第1章雷达对抗概述ppt课件.ppt

第1章 雷达对抗概述,1.1 雷达对抗的基本概念及含义1.2 雷达对抗的信号环境1.3 雷达侦察概述1.4 雷达干扰概述,1.1 雷达对抗的基本概念及含义,1.1.1 雷达对抗的含义及重要性 在现代战争中,每一个作战装备和作战人员都会因其在战争中的地位和作用而受到多种雷达和武器系统的威胁、杀伤。如图11所示的一架作战飞行中的军用飞机,可能会同时遭受到敌方数种雷达、杀伤武器的威胁。如果它及所在方不能有效地对抗敌方诸多的威胁雷达和武器系统,则其不仅不能完成预定的作战任务,甚至不能保证自己的生存。,图11 飞机所面临的威胁雷达示意图,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。其主要表现在以下两方面: 1.雷达对抗是取得军事优势的重要手段和保证 由于在各种现代武器系统中,雷达仍然是信息获取和精确制导领域中最重要的装备。特别是在广大的作战地域内,及时、准确、全面地获取各种目标信息,雷达的作用是不可取代的。破坏了雷达的正常工作,也就破坏了整个武器系统的重要信息来源,很可能使其成为“聋子”、“瞎子”。这对于取得军事优势,无疑是十分重要的。,第二次世界大战中的诺曼底登陆战役,英美联军通过雷达侦察完全掌握了德军在此战区40多部雷达的工作频率、性能和配置,然后进行大规模的火力轰炸,制造假的进攻方向。在进攻开始后,又进行了连续不断的干扰和轰炸,使雷达完全陷于瘫痪,根本不能提供任何有用的信息。此次战役参战的2127艘舰船,只损失了6艘,损失率不到0.3%。海湾战争中,以美国为首的多国部队凭借高科技的优势,从战争开始前数周至战争结束,对伊军的整个战区进行了连续不断的电子侦察和强大的电子干扰,不仅使伊军的全部雷达无法正常工作,通信中断,指挥失灵,甚至成为招致各种反辐射武器直接攻击的靶源,损失惨重。这场战争仅持续两个月,双方的人员损失分别为百余人比数十万人,开创了世界军事史上的奇迹,也充分展示了现代高科技战争的威力。,2.雷达对抗是每一种武器系统和军事目标生存与发展的必不可少的自卫武器 在现代战场上,对每一种武器系统和军事目标（包括作战人员）的直接威胁,主要来自于精确攻击武器。这里的精确是一个相对的概念,是指精确到武器的有效杀伤范围之内。而攻击武器的精确性能主要是依靠一系列的雷达和电子设备保障的。例如,在现代防空系统中,首先需要有远程警戒雷达预先提供敌方来袭飞机、导弹的批量、距离、方向等有关的空情,供防空指挥部门核实后,发出空情预报,作出预防处理;然后由目标指示、引导雷达准确核对目标的编队数量、位置、威胁的空域等,引导我方机群或远程防空导弹进行空中拦截;当来袭飞机、导弹进入一定的作战空域之后,由各种制导雷达、炮瞄雷达指挥控制中、近程防空导弹和防空火炮进行拦截射击。如果没有干扰,则防空导弹一次齐射（约为三发）的杀伤概率为90%以上,防空火炮一次点射（约为36发）的杀伤概率为80%以上。为了对付超低空突防的飞机（飞行高度在300米以下）,由侦察卫星、预警飞机上的下视雷达担任早期预警和目标指示,由各种车载、步兵便携式雷达担任低空补盲。,步兵肩扛发射的防空导弹杀伤概率也在50%以上。显然,没有现代雷达对抗技术支持的作战飞机只能是空中的活靶,难以生存。 雷达对抗技术是改善武器系统和军事目标生存与发展条件的有效手段。越南战争中,美军综合采用了多种雷达对抗措施,曾一度使地空导弹的杀伤概率降到2%,防空火炮的杀伤概率降到0.5%以下;海湾战争中,美军的F117A隐形轰炸机出动数千架次,执行防空火力最强地区的轰炸任务,在强大的电子干扰掩护下,竟然无一损失。,现代战争和未来战争也是一场在高科技支持下的高度信息化的战争,从每一个荷枪实弹的士兵到整个战场的指挥控制,每一个作战单元都是依靠详尽的作战信息紧密联系在一起的。雷达和雷达对抗技术作为其中信息来源的重要支柱,无疑具有广阔的发展前景。,1.1.2 雷达对抗的基本原理及主要技术特点 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图12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:雷达向空间发射信号;侦察接收机接收到足够强的雷达信号;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12 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:破坏雷达探测目标的电波传播路径;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;减小目标的雷达截面积等。本书主要阐述图12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。,1.1.3 雷达对抗与电子战 电子战(EW)是敌我双方利和电磁能用定向能以破坏敌方武器装备对电磁频谱、电磁信息的利用或对敌武器装备和人员进行攻击和杀伤，同时保障己方武器装备效能的正常发挥和人员的安全而采取的军事行动。电子战包括两个相互斗争的方面：电子对抗(ECM,包括电子侦察、电子干扰、电子隐身和电子摧毁)和电子反对抗(ECCM,包括电子反侦察、电子反干扰、电子反隐身和电子反摧毁)。电子干扰、电子摧毁也统称为电子进攻，电子反侦察、电子反干扰、电子反摧毁也统称为电子防护。,电子战的技术分支很多,通常按照具体的无线电电子设备或器材进行分类,如:通信对抗与反对抗、雷达对抗与反对抗、光电对抗与反对抗、引信对抗与反对抗、敌我识别系统的对抗与反对抗、C3I（通信、指挥、控制和情报）系统的对抗与反对抗等。从频域上分为:射频对抗、光电对抗和声学对抗。 各频段的划分如图13所示。,图13 电子对抗的频段划分,1.射频对抗 射频对抗的频率范围为3MHz300GHz,是雷达、通信、导航、敌我识别、无线电引信、制导等设备工作的主要频段。 2.光电对抗 光电对抗的频率范围在300GHz以上,可分为红外、可见光和激光等子频段,是近距离精确制导武器和高定向能武器工作的主要频段。 3.声学对抗 声学对抗主要用于水下信息的对抗。从次声波至超声波，是声纳、水下导航定位设备工作的主要频段。,1.2 雷达对抗的信号环境,雷达对抗的信号环境S是指雷达对抗设备在其所在地域内存在的各种辐射、散射信号的全体:,（11）,式中,N为信号环境S中辐射、散射源的数量;si(t)为其中第i个辐射、散射源的信号。,1.2.1 现代雷达对抗信号环境的特点 1.辐射源的数量多、分布密度大、分布范围宽、信号交叠严重 由于雷达的广泛应用,许多作战飞机、舰艇、战车和作战单位都配有一定数量的雷达,分布范围很大,特别是在重要的军事集结地,雷达的分布十分密集,N的数值往往为数十、数百甚至上千。在单位时间内出现的脉冲信号平均数少则数万,多则数百万,在同一时间可能有多个信号同时出现（交叠）。,2. 信号调制复杂,参数多变、快变 雷达通过信号调制波形和参数的选择与变化,可以获得诸多目标信息检测和抗干扰等方面的利益。随着信号产生技术和处理技术的发展,一部雷达往往能够根据需要,产生多种不同调制特性的波形,特别是在脉冲持续时间内的频率和相位调制;此外,出于反侦察、抗干扰等的需要,许多雷达都可以改变发射信号的载频、脉冲重频、脉冲波形或其它调制参数;这种变化的时间可能是数秒、数十毫秒,甚至到每个发射脉冲都发生捷变。,3. 信号综合威胁程度高 现代雷达与各种杀伤性武器系统的结合十分紧密,如制导雷达、炮瞄雷达、反辐射寻的等,都直接威胁到雷达对抗设备和人员的生存。由于受到杀伤性武器系统威力范围的限制,这些雷达往往在目标尚未进入攻击范围时保持电磁静默（不发射）,由其它探测设备提供信息保障,一旦目标进入攻击范围则立即投入工作,迅速捕获目标,引导武器攻击。,1.2.2 信号环境在雷达对抗设备中的描述和参数 如（11）式所示,信号环境S是由N个辐射源和散射源组成的。如果主要考虑其中的雷达信号辐射源,则辐射源信号si(t)可顺序展开其射频脉冲序列:,（12）,式中的si(n)为si(t)的第n个脉冲。,雷达对抗设备是以S为工作背景,从S中获取有用信息,并对S作出适当反应的设备。根据不同用途和战技指标的要求,具体雷达对抗设备对S的检测能力是一有限子空间D,如:,（13）,式中,RF、AOA、PW、P分别为雷达对抗设备对信号载频、到达方向、脉冲宽度和信号功率的检测范围,为直积。D可以是非时变的（通常称为非搜索检测）,也可以是时变的（通常称为搜索检测）。雷达对抗设备可检测的信号环境S是S中的子集合:,(14）,显然,D的检测范围越大,则进入S的雷达信号也越多。如果以Pi表示i雷达发射脉冲可被雷达对抗设备检测的概率,则在1秒钟时间内S中的平均脉冲数为,（15）,式中,fri为第i部雷达的平均脉冲重复频率。在典型情况下,如果i雷达的工作频率、所在方向、脉冲宽度都在雷达对抗设备的检测范围内,只要其天线波束指向雷达对抗设备,接收到的信号功率就能高于接收机灵敏度,则Pi为,S是N个具有周期特性的脉冲信号序列 按照（14）式条件的合成。当N的数量很大时,由于各信号序列的到达时间是相互独立的,在一定时间内近似满足统计平稳性和无后效性,根据随机过程理论,S可以采用泊松（Poisson）流近似描述。,波束始终不指向雷达对抗设备,波束始终指向雷达对抗设备,波束宽度a在范围内扫描,在时间内到达n个脉冲的概率,（17）,在时间内到达脉冲的平均值（均值）为,（18）,为单位时间（=1s）内到达脉冲的平均值,也称为S的信号流密度。,1.3 雷达侦察概述,1.3.1 雷达侦察的任务与分类 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。 按照侦察的具体任务,雷达侦察主要分为以下5类。,1.电子情报侦察（ELINT） “知己知彼,百战百胜”,这是古今中外都适用的科学真理。军事情报是作战、指挥、决策的基础。电子情报侦察属于战略情报侦察,要求其获得广泛、全面、准确的技术和军事情报,提供给高级决策指挥机关和中心数据库各种详实的数据。雷达情报侦察是信息的重要来源,在平时和战时都要进行,主要由侦察卫星、侦察飞机、侦察舰船、地面侦察站等来完成。为了减轻侦察平台的有效载荷,许多ELINT侦察设备的信号截获、记录与信号处理是异地进行的,通过数据通信链联系在一起。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） 电子支援侦察属于战术情报侦察,其任务是为战术指挥员和有关的作战系统,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。电子支援侦察一般由作战飞机、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。,1.3.2 雷达侦察的技术特点 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“污染”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“指纹”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。 雷达侦察也有一定的局限性,如:情报获取依赖于雷达的发射,单侦察站不能准确测距等。因此,完整的情报保障系统仍然需要有源、无源多种技术手段配合,取长补短,才能更有效地发挥作用。,1.3.3 雷达侦察设备的基本组成 典型雷达侦察设备的基本组成如图14所示。 测向天线阵覆盖雷达侦察设备的测角范围AOA,并与测向接收机组成对雷达信号脉冲到达角AOA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（AOA）;测频天线的角度覆盖范围也是AOA,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（PW）、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）,图14 典型雷达侦察设备的基本组成,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。 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。根据雷达侦察机的用途、装载平台、性能价格等诸多因素,其中的具体技术实施方案将在后续章节中逐渐展开讨论。,1.4 雷达干扰概述,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。本书主要讨论采用无线电的方法,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。,1.4.1 雷达干扰技术的分类 雷达干扰的分类方法很多,如图15所示,主要有4类。 1.按照干扰能量的来源分 有源（Active）干扰:其干扰能量是由雷达发射信号以外的其它辐射源产生的。无源（Passive）干扰:其干扰能量是由非目标的物体对雷达照射信号的散射产生的。 2.按照干扰的人为因素分 有意干扰:由人为因素而有意产生的干扰。 无意干扰:由自然或其它因素无意识产生的干扰。,图15 雷达干扰的分类,3.按照干扰信号作用的原理分 遮盖性干扰:指在雷达接收机中干扰背景与目标回波叠加在一起,使雷达难以从中检测目标信息。 欺骗性干扰:指在雷达接收机中干扰信号与目标回波信号难以区分,以假乱真,使雷达不能正确地检测目标信息。 4.按照雷达、目标、干扰机的空间位置关系分 如图16所示。,图1-6 雷达、目标、干扰机的空间位置关系,远距离支援干扰（SOJ）干扰机远离雷达和目标,通过辐射强干扰信号掩护目标。它的干扰信号主要是从雷达天线的旁瓣进入接收机的,一般采用遮盖性干扰。 随队干扰（ESJ）:干扰机位于目标附近,通过辐射强干扰信号掩护目标。它的干扰信号是从雷达天线的主瓣（ESJ与目标不能分辨时）或旁瓣（ESJ与目标可分辨时）进入接收机的,一般采用遮盖性干扰。掩护运动目标的ESJ具有同目标一样的机动能力。空袭作战中的ESJ往往略微领前于其它飞机,在一定的作战距离上还同时实施无源干扰。出于自身安全的考虑,进入危险区域时的ESJ常由无人驾驶飞行器担任。,自卫干扰（SSJ）:干扰机位于目标上,干扰的目的是使自己免遭雷达威胁。它的干扰信号是从雷达天线主瓣进入接收机的,一般采用欺骗干扰,有时也采用遮盖干扰。SSJ是现代作战飞机、舰艇、地面重要目标等必备的干扰手段。 近距离干扰（SFJ）:干扰机到雷达的距离领先于目标,通过辐射干扰信号掩护后续目标。由于距离领先,干扰机可获得宝贵的预先引导时间,使干扰信号频率对准雷达频率。主要采用遮盖性干扰。距离越近,进入雷达接收机的干扰能量也越强。由于自身安全难以保障,SFJ主要由投掷式干扰机和无人驾驶飞行器担任。,1.4.2 雷达干扰设备的基本组成 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。如图17所示。 根据干扰信号的产生原理,干扰资源主要分为:引导式干扰资源和转发式干扰资源两类,分别如图18（a）、（b）所示。,图17 雷达干扰机的基本组成,图18 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,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。,