維拉-E無源探測系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)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(dá)技術(shù)公司（ERA Radar Technology）研制的，在該公司的產(chǎn)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(dá)技術(shù)發(fā)展的情況看，它也可以自然地歸類到所謂的“無源雷達(dá)”或“寂靜雷達(dá)”（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(xué)應(yīng)用物理學(xué)實驗室舉行的第三屆多國無源和寂靜雷達(dá)會議上，“維拉”-E系統(tǒng)就對與

2、會者進(jìn)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(chǎn)品，而在“塔瑪拉”系統(tǒng)之前，捷克在上個世紀(jì)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(guān)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(jī)被塞爾維亞的俄制SA-3（S-125）“果阿”（GOA）地空導(dǎo)彈擊落，有一種說法認(rèn)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(biāo)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(dá)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(shè)備都裝在一個國際標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行三維定位（因為對空中目標(biāo)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(jié)果可以轉(zhuǎn)交給電子戰(zhàn)中心或戰(zhàn)區(qū)指揮部門。機(jī)動型“維拉”-E系統(tǒng)如果只考慮完成二維定位，則所有設(shè)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(dá)，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(biāo)反射回來的電磁波定位目標(biāo)，但無源雷達(dá)事先并不知道所接收到的電磁波的特征，它完成目標(biāo)定位有兩個基本的條件：首先，必須有足夠快速和精細(xì)的電磁信號分析和鑒別能力，以確保在現(xiàn)代戰(zhàn)爭復(fù)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(biāo)。對“維拉”-E而言，這是它與以有效進(jìn)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(shè)計提出了更高的要求。根據(jù)ERA公司的相關(guān)產(chǎn)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?fù)Q用更先進(jìn)的產(chǎn)品?！懊}沖分析者”的數(shù)字示波器采樣

5、速度達(dá)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(jìn)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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?！熬S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(jīng)折疊其次，無源雷達(dá)要完成目標(biāo)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(rèn)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(guān)系已知，那么定位目標(biāo)應(yīng)當(dāng)從時間處理著手。“維拉”-E系統(tǒng)正是采用所謂的電磁波“到達(dá)時間差”（Time Difference Of Arrival，TDOA）方法來進(jìn)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(shè)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(xì)、快速的信號分析能力了），通過計算信號到達(dá)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(xué)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(jīng)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(biāo)必然在這條曲線上；同樣對M站與R站進(jìn)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(rèn)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(jī)載/艦載和陸基雷達(dá)、電子干擾機(jī)、敵我識別裝置、戰(zhàn)術(shù)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)（即“塔康”）、數(shù)據(jù)鏈、二次監(jiān)視雷達(dá)、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(biāo)監(jiān)視、地面/水面目標(biāo)偵察、早期

9、預(yù)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(nèi)的信號具有高的截獲概率。針對各種雷達(dá)和干擾機(jī)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(jìn)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(kuò)展到360度。系統(tǒng)的最大探測距離達(dá)到450千米，能同時跟蹤200個輻射源目標(biāo)?！熬S拉”-E系統(tǒng)工作示意圖長期以來，人

10、們都認(rèn)為無源探測系統(tǒng)和長波雷達(dá)一樣探測精度太低，只能用于搜索和早期預(yù)警，不能用于目標(biāo)跟蹤，而“維拉”-E系統(tǒng)則不然，捷克國防物資進(jìn)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。“維拉”-E系統(tǒng)進(jìn)行二維探測時（左、右站與中心站之間的距離都是25千米），當(dāng)目標(biāo)距離150千米，處理25個脈沖時，對雷達(dá)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(jìn)行三維探測時，如果目標(biāo)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(dá)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(jìn)有源雷達(dá)，但是確實已經(jīng)可以滿足跟蹤目標(biāo)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(dāng)前目標(biāo)特征、定位結(jié)果和偵察記錄等信息，具有很好的人機(jī)界面。輸出的具體內(nèi)容包括：目標(biāo)信息及其編號、直角坐標(biāo)（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(biāo)數(shù)據(jù)庫）、輻射參數(shù)、雷達(dá)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(diào)節(jié)。 除了以上特點，“維拉”-E系統(tǒng)也具有其它現(xiàn)代技術(shù)裝備共有的特點，例如具有很高的自動化程度（進(jìn)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(shù)員和1名中央處理站操作員）、快速機(jī)動、展開與部署能力及較低的操作和維護(hù)要求。中央處理站內(nèi)部具有現(xiàn)代化的人機(jī)界面維拉系列除了“維拉”-E無源偵察系統(tǒng)，“維拉”系列產(chǎn)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(jī)對二次監(jiān)視雷達(dá)的應(yīng)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(dá)1070千米。在沒有二次監(jiān)視雷達(dá)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(chǎn)生空中態(tài)勢圖。捷克國防部訂購了一些“維拉”-AP并連成網(wǎng)絡(luò)，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(jī)?？煽啃苑浅８?，平均故障間隔時間（MTBF）達(dá)到8000小時。室外設(shè)備工作溫度范圍達(dá)到-40攝氏度+60攝氏度，室內(nèi)設(shè)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(guān)鍵技術(shù)前面已

14、經(jīng)分析了“維拉”-E系統(tǒng)的技術(shù)特征，那么，實現(xiàn)這種系統(tǒng)的技術(shù)難點有哪些？筆者認(rèn)為，對有一定技術(shù)實力的國家而言，制造類似“維拉”-E的系統(tǒng)要解決的技術(shù)問題主要有三個，即脈沖信號的快速和精細(xì)分析技術(shù)、時間同步技術(shù)和可靠的精確定位技術(shù)。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(biāo)的定位誤差；而如果不能進(jìn)行精細(xì)分析，我們假設(shè)空中有2架F/A-22“猛禽”（Raptor）戰(zhàn)斗機(jī)都打開其APG-77有源相控陣?yán)走_(dá)并工作于同一方式，系統(tǒng)就可能無法進(jìn)行區(qū)別并導(dǎo)致定位失敗。快速、精細(xì)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(xì)微差別要到什么程度，才認(rèn)為它是來自不同的輻射源？這可能需要進(jìn)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(shù)的輻射源，例如APG-77雷達(dá)、EF2000“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的ECR-90雷達(dá)、瑞典RBS-15 Mk3反艦/對陸攻擊導(dǎo)彈的先進(jìn)主動雷達(dá)導(dǎo)引頭和英國/法國的“風(fēng)暴之影”/“戰(zhàn)利品”-EG防區(qū)外空對面導(dǎo)彈的無線電高度表等。時間同步技術(shù)的需要也是顯而易見的