2.9979x 1 08m1s ; 号是发射脉宽 k 和 j 是指数， 例如 0，…，4; C1 是奇数，例如 9; C2 是偶数，例如 12; 碍是得到可见度大于 96%的小扰动， 例如 0.1，… ，0.3; V 自是描述重叠和横跨的f的函数;R 育是描述重叠和横跨的 r 的函数 C3 是代 表距离方程其余部分的常数;/是频率 r 是距离 mod 是以第二个变量为模的第一个变量。 酶蹦蘸噩噩 距离选通高重频 (RG盯盯)性能在探测高速接近目标时明显更佳(距离波门经常小于 距离分辨单元或门) [44. 54. 55. 70] 0 RGHP盯对接近的低截面目标可得到最远的探测距离[71] 。 需要超低噪声的频率参考源来改进低 RCS 目标的杂波下可见度，甚至使用 STAP。距离选通 显著改进副瓣杂波抑制，允许在更低的平台高度上工作。 RG回盯对接近的目标探测性能的 主要限制是重叠(雷达回波出现在接收机关阔的发射脉冲期间)和距离波门横跨损耗(距离 波门采样时间错过雷达回波波峰) [15]。图 5.18 所示为高性能 RGHP盯情况中近乎最大距离 时具有重叠和横跨损耗的 TPi。这种模式被优化用于刚好超过 75km 最大距离外的低横截面目 标。此特例具有重叠的距离波门，使横跨损耗最小和有两个 P盯使接近最大距离时至少有一 个清晰的 P盯。这些 P盯是 10 1.7阻z 和 101 .3kHz。占空比为 10%，具有需要的 15dB检测 信噪比。对全部可能目标位置和接近的目标多普勒平均，这种模式下的损耗是小到让人惊讶 的 O.4dB。 • 196 • 雷达手册(第二版) 图 5.19 所示为和图 5.18 中波形对应的距离-多普勒盲区曲线。与图 5.16 所示的中重频 曲线相比，距离清晰区域显著增加(以及相应损耗)减少。不幸的是，距离很模糊。通常， RG旧盯边搜索边测距 (RWS) 模式和与性能最高的速度搜索 (VS) 模式交错进行，对先 前探测到的目标进行测距。 100 80 盲区 N 玉 60 癖 悲 40" 20 o 10 20 30 40 50 60 70 80 距离 (km) 图 5.19 与图 5.18 波形对应的 RGHPRF 距离一速度盲区 经常， RWS 是三阶段 RGHPRF，其中恒定频率和两个线性调频频率(三角形上下或向 上更斜向上)用于解稀疏目标空间中的距离和多普勒。在低空时，即使使用 STAP 处理，副 瓣杂波仍然限制了所有目标的性能，尤其是离去的目标。这种限制产生了另一种与 RGHPRF 交替使用的模式需求。幸运的是，离去目标的时间线更长(净速度更小)，且交战距离更短 (武器接近率太慢)。 经常在一般性搜索中，中重频 VRS (中重频速度-距离搜索)与图 5.20 所示的高重频 VS 和 RWS 交替进行，以提供全姿态探测。不幸的是， RWS 和 VRS 都具有较近的探测距 离。 RGHPRF 可以进行全姿态探测，但由于副瓣杂波使尾后性能明显很差。即使使用显著改 进副瓣杂波抑制的 STAP，盯HP盯的flt空尾后探测也很差[44， 45 , 55] 。 同类PRF在一2dB处交叉 图 5.20 高重频和中重频交替进行全姿态探测[45] 图 5.2 1 所示为一个给定最大发射机功率、功率孔径和、以及典型天线和天线罩一体化副瓣 第 5 章 战斗机多功能雷达系统 • 197. 时以高度为函数自变量时高重频和中重频比较的例子。在高壁和迎头时，由盲区、横跨、折 叠杂波、处理和设门限损耗产生的差异超过 lldB[9. 11. 28] 。 40 10 35 AUqJAυqJ 3221 (眨 W盹川FVM 咄擅却脏 。 20 40 60 80 100 120 140 距离 (km) 图 5.21 高重频和中重频比较[9] 闹剧唱F章主篝酶篝法 首先，同中重频情况一样，所有 P盯应在最大设计距离上清晰。其次，所有 PRF 应对 感兴趣的最大多普勒清晰。式 (5.2)给出了一种可能的选择准则。虽然细节十分不同，但选 择 P盯的基本原理是优化远距离清晰区域。 2R 0.25λ . .1 T. I T. =~+T 、 PRI. =一一一和1 = ceill -=-ι| c p 凡十只 |叩PR阳IA J 吁 式中 ， R凡c 是最大设计清晰距离 c 是光速，俨2.9979x 108m/s; 号是发射脉宽:λ 是发射波 长 ceil 是大于变量值的下一整数:几和民分别是感兴趣飞机和目标的最大速度。 (5 .2 ) 章程挥重申黯幢鹊黯南 多功能战斗机雷达目标识别 (TID )识别目标类型，但并不是唯一的识别。诸如 JTIDS 、 IFF 和盯标记等合作目标识别方法是唯一的。 TID 取决于雷达信号标记探测特性与 发射和其他传感器的融合。五种最常用的 TID 信号标记是单脉冲范围(类似于图 5.25 中的示 例)、谐振、高分辨距离 (HRR) 剖面、多普勒扩展、可以转换为距离剖面的步进频率波形 调制或多频率 (SFWMlMFR) 以及逆合成孔径雷达(lSAR) [16. 45]。单脉冲范围可以估计长度 和宽度，并分离间隔紧密的飞机。高距离分辨剖面也可以区别紧密编队飞行的目标，以及区别 目标和导弹。假如目标高度已知或已猜出，则对单目标的高距离分辨剖面就可以进行辨别。如 果高度已知，就可以将主要散射特性的长度、宽度和位置投影到距离剖面上。主要的民用和军 用飞机和舰船的类型数最多几千种，易于存储在存储器中。但不幸的是，识别仅限于粗分类， 而不是区分 MIG-29M2和阳G-29S (即使航展观察员可以轻易发现其中的显著差异) [89] 。 多普勒、谐振、步进 (SFWM) 和多频 (MFR) 信号标记的基本观念或者是由诸如引擎 • 198. 雷达手册(第三版) 压缩机、涡轮、转子或螺旋桨叶片等运动部分反射引起的调制，或者是由诸如机身、机翼、 天线或储油器等沿飞机或飞行器等散射体相互作用引起的调制。 SFWMlMFR 信号标记与高 距离分辨信号标记紧密相关(傅里叶变换易于将其相互转换)，它们遇到同样的高度估计的 限制。多频率 (MFR) 的主要优点是，许多己部署的雷达具有多通道，且对于单目标的多通 道间转换相对容易。图 5.22 中概括了识别过程的简化版本。 NCTR子模式 行为〈莲茧?否弃了 姿态估计 无源辐射 HRR/SFWF/MFR 单脉神范围 JSMI高分辨多普勒 JSAR 谐振 蜡一系萨小叫明姆型偶一|卢特大 F/ 数与类特一 射积 M 业擎擎擎振一 辐体单商引引引谱一 量测多更 图 5.22 非合作目标识别子模式[45] 多普勒信号标记需要高多普勒分辨率，这通常容易实现并仅受到驻留时间的限制。引起 多普勒扩展的单个散射体很小，因此识别通常限于最大距离的一部分(一般为 112)。喷气发 动机引擎调制(JEM) 是多普勒信号标记的一个子集，是一种出色的目标识别方法。即使使 用同种类型发动机的飞机在发动