維拉-E無源探測系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上維拉-E無源探測系統(tǒng) “維拉”-E電子情報以及無源（被動）監(jiān)視系統(tǒng)是捷克共和國ERA雷達技術公司（ERA Radar Technology）研制的，在該公司的產品資料中，它被定義為電子情報（ELINT）及無源（被動）監(jiān)視系統(tǒng)（Passive Surveillance System，PSS）。從近年雷達技術發(fā)展的情況看，它也可以自然地歸類到所謂的“無源雷達”或“寂靜雷達”（Passive and Covert Radar）中事實上，在2003年10月21日到23日于美國華盛頓州西雅圖的華盛頓大學應用物理學實驗室舉行的第三屆多國無源和寂靜雷達會議上，“維拉”-E系統(tǒng)就對與

2、會者進行了展示?！熬S拉”-E是捷克上一代無源監(jiān)視系統(tǒng)“塔瑪拉”（Tamara）的后繼產品，而在“塔瑪拉”系統(tǒng)之前，捷克在上個世紀60年代和70年代還分別研制過“科帕奇”（Kopac）和“拉莫那”（Ramona）系統(tǒng)。相對而言，80年代研制的“塔瑪拉”系統(tǒng)更是廣受關注，因為在1999年3月24日到6月10日的“聯(lián)盟力量”系統(tǒng)中，美國有一架F-117A“夜鷹”隱身攻擊機被塞爾維亞的俄制SA-3（S-125）“果阿”（GOA）地空導彈擊落，有一種說法認為是塞爾維亞獲得的“塔瑪拉”系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了F-117A。該系統(tǒng)完成二維定位（例如對地面/水面目標定位）需要3個偵察接收站（分別稱為左、中、右偵察接收站）和

3、一個中央處理站（CPS）。左、右偵察接收站與中心偵察接收站之間的距離可達50千米，通過微波接力通信與中心站聯(lián)系。中央處理站的所有設備都裝在一個國際標準集裝箱中，與中心偵察接收站鄰近部署。ERA公司宣稱“維拉”-E特別適合用于防空監(jiān)視，此時必須進行三維定位（因為對空中目標還要確定其高度），需要4個偵察接收站。偵察接收站的偵察天線部署在高17米的桅桿上以增大探測距離，中央處理站的處理結果可以轉交給電子戰(zhàn)中心或戰(zhàn)區(qū)指揮部門。機動型“維拉”-E系統(tǒng)如果只考慮完成二維定位，則所有設備可以裝到3輛中型卡車和一輛拖車上；完成三維定位則需再增加一輛中型卡車。對于有源雷達，我們知道它可以通過處理自身發(fā)射的參數(shù)已

4、知、從目標反射回來的電磁波定位目標，但無源雷達事先并不知道所接收到的電磁波的特征，它完成目標定位有兩個基本的條件：首先，必須有足夠快速和精細的電磁信號分析和鑒別能力，以確保在現(xiàn)代戰(zhàn)爭復雜的電磁環(huán)境下通過每個電磁信號的不同來區(qū)別定位發(fā)射該電磁信號的目標。對“維拉”-E而言，這是它與以有效進行電子戰(zhàn)為目的的傳統(tǒng)電子情報偵察系統(tǒng)之間的一個重要區(qū)別，對它的軟、硬件設計提出了更高的要求。根據(jù)ERA公司的相關產品資料，“維拉”-E采用了該公司名為“脈沖分析者”（Pulse Analyzer）的脈沖信號分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)是獨立的，所以“維拉”-E以后可以很方便地換用更先進的產品?！懊}沖分析者”的數(shù)字示波器采樣

5、速度達500兆次/秒，能非常精確地分析各種電磁輻射信號并對它們進行“指紋”（Finger Printing）式識別，包括區(qū)分兩臺同一型號的脈沖發(fā)射器各自發(fā)射的同類信號。ERA公司在資料中數(shù)次提到“脈沖分析者”可以精確分析脈沖寬度內的信號特征，那么我們可以據(jù)此斷定“維拉”-E系統(tǒng)實現(xiàn)“指紋”式識別的原理：因為標準的方波脈沖、三角波脈沖等都只在理論上存在，而實際的脈沖形狀受到元器件和制造的影響，即使同型號的脈沖發(fā)射器之間也有差別，而“維拉”-E恰恰能分析出這種差別。相比之下，傳統(tǒng)電子情報偵察系統(tǒng)的偵察對象通常僅是脈沖信號的脈沖寬度、脈沖間隔和脈沖重復頻率等參數(shù)，掌握這些參數(shù)后就可以這種信號的輻射源

6、實施有效的電子干擾，并不需要做到區(qū)分同型脈沖發(fā)射器各自發(fā)射的同類信號。“維拉”-E系統(tǒng)的偵察接收站 偵察接收天線 行軍狀態(tài)的“維拉”-E偵察接收站，桅桿已經折疊其次，無源雷達要完成目標定位還需要有行之有效的定位算法，很容易想到，如果多個偵察接收站都接收到了被確認是同一輻射源輻射的信號，由于接收站相互間的空間位置關系已知，那么定位目標應當從時間處理著手?！熬S拉”-E系統(tǒng)正是采用所謂的電磁波“到達時間差”（Time Difference Of Arrival，TDOA）方法來進行定位的，這里以完成二維平面定位為例簡單說明一下其基本原理：假設L、M和R分別代表左、中、右偵察接收站，在部署完畢后，每個

7、站都可以通過GPS知道自身的空間位置，并得出與M站的相對位置?，F(xiàn)在，系統(tǒng)開始工作了，3個站都捕捉到了一輛M1A2 SEP“艾布拉姆斯”主戰(zhàn)坦克發(fā)出的無線電信號，我們假定3個站捕捉到該信號的時刻分別是Tl、Tm和Tr（要想確定各站、各時刻捕捉到的信號是否來自同一輻射源，就要依賴前述精細、快速的信號分析能力了），通過計算信號到達M站與L站的時刻差，我們可以計算出輻射源與M站和L站之間的距離差，而由基本的數(shù)學知識，我們知道到兩個定點距離之差的絕對值是常數(shù)的點的軌跡是雙曲線，而M站和L站的空間位置已經確定，所以我們可以很快得出一條雙曲線的平面位置方程，而目標必然在這條曲線上；同樣對M站與R站進行相同的

8、處理又能得到另一條雙曲線的平面位置方程，那么目標就必然在這兩條雙曲線上的交點上，這樣我們就能確定目標的位置了。完成三維定位的原理也完全一樣，只是每次計算得到的是空間的雙曲面方程，需要三個雙曲面相交才能得到點的位置。這種目標定位方式的采用決定了“維拉”-E系統(tǒng)在使用方式和工作原理上與傳統(tǒng)電子情報偵察系統(tǒng)有根本的區(qū)別，可以認為它是對傳統(tǒng)電子情報偵察系統(tǒng)的超越?！熬S拉”-E系統(tǒng)能接收、處理和識別各種機載/艦載和陸基雷達、電子干擾機、敵我識別裝置、戰(zhàn)術無線電導航系統(tǒng)（即“塔康”）、數(shù)據(jù)鏈、二次監(jiān)視雷達、航空管制測距儀和其它各種脈沖發(fā)射器發(fā)出的信號。主要工作方式包括空中目標監(jiān)視、地面/水面目標偵察、早期

9、預警和頻率活動情況監(jiān)視。偵察接收天線尺寸（高度×直徑）為2×0.9米，重約300千克，采用24伏直流電，功耗250瓦。天線的靈敏度很高，對工作頻段內的信號具有高的截獲概率。針對各種雷達和干擾機探測時，“維拉”-E的工作頻段為118吉赫（1吉=109），用戶還可以選擇0.11吉赫和1840吉赫。用于敵我識別裝置探測時是1090兆赫，用于塔康和測距儀時是10251150兆赫。方位瞬時視場120度（捷克國防物資進出口公司提供的數(shù)據(jù)則是140度），如果有特別要求也可擴展到360度。系統(tǒng)的最大探測距離達到450千米，能同時跟蹤200個輻射源目標?！熬S拉”-E系統(tǒng)工作示意圖長期以來，人

10、們都認為無源探測系統(tǒng)和長波雷達一樣探測精度太低，只能用于搜索和早期預警，不能用于目標跟蹤，而“維拉”-E系統(tǒng)則不然，捷克國防物資進出口公司在其資料上公開宣稱“維拉”-E系統(tǒng)具有“很高的定位/跟蹤精度和能力”，所以，稱之為無源監(jiān)視系統(tǒng)實際上并沒有完全體現(xiàn)出其獨特之處?！熬S拉”-E系統(tǒng)進行二維探測時（左、右站與中心站之間的距離都是25千米），當目標距離150千米，處理25個脈沖時，對雷達和敵我識別裝置的定位精度（都取均方根值，下同）是距離誤差200米和方位誤差20米，對塔康和航空管制測距儀則分別是800米和80米；進行三維探測時，如果目標高度為5000米，其它條件和二維探測時一樣，那么在中心站與其

11、它3站距離15千米時，對雷達和敵我識別裝置的定位距離、高度誤差都是400米，對塔康和航空管制測距儀的定位距離誤差是4千米；距離30千米時對前者分別是150米和200米，對后者的定位距離誤差是1500米。從這些數(shù)據(jù)看，“維拉”-E的探測精度仍然比不上現(xiàn)代先進有源雷達，但是確實已經可以滿足跟蹤目標的需要，這一點在現(xiàn)代戰(zhàn)爭的電子戰(zhàn)環(huán)境下意義可謂非同尋常?！熬S拉”-E系統(tǒng)的集裝箱型中央處理站“維拉”-E系統(tǒng)的中央處理站采用大屏幕顯示當前目標特征、定位結果和偵察記錄等信息，具有很好的人機界面。輸出的具體內容包括：目標信息及其編號、直角坐標（以中心偵察接收站為原點）、輻射源類型和操作模式（該信息輸入電子情

12、報偵察目標數(shù)據(jù)庫）、輻射參數(shù)、雷達信號參數(shù)等等，輸出數(shù)據(jù)的刷新速度可以在15秒之間調節(jié)。 除了以上特點，“維拉”-E系統(tǒng)也具有其它現(xiàn)代技術裝備共有的特點，例如具有很高的自動化程度（進行二維探測時系統(tǒng)只需要7名成員：3名駕駛員、3名技術員和1名中央處理站操作員）、快速機動、展開與部署能力及較低的操作和維護要求。中央處理站內部具有現(xiàn)代化的人機界面維拉系列除了“維拉”-E無源偵察系統(tǒng)，“維拉”系列產品還包括“維拉”-AP、“維拉”-P3D、“維拉”-HME、“維拉”-ADSB、“維拉”-ASCS等。其中“維拉”-AP用于處理飛機對二次監(jiān)視雷達的應答型號和塔康/航空管制測距儀詢問信號。與二維定位型“維

13、拉”-E系統(tǒng)一樣，它包括3個信號接收站和一個中央處理站（裝有輔助交通情況顯示器）。左、右信號接收站和中心接收站的距離可達1070千米。在沒有二次監(jiān)視雷達的廣大區(qū)域，“維拉”-AP可以裝備ERA公司制造的選擇性詢問器并產生空中態(tài)勢圖。捷克國防部訂購了一些“維拉”-AP并連成網絡，覆蓋了全國空域。該系統(tǒng)作用距離也是約450千米，二維定位精度10100米（取決于信號接收站的分布情況），能同時跟蹤300架飛機?？煽啃苑浅８?，平均故障間隔時間（MTBF）達到8000小時。室外設備工作溫度范圍達到-40攝氏度+60攝氏度，室內設備則為040度。其它系統(tǒng)也各有特色，這里不再贅述。無源監(jiān)視系統(tǒng)的關鍵技術前面已

14、經分析了“維拉”-E系統(tǒng)的技術特征，那么，實現(xiàn)這種系統(tǒng)的技術難點有哪些？筆者認為，對有一定技術實力的國家而言，制造類似“維拉”-E的系統(tǒng)要解決的技術問題主要有三個，即脈沖信號的快速和精細分析技術、時間同步技術和可靠的精確定位技術。對這種系統(tǒng)來說，如果脈沖信號的分析速度太慢，顯然會增大對空中目標的定位誤差；而如果不能進行精細分析，我們假設空中有2架F/A-22“猛禽”（Raptor）戰(zhàn)斗機都打開其APG-77有源相控陣雷達并工作于同一方式，系統(tǒng)就可能無法進行區(qū)別并導致定位失敗?？焖?、精細的脈沖信號分析能力的實現(xiàn)依賴于軟、硬件的能力。例如對于軟件算法，就要解決這么一個問題：脈沖形狀的細微差別要到什么程度，才認為它是來自不同的輻射源？這可能需要進行外場的試驗和統(tǒng)計工作。此外，系統(tǒng)的偵察接收天線必須具有高的靈敏度和瞬時捕獲能力，否則可能無法捕獲現(xiàn)代隱身裝備采用“低可截獲概率”（LPI）技術的輻射源，例如APG-77雷達、EF2000“臺風”戰(zhàn)斗機的ECR-90雷達、瑞典RBS-15 Mk3反艦/對陸攻擊導彈的先進主動雷達導引頭和英國/法國的“風暴之影”/“戰(zhàn)利品”-EG防區(qū)外空對面導彈的無線電高度表等。時間同步技術的需要也是顯而易見的