機(jī)載預(yù)警雷達(dá)電磁頻譜的特點(diǎn)分析

機(jī)載預(yù)警雷達(dá)電磁頻譜的特點(diǎn)分析

預(yù)警機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要地位美國海軍總司令尼古拉斯穆爾預(yù)測，當(dāng)?shù)谌蔚诙问澜绱髴?zhàn)發(fā)生時，獲勝者應(yīng)該是使用最巧妙的一方。由此可見,迅速掌控未來戰(zhàn)爭電磁領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán),是關(guān)系到國防和軍隊建設(shè)長遠(yuǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一,已經(jīng)成為信息時代各國維護(hù)自身安全的戰(zhàn)略性任務(wù)。預(yù)警機(jī)作為信息化戰(zhàn)爭的主戰(zhàn)裝備,集預(yù)警和指揮、控制、通信功能于一體,起到活動雷達(dá)站和空中指揮中心的作用,其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要地位不言而喻。預(yù)警雷達(dá)是預(yù)警機(jī)的主要探測裝備和主要用頻設(shè)備,加強(qiáng)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的頻譜管理,對電磁頻譜資源實施科學(xué)的劃分、規(guī)劃、分配和指配,使其能夠得到合理、有效的利用,減少各用頻裝備用頻沖突,是取得戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵。1電磁頻譜使用的時效性特點(diǎn)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)由于其使用的時機(jī)和空間區(qū)域有明顯的時間連續(xù)性、周期長以及空間位置和方向不確定的特點(diǎn),因此,其電磁頻譜的使用具有如下特點(diǎn)。1)時間性機(jī)載預(yù)警雷達(dá)進(jìn)行探測和跟蹤時具有一定的時效性,作戰(zhàn)飛機(jī)、目標(biāo)、武器均滿足位置和距離關(guān)系條件,而三者之間的穩(wěn)定攻擊條件不具備長時間的穩(wěn)定性,需要在較短時間完成搜索、小搜、跟蹤、驗證、發(fā)射、制導(dǎo)和引爆等過程,為獲得目標(biāo)精確地理位置信息,需要雷達(dá)波束對目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)的照射直到目標(biāo)被摧毀。因此,配合各個階段的電磁頻譜使用也具備相應(yīng)的時效性特點(diǎn)。2)空間性一般的空空對抗或空地攻擊過程所存在的空間受機(jī)載雷達(dá)探測距離、武器攻擊距離和指令傳輸距離限制,而這些限制條件的根本原因是由電磁頻譜的空間特性決定。電磁頻譜的功率密度決定探測距離的大小,指令的傳輸距離又與電磁頻譜的傳輸環(huán)境有關(guān)。3)捷變性電磁頻譜信號需要應(yīng)對對方電磁信號截獲、干擾、搶斷控制權(quán)等事件的發(fā)生,需要機(jī)載預(yù)警雷達(dá)所使用的電磁頻譜信息具有一定的捷變性,以保證探測的可靠性、跟蹤的準(zhǔn)確性、引導(dǎo)的精確性。4)可控性機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的頻譜具有功率可控、方向可控、頻率可控的特點(diǎn),是滿足預(yù)警機(jī)探測距離、制導(dǎo)過程中的有效性、機(jī)動性等多個條件的基礎(chǔ)。2需要對冗余雷達(dá)雷達(dá)光譜進(jìn)行分析和建模通過以上機(jī)載預(yù)警雷達(dá)電磁頻譜的特點(diǎn)分析,為滿足未來預(yù)警雷達(dá)的電磁頻譜需求,需要從以下幾個方面進(jìn)行分析和建模。2.1段范圍和配合頻次電磁頻譜的需求會根據(jù)預(yù)警雷達(dá)類型不同而有所不同,但總體來說,能夠有效滿足預(yù)警機(jī)的探測需求、跟蹤需求、引戰(zhàn)需求、制導(dǎo)需求、截獲需求是其最低需求。發(fā)射頻段范圍要盡可能的廣,減少敵方阻塞式電磁干擾的干擾概率;跟蹤頻段范圍要盡可能具有較強(qiáng)的捷變性和排異性,使其面對對方強(qiáng)電磁干擾時具備應(yīng)對能力;指令傳送頻段需要盡可能高的定向性,以確保信息傳輸?shù)谋Ｃ苄浴⒖煽啃院途嚯x要求;引戰(zhàn)配合頻段要具有極好的敏捷性,以便引導(dǎo)導(dǎo)彈快速近距離交會時,能夠快速起爆戰(zhàn)斗部,完成對目標(biāo)的毀傷。因此,不同狀態(tài)、不同階段機(jī)載預(yù)警雷達(dá)使用階段可根據(jù)需要進(jìn)行頻譜設(shè)計,既能夠確保頻段分配的合理性,又能保證頻譜資源使用的有效性。2.2精密度和輻射功率能夠根據(jù)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)探測距離、跟蹤精度、引導(dǎo)控制距離需求來確定電磁頻譜的功率強(qiáng)度,是機(jī)載雷達(dá)設(shè)計的主要需求條件。精確控制輻射功率強(qiáng)度可進(jìn)一步降低機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的體積和質(zhì)量,又能為探測過程的保密需求提供支持。電磁頻譜的方向、時間和頻率控制是強(qiáng)化機(jī)載預(yù)警雷達(dá)抗干擾能力的主要手段,也是完成信息傳輸保密性的關(guān)鍵因素之一。2.3任務(wù)分類與結(jié)果為了實現(xiàn)大空域的掃描搜索和對多個目標(biāo)的精確跟蹤,機(jī)載預(yù)警雷達(dá)發(fā)展了搜索加跟蹤的工作模式(TAS)。雷達(dá)的每一種任務(wù)都是相對于特定的目標(biāo)(空域)而采取的,所以其相對優(yōu)先級主要取決于相應(yīng)目標(biāo)(空域)的相對重要性和時間緊迫性。在TAS方式下,雷達(dá)的任務(wù)可以分為以下4種,按遞增順序為:搜索→小搜→跟蹤→驗證。1)搜索。對指定空域按照規(guī)定的波位編排進(jìn)行照射以檢測目標(biāo)。2)小搜。由于目標(biāo)機(jī)動、干擾影響和雷達(dá)資源有限等原因,目標(biāo)在跟蹤過程中可能會出現(xiàn)失跟的目標(biāo),對失跟目標(biāo)進(jìn)行再次搜索和截獲,盡快建立此目標(biāo)的跟蹤航跡。3)跟蹤。對已經(jīng)建立跟蹤的目標(biāo)維持穩(wěn)定的跟蹤。雷達(dá)按照任務(wù)需要進(jìn)行時空分配,根據(jù)目標(biāo)威脅程度的大小和機(jī)動的情況改變數(shù)據(jù)更新率;4)驗證。在搜索檢測到目標(biāo)后,采用搜索加確認(rèn)模式,發(fā)射驗證波束,確認(rèn)搜索發(fā)現(xiàn)的目標(biāo),確認(rèn)回波是來自有效目標(biāo),還是虛警,以減少虛警概率。在不同的工作階段,用頻的需求不同,用頻的時間不同,只有協(xié)調(diào)每種工作模式的用頻才能保證預(yù)警雷達(dá)的效能發(fā)揮。3與其它頻譜的銜接機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻譜管控體系結(jié)構(gòu)的合理性一方面關(guān)系到機(jī)載預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)自身的性能,例如探測距離的遠(yuǎn)近,跟蹤精度的高低,搜索時間的長短等;另一方面也要考慮與其它頻譜管控系統(tǒng)之間的交聯(lián),例如不能影響通信系統(tǒng)的工作效率,不能影響戰(zhàn)場整體電磁頻譜的管控,考慮減輕操作員負(fù)擔(dān)等。因此,對機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻譜管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究必須充分考慮其自身特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及軍事應(yīng)用。3.1規(guī)劃應(yīng)用平臺機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻譜管控系統(tǒng)由應(yīng)用平臺和支撐平臺兩部分組成,如圖1所示。其中應(yīng)用平臺包括五個子系統(tǒng):頻率規(guī)劃、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及控制、頻率預(yù)報處理、頻譜管控和規(guī)劃狀態(tài)采集與效能評估;支撐平臺包括:戰(zhàn)場用頻監(jiān)測系統(tǒng)、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、硬件平臺、通用軟件以及相關(guān)應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。3.1.1頻譜管控子系統(tǒng)應(yīng)用平臺是電磁頻譜管控系統(tǒng)的主要組成部分,集成頻率規(guī)劃子系統(tǒng)、頻譜管控子系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)、頻率預(yù)報處理子系統(tǒng)、規(guī)劃狀態(tài)采集及效能評估子系統(tǒng)。1)頻率規(guī)劃子系統(tǒng)該子系統(tǒng)在裝備用頻數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃專家?guī)斓闹С窒?對輸入的技偵電磁情報、頻譜監(jiān)測及電磁預(yù)報等信息進(jìn)行融合處理,生成機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻率使用規(guī)劃,傳送給頻譜管控子系統(tǒng)進(jìn)行分發(fā)。2)頻譜管控子系統(tǒng)該子系統(tǒng)在戰(zhàn)前可以對生成的用頻規(guī)劃進(jìn)行推演驗證,以獲得滿足作戰(zhàn)需求的頻率使用規(guī)劃。作戰(zhàn)過程中,綜合利用頻譜監(jiān)測、雷達(dá)用頻、電子對抗技術(shù)偵察以及總部和友鄰部隊電磁信息,在雷達(dá)用頻規(guī)劃的基礎(chǔ)上,結(jié)合戰(zhàn)場地理信息系統(tǒng),實現(xiàn)戰(zhàn)場電磁態(tài)勢的實時生成、顯示,用頻的動態(tài)調(diào)整,違規(guī)用頻報警和威脅預(yù)警等功能。3)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)該子系統(tǒng)可控制用頻監(jiān)測系統(tǒng)上報相關(guān)頻譜監(jiān)測數(shù)據(jù),通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,實現(xiàn)對戰(zhàn)場區(qū)域整體電磁環(huán)境的有效掌握,并為頻率規(guī)劃子系統(tǒng)和頻譜管控子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。4)頻率預(yù)報處理子系統(tǒng)通過接收處理本作戰(zhàn)地域內(nèi)國家提供的民用電磁信息及短波頻率預(yù)報信息,生成本作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)規(guī)避民用輻射源干擾的用頻預(yù)案和短波可用頻段“窗口”,提供給頻率規(guī)劃子系統(tǒng)和頻譜管控子系統(tǒng)。5)規(guī)劃狀態(tài)采集及效能評估子系統(tǒng)該子系統(tǒng)在作戰(zhàn)過程中對頻譜規(guī)劃實施狀態(tài)進(jìn)行采集、存儲。戰(zhàn)后進(jìn)行用頻規(guī)劃效果評估,根據(jù)評估效果等級,設(shè)置優(yōu)化調(diào)整方案,并對方案進(jìn)行仿真驗證,以獲得本次作戰(zhàn)運(yùn)用的最佳用頻規(guī)劃案例,為后續(xù)作戰(zhàn)頻率規(guī)劃提供借鑒。3.1.2體系化作戰(zhàn)頻譜管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻譜管控涉及多個作戰(zhàn)系統(tǒng),包括裝備用頻干擾預(yù)測系統(tǒng)、電磁頻譜感知系統(tǒng)、動態(tài)頻率分配系統(tǒng)等,由于預(yù)警機(jī)自身空間的限制,無法全面地綜合獲取戰(zhàn)場電磁信息,因此需要其它系統(tǒng)的支持。1)戰(zhàn)場用頻監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測單元須根據(jù)作戰(zhàn)空域內(nèi)用頻裝備分布情況進(jìn)行部署,可分為固定、車載、便攜和升空平臺等類型。作戰(zhàn)區(qū)域類部署的監(jiān)測單元通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測信息匯總至用頻監(jiān)測系統(tǒng),進(jìn)行預(yù)處理、融合及分類,提供給監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)通過用頻監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)ψ鲬?zhàn)空域內(nèi)任意監(jiān)測單元的監(jiān)測方式、監(jiān)測頻段、監(jiān)測分辨率等進(jìn)行控制。2)應(yīng)用軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件由電磁頻譜管理規(guī)劃生成、頻譜資源管理、電磁態(tài)勢生成顯示、頻譜管控、接口控制、傳輸控制等軟件組成,是體系化作戰(zhàn)頻譜管理的專用軟件支持系統(tǒng)。3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)電磁頻譜管理數(shù)據(jù)庫主要包括電磁頻譜管理指揮控制數(shù)據(jù)庫、電磁頻譜監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、電磁頻譜探測數(shù)據(jù)庫、用頻裝備設(shè)備檢測數(shù)據(jù)庫等,見圖2。4)通用軟件系統(tǒng)通用軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、軍用地理信息系統(tǒng)、軍用文電處理系統(tǒng)等。與應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫共同構(gòu)成區(qū)域體系化作戰(zhàn)頻譜管理支持系統(tǒng)的軟件庫。5)硬件平臺系統(tǒng)硬件平臺系統(tǒng)包括服務(wù)器、計算機(jī)終端、安全保密設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、接口、電源、系統(tǒng)外設(shè)等。6)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支撐系統(tǒng)信息交互的各種無線傳輸網(wǎng)絡(luò),將預(yù)警雷達(dá)用頻需求、用頻信息等信息傳輸給指控系統(tǒng)。3.1.3信息指標(biāo)信息源信息化戰(zhàn)爭中任何裝備都不能脫離體系化作戰(zhàn)而單獨(dú)存在,電磁頻譜信息是連接各個作戰(zhàn)裝備的重要紐帶。機(jī)載預(yù)警雷達(dá)頻譜管控系統(tǒng)作為戰(zhàn)區(qū)電磁頻譜管控的重要組成部分,與其它頻譜管控子系統(tǒng)、頻譜管控支撐系統(tǒng)以及用頻裝備存在大量的信息交互。1)輸入支持信息裝備部署信息:指按照作戰(zhàn)計劃實施的用頻裝備型號及部署信息。技偵情報信息:指來自技偵分隊獲取的戰(zhàn)場敵方電磁用頻信息。國家電磁預(yù)報信息:指作戰(zhàn)地域內(nèi)民用電磁分布信息及短波探測預(yù)報信息。電磁交互信息:來自總部、軍種和相鄰指揮機(jī)構(gòu)的電磁態(tài)勢信息。裝備用頻信息:指作戰(zhàn)過程中各兵種上報的武器裝備實時用頻信息及用頻狀態(tài)信息。2)輸出業(yè)務(wù)信息頻率指配信息:指系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)空域的電磁頻譜態(tài)勢和預(yù)警雷達(dá)的需求,生成主用頻點(diǎn)(段)、備用頻點(diǎn)(段)、保護(hù)頻點(diǎn)(段),送各兵種對應(yīng)的分隊。沖突告警信息:當(dāng)武器裝備發(fā)生用頻沖突時,能夠向沖突方提供相應(yīng)告警,并提供沖突解決預(yù)案,協(xié)調(diào)沖突方進(jìn)行用頻重新規(guī)劃。威脅預(yù)警信息:當(dāng)系統(tǒng)通過電磁頻譜態(tài)勢發(fā)現(xiàn)具有威脅性的異常電磁信號時,向作戰(zhàn)部門提供威脅預(yù)警信息。電磁交互信息:提供給總部及協(xié)同作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)的本作戰(zhàn)區(qū)域電磁分布態(tài)勢信息。3.2設(shè)備環(huán)境報警雷達(dá)譜控制系統(tǒng)的信息流程系統(tǒng)信息流程按作戰(zhàn)全過程可分為戰(zhàn)前規(guī)劃、作戰(zhàn)應(yīng)用和效能評估三個階段,其信息流程及功能如圖3所示。3.2.1預(yù)警機(jī)在機(jī)動預(yù)警雷達(dá)用頻規(guī)劃頻譜規(guī)劃是指按照國家和軍隊的有關(guān)法令、法規(guī)要求并結(jié)合具體的作戰(zhàn)需求,為某一頻段內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)制定頻率使用計劃的活動,是無線電頻率分配和無線電頻率指配的依據(jù),其目的是科學(xué)利用頻率資源,規(guī)范頻率使用,提高頻譜利用率,頻譜規(guī)劃是電磁頻譜管控中一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。為更好地協(xié)調(diào)裝備的用頻,提高預(yù)警機(jī)的作戰(zhàn)效能,預(yù)警機(jī)在升空作戰(zhàn)之前都要通過任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)對機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的用頻進(jìn)行規(guī)劃,具體內(nèi)容包括:1)制定并分發(fā)頻率使用計劃,包括對特定頻段的頻率復(fù)用和共用計劃;2)與情報、作戰(zhàn)和C4系統(tǒng)部門一起擬制聯(lián)合保護(hù)頻率表;3)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)等具體情況定期修改和分發(fā)聯(lián)合保護(hù)頻率表;4)對替換備用裝備頻譜使用提供技術(shù)支援;5)行使頻率支配權(quán)。經(jīng)過戰(zhàn)前規(guī)劃形成初步的電磁頻譜分配和使用方案,結(jié)合作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)樣式,對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行作戰(zhàn)推演驗證,驗證是否滿足預(yù)警雷達(dá)的此次作戰(zhàn)任務(wù)需求,通過優(yōu)化設(shè)計形成初步的用頻計劃。3.2.2系統(tǒng)動態(tài)頻譜管控1)戰(zhàn)場電磁態(tài)勢評估戰(zhàn)場電磁態(tài)勢評估是制定頻譜管理計劃的前提,評估的準(zhǔn)確與否直接影響頻譜管理計劃制定的合理程度。預(yù)警雷達(dá)以無源工作方式,快速掃描作戰(zhàn)空域,將截獲的電磁信號信息傳輸給頻譜分析處理端進(jìn)行檢測(當(dāng)預(yù)警雷達(dá)進(jìn)行探測時,由其它傳感器獲得電磁信息);頻譜管控系統(tǒng)將實時監(jiān)測的電磁頻譜信息和規(guī)劃信息進(jìn)行融合,形成戰(zhàn)場電磁頻譜態(tài)勢圖。實時的電磁態(tài)勢圖能夠提高頻譜管控的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和實效性,是實現(xiàn)電磁頻譜動態(tài)管理的前提。2)電磁兼容分析與查找異常輻射源對機(jī)載預(yù)警雷達(dá)進(jìn)行電磁兼容分析是電磁頻譜管控的基礎(chǔ),它能夠保證預(yù)警雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境中正常工作而避免構(gòu)成有害干擾,為保證良好的電磁環(huán)境和形成有利的戰(zhàn)場電磁態(tài)勢提供重要保證。異常輻射源威脅屬性判別主要分析異常的電磁信號,通過與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的頻譜信息進(jìn)行比對,輻射源進(jìn)行威脅評估,產(chǎn)生預(yù)警信息并傳送至頻譜管控系統(tǒng)控制端。3)用頻沖突檢測與動態(tài)調(diào)整通過沖突檢測,分析機(jī)載預(yù)警雷達(dá)用頻信息與其它用頻裝備頻段是否存在重疊,定量地分析其它用頻裝備和敵方電磁干擾對雷達(dá)探測威力、跟蹤精度的影響,并預(yù)測下一階段是否用頻沖突;動態(tài)頻譜分配是頻譜管控的關(guān)鍵技術(shù),也是解決頻譜沖突最有效的方法,通過改變預(yù)警雷達(dá)的用頻頻點(diǎn)、極化方式、發(fā)射功率,在頻域、時域、空域三個方面協(xié)調(diào)裝備的用頻。通過頻率分割,使工作于同一時問、同一區(qū)域的眾多用頻裝備“各用其頻”而互不干擾;通過時間分割,使同一地域內(nèi)的不同用頻裝備能夠按照分配的時間使用相同的工作頻率;通過空間分割,使間隔一定距離的無線電信號覆蓋區(qū),能夠使用相同的頻率而互不干擾,實現(xiàn)工作頻率復(fù)用。3.2.3規(guī)劃方案效能評估效能評估階段是電磁頻譜管控系統(tǒng)的負(fù)反饋階段,它將作戰(zhàn)應(yīng)用階段的生成用頻方案進(jìn)行效能評級和優(yōu)化調(diào)整,通過一