无源雷达系统的基本原理和分类

引言

1999年3月，在北约对南联盟的空袭行动中, 一架美国F- 117A战斗机倚仗先进的隐形性能有恃无恐单机飞进。当它快飞到贝尔格莱德上空时就被南军“塔马拉”无源雷达探测和锁定。南军地空导弹部队果断发射两枚老式萨姆-3型导弹，一举将它击落在贝尔格莱德以西40千米的布贾诺伏契村附近。“塔马拉”无源雷达打破了隐形飞机不可发现的神话。欢庆的南军民在F-117A残骸上举起嘲讽的标语:“对不起，我们不知道你是隐形的!”。

1、基本原理

无源雷达系统可以在电磁隐蔽的条件下完成对目标的探测和定位，从而弥补有源雷达系统的不足。无源雷达本身并不发射能量，而是被动地接收目标反射的非协同式辐射源的电磁信号，对目标进行跟踪和定位。所谓非协同式外部辐射源，是指辐射源和接收目标反射信号的雷达“非相关”，没有直接的协同作战关系。这样探测设备和反辐射导弹就不能利用电磁信号对无源雷达进行捕捉、跟踪和攻击。这就使得无源雷达在战时具有很高的生存能力，保证了有源雷达遭到攻击摧毁时指挥所需的飞机、导弹等空中飞行情报信息。

无源雷达系统简单，尺寸小，可以安装在机动平台上、易于部署，订购与维护成本低。无源雷达不发射照射目标的信号，因此不易被对方感知，一般不存在被干扰的问题。它可以昼夜、全天候工作：可连续检测目标，一般为每秒一次，信号源是40-400兆赫的低频电磁波，有利于探测隐身目标和低空目标：不需频率分配，因此可部署在不能部署常规雷达的地区。

其实无源雷达并不是新概念，它的历史几乎与雷达技术本身一样悠久。1935年，罗伯特·沃森·瓦特曾在单基地无源系统中利用英国广播公司发射的短波射频，照射10千米以外的“海福特”轰炸机。在第二次世界大战中也试验过预警无源雷达，如德国的“克莱思·海德堡”(Kleine Heidelberg)系统。但当时的系统缺乏足够的处理能力, 不能计算出目标的精确坐标。

无源雷达时差定位原理

2、分类

根据无源雷达探测目标时所利用的辐射源位置不同, 可分为两类:

1）基于目标自身辐射来定位的无源雷达

在被探测目标本身就是辐射源或携带了辐射源的情况下，无源雷达利用探测目标自身辐射的电磁波进行探测和跟踪。可能的辐射源包括雷达、通信电台、应答机、有源干扰机、导航仪等电子设备。捷克研制的“维拉”系列无源雷达就属于这类无源雷达的代表。

2）基于外辐射源对目标照射的无源雷达

这类无源雷达探测的目标本身不直接辐射电磁能量。无源雷达在工作时, 通过天线接收来自外部的非协同辐射源(第三方) 的直射波, 以及该外部辐射源照射目标后形成的反射波或散射波, 利用其携带的多普勒频移、多站接收信号的时间差和到达角等信息, 经处理后提取目标信息并消除无用信息和干扰, 从而完成对目标的探测、定位和跟踪。

可能的非协同方包括广播电台、电视台、通信台站、直接广播系统(DBS)、全球定位系统(GPS)、各种平台上的有源雷达等。利用全球移动通信系统(GSM)发射机的作用距离只有20千米, 利用调频无线基站的距离可达100-150千米, 而大功率电视发射台的作用距离更远。利用其他雷达发射机的无源系统的作用距离与所用雷达相当。美国研制的“沉默哨兵”(Silent Sentry)雷达就是这类雷达。

3、典型装备

1）“维拉”系列无源雷达

维拉(VERA- E)系列无源雷达由捷克研制。“维拉- E”是该系列的最新型号，可探测定位、识别和跟踪空中、地面和海上目标, 对空探测的最大距离为450千米, 并可识别目标、生成空中目标图像。“维拉- E”系统由4部分组成:分析处理中心居中，3个信号接收站呈圆弧线状分布在周围, 站与站间距离在50千米以上。分析处理中心部署在方舱车内, 有完整的计算机系统以及通信、指挥和控制系统。信号接收站用重型汽车运载,可灵活部署。接收天线支架竖起时高17米,占地面积9×12米，3个人在1小时内即可竖起天线、进入监视状态。天线外形为圆柱体结构,功耗低、可靠性极高, 平均无故障间隔时间达2000小时，可抵御30米/秒的大风。

维拉无源雷达系统是一种可移动的用于对空中、地面和海上目标进行定位、识别和跟踪的电子情报(ELINT)和无源监视系统。雷达的工作是基于电波到达时间差(TDOA)的原理实现的。系统可以接收从空中、地面和海上雷达来的发射信号, 从干扰机、二次雷达(SSR)信标、TACAN/DME、敌我识别询问机和应答机、数传以及其他脉冲辐射源来的各种类型的信号。除了执行电子情报任务外, 维拉雷达系统是防空系统中最为有效的无源监视传感器。它可以提供迄今为止只有有源雷达才能提供的功能, 它的前身“塔玛拉”已经在科索沃战争中得到了实战检验。

“塔马拉”和“维拉”无源雷达是捷克人弗·佩赫发明的。20世纪60年代初，弗·佩赫在泰斯拉军工厂任雷达设计师。他思维与众不同，在技术上迭出奇招，人称“雷达怪杰”。泰斯拉军工厂曾接受一项绝密任务--在最短的时间内研制出能够发现美国“斗牛士”等雷达制导巡航导弹的雷达系统。起初人们认为这项艰难的任务根本无法完成，因为当时世界上还没有类似的雷达系统，但是弗·佩赫却迎难而上。传统的主动(有源)雷达是靠发出电磁波来探测目标的，而弗·佩赫反其道而行之。

经过3年半不懈的努力，弗·佩赫终于在1963年研制出了世界上第一部被动(无源)探测雷达，取捷克语“对照探测”一词的缩写，命名为“科帕奇”。这种雷达能迅速地探测到方圆几十公里范围内活动的两台机动雷达，还能准确地显示这两台雷达的活动情况，使来测试的苏联专家大喜过望，称赞弗·佩赫完成了一项“了不起的发明”。此后，弗·佩赫一发不可收，相继于1979~1998年研制成功“拉莫那”雷达、“塔马拉”雷达和“维拉”雷达。专家们习惯称它们为“维拉”系列无源雷达。

基本特性：

监视目标：雷达、二次雷达(SSR)应答机、TACAN、讯问器、干扰机、数传系统；

系统很高灵敏度的电子情报(ELINT)参数可以确保对各种目标的很高的探测概率；

很高的定位和跟踪精度；

大容量：可以同时跟踪200个目标；

对各种辐射频率活动的监视和技术分析；

精密的指纹识别能力；

高度自动化工作能力；

3D目标定位能力；

360°的瞬时视场；

高机动能力；

最低限度的操作和维护要求。

基本功能：

空中目标监视

地面和海上目标侦察

频率活动调查

接收站参数：

频率范围：1-18GHz

可以在以下频率范围选用

0.1~1GHz 18~40 GHz

方位瞬时视场：120°，选用 360°

作用距离：到450 km

外形尺寸： 1.3m ×0.9m

重量：120kg

功耗：24 VDC/250W

1998年，美国的LockheedMartin公司历经十五年时间研制出了“沉默哨兵”(Silent Sentry)无源雷达探测系统，该系统利用FM广播、模拟/数字电视信号 (50-500MHz)作为外辐射信号进行探测，可进行全天候对空预警，精确地完成对空目标的检测和跟踪。“沉默哨兵”系统的天线尺寸为2.3m x 2.5 m，可以安装于固定平台或者安装在车辆、飞机等移动平台上，Lockheed Martin公司还分别试验过安装于水面舰艇和潜水艇的潜望镜上的两种系统进行空中目标预警。“沉默哨兵”系统对飞机、导弹、车辆、船只等目标进行探测，可同时跟踪200批以上目标，预警范围可达到水平方位覆盖360°，俯仰方位覆盖60°，探测距离可以达到220km。当利用FM广播作为外辐射信号时，该系统水平方向的分辨力可达到250m，竖直方向的分辨力可达到100m，速度分辨力可优于2m/s;当利用数字电视信号作为外辐射信号时系统的探测性能更好、探测精度更高。

Lockheed Martin公司，开展了相关的试验研究。试验中以Boeing 747为目标进行探测。

其后，伊利诺伊大学香槟分校的Dick Blahut团队在DARPA项目 F49620-98-1-0498的支持下开展了基于“沉默哨兵”的雷达成像试验。

3、铠甲无源雷达系统

20世纪80年代末，俄罗斯研制出最初的“铠甲”无源雷达系统，最早的两个系统原型是在库尔斯克的一家工厂制造的。1989年2月，政府完成试验后，这个能在400公里以外侦察到航空器的系统就被作为苏联武装部队的标准装备进行部署。

苏联解体，在乌克兰国防部的资助下，托帕兹公司对该系统进行大幅度的现代化改造，主要为设备的数字化改造，改进后的侦察范围增加了50%以上。

据称，铠甲”无源雷达系统可以发现、跟踪并确定来自地面、水面和空中的目标，侦察纵深600公里、宽150公里范围内的情况，能够发现800公里以内的空中目标，是目前世界上同类系统中捕捉目标最远的装置。如果由一辆指挥车同时控制三部“铠甲”雷达，利用三角测量法，整套系统的探测距离将可延伸至1000公里。

据介绍，“铠甲”不但可发现利用“隐形”技术制造的飞机（如美国的F-117A和B-2），还可确定目标的准确位置。

4、“蜂窝”(Celldar)系统

1997年，英国的RokeManor公司开始对“蜂窝”(Celldar)系统展开研发，该系统是利用移动通信信号作为外辐射信号进行探测、跟踪和目标识别的多基无源雷达探测系统。该系统可利用的外辐射信号包括GSM 900信号，GSM 1800信号，GSM 1900信号和3G信号。“蜂窝”系统由一台处理机和专门配置的两部手机组成，利用无源雷达和声传感器(探测目标向外辐射的噪声)相结合的方法进行探测，更有利于对目标的定位，该系统的探测距离达到100km，可完成战场侦察、情报收集、海岸监视、边防安全等多项任务。

5、以色列“EL/L-8388”对空早期预警系统

以色列“EL/L-8388”对空早期预警系统,是一可多系统协同工作的无源定位系统。该系统采用短基线时差定位体制,工作频段O.5GHz--18GHz。系统是典型的短基线时差定位系统。

审核编辑：汤梓红