雷达告警系统又称为雷达告警接收机(RwR),大量装备在各类兵器上用于告警自卫。虽然它是雷达侦察接收机中结构最简单的一种,但却包括了侦察系统各个基本的组成部分与功能。
系统简介
雷达告警接收机大量安装在
军用飞机、军舰、潜艇和地面战车等兵器上,装载它的兵器在专业术语中也称为"武器平台"或"平台"。告警接收机的主要功能是发现敌方力量对兵器的威胁,并在威胁时刻向驾驶或操作人员发出警报,并提供关于威胁的主要信息,以便采取相应的行动,避免造成严重后果。(国防科工委网站)
雷达告警接收机 作战飞机 发展趋势 数据融合机载雷达告警接收机(Radar Warning Receiver),是一种通过被动测量和分析照射到载机的雷达波,向飞行员提示威胁的方位、类型和工作状态等信息的设备。在现代战争条件下,作战飞机面临大量以雷达为主要火控手段的防空、制空武器的威胁,如果对战术态势没有全面的把握,不能及时发现自身遭到攻击,就无法采取相应保护措施,在现代战争中也就无法生存。机载雷达告警接收机是现代作战飞机最基本的电子战装备。
发展简史及现状机载雷达告警接收机的历史始于20世纪60年代中叶。在
越南战争中
美国空军作战飞机在执行攻击任务时,往往遭遇非常密集的防空火力打击,尤其是在战争初期大量苏制无线电指令制导的S-75型防空
导弹使其遭受了巨大损失。当时的美军飞机与其他国家的作战飞机一样只装备了用于向飞行员提示遭到敌机咬尾攻击的护尾器,这虽然在空中格斗中仍能发挥作用,但是无法对来自其他方向的防空导弹制导雷达作出反应。在这种情况下,突破防空火力圈变得十分困难,相对廉价的导弹可以击落昂贵的
强击机,作战成本很高。为了减少导弹造成的损失,
美国空军操作需求与发展计划主管委托蓝绶带航空安全与技术工作组研究可以对这类威胁提供告警和防御的手段。
与此同时,国防研究与工程主管(Director, Defense Research and Engineering,DDR\u0026E)组织了一个委员会来评估和选择适用的告警和干扰设备。最终选中应用技术公司提出的Vector IV概念,命名为AN/APR-25,当年就签署了500台的合同。为此,应用技术公司还获得了
美国空军萨拉曼多航空材料领域奖。AN/APR-25采用
晶体视频检波器,把四天线阵列接收到的信号形成目标方位显示在一个阴极射线管显示器(CRT)上,并根据雷达的脉冲重复频率判断是否已被锁定。AN/APR-25雷达告警接收机的显示器如图1所示。由于当时的技术条件有限,AN/APR-25覆盖的波段较少,主要适用于S-75系统的S波段和改进后的C波段雷达及战斗机的X波段雷达,一般飞机还同时装备探测L波段
地空导弹制导指令的AN/APR-26导弹告警接收机。当时执行"野
鼬属"任务的反辐射飞机也使用AN/APR-25作为火控探测设备,与ER-142配合可以完成对辐射源的定位,提供发射
反辐射导弹所需的数据。这一时期装备的雷达告警接收机还有改进的AN/APR-36/37和可以单独完成反辐射火控功能的AN/APR-38以及超外差式分析接收机AN/APR-35。
随着电子技术进步,1970年开始出现第一个数字化的机载雷达告警接收机AN/ALR-45,它使用了数字逻辑电路和时钟驱动器的集成块。最初的雷达告警接收机希望能够尽可能多地接收到信号,避免漏脱,但是随着战场上辐射源的增加,对大量无威胁的信号告警将会分散飞行员的注意力,容易忽略真正有威胁的信号。这就要求雷达告警接收机应用
计算机技术对信号进行分析和判断,对威胁进行排序。第一台由软件控制的雷达告警接收机是AN/ALR-46。
1972年应用技术公司提出采用低成本存储器、研制可编程的告警接收机的概念,以便不修改硬件就能实现对不同频率、脉冲重复频率、脉冲宽度和脉冲压缩编码等的各种雷达告警。在这个被称为Vector V概念的指导下,应用技术公司研制了世界上第一种专用于电子战的
计算机应用技术先进计算机(Applied Technology Advanced Computer,ATAC)。这台
计算机1973年研制成功时,体积为1.6×10-3m3,功率45W,输入/输出速度可以达到1.25Mb/s。这项成就使雷达告警接收机进入微处理器和软件控制时代。应用这一技术的雷达告警接收机包括F-15上的AN/ALR-56,
F-14战斗机、F/A-18上的AN/ALR-67,
F-16战斗机上的AN/ALR-69等。计算机技术的应用,使雷达告警接收机可以灵活地控制电子干扰设备的使用时机、发射
波形和功率,成为一个整体的电子战系统。这个时期
欧洲国家也依靠自身较强的电子技术实力,研制了较高技术水平的雷达告警接收机。AN/ALR-56是
英国宇航公司(BAE)的产品,塞莱克斯公司的天空卫士系列雷达告警接收机也占有一定的市场份额。同时期
苏联的雷达告警接收机水平相对比较低,苏-27飞机使用的SPO-150雷达告警接收机仍然使用模拟技术,用灯光向飞行员显示大概的辐射源方位和工作状态,难以满足作战要求。典型的现役雷达告警接收机1. AN/ALR-56AN/ALR-56是BAE公司为F-15战斗机研制的雷达告警接收机,目前在役的主要是AN/ALR-56C,最新生产的F-15K也装备AN/ALR-56C(处理流程如图2所示)。该系统是在飞机的翼尖和垂尾顶部各安装一对天线,在前机身下安装一片刀形天线。基于计算机控制的宽带、敏捷的超外差接收机,能够根据环境自动调整灵敏度,删除确认无威胁的信号,实时告警高脉冲频率和连续波信号,能实现连续的自检(BIT),同时负责管理AN/ALE-45干扰物投放器和AN/ALQ-135干扰机。这型雷达告警接收机在当时是相当先进的,但由于电子技术发展迅速,在20世纪90年代中期,美军评估认为该系统存储容量、计算能力都存在不足,威胁评估和虚警率都已不能令人满意,而且只更新F-15的作战飞行程序(OFP)是无法解决以上问题,需要改进部分硬件。改进的轻量化AN/ALR-56M被用于50批次的F-16。
2. AN/ALR-69AN/ALR-69是廉价、轻型的通用雷达告警接收机,包括5个LRU,仅重19kg,所以安装平台极为广泛,总共装备了超过8000架飞行器,包括多数批次的
F-16战斗机、部分A-10攻击机、C-130
战术运输机,甚至包括HH-60直升机。AN/ALR-69最新的型号是AN/ALR-69A(V),生产商宣称其为世界上第一种全数字化的雷达告警接收机,具有高度的扩展弹性和成本优势。AN/ALR-69A(V)采用4个数字化四象限天线提供360°方位覆盖,由一个宽带通道在密集的辐射环境中以很高的灵敏度筛选出威胁信号,多个窄带通道供选择使用以提供更高的灵敏度和对威胁频谱的快速覆盖和快速响应。该系统由基于FPGA的16通道接收机快速处理信号,处理得到的数据由高速光纤数据链传递给模块化策略
计算机。模块化策略计算机由商业
货架产品(COTS)制造,包括4片数字信号处理器(DSP)和2片PowerPC来处理
传感器和辐射源/威胁数据。该计算机性能强大,具有每秒200亿条指令的处理能力。AN/ALR-69A(V)系统外接的传感器数量可以从4个增加到8个,而模块化策略计算机则有空余的扩展卡插槽以便于将来扩展处理能力。这种扩展弹性使AN/ALR-69A(V)能够适用于各种空中平台,能适应各种带宽、空间覆盖范围、频率范围、极化方式、干涉测量方法。由于拥有开放的体系,各种电子战和雷达系统都可以通过界面卡插接和加载软件来与AN/ALR-69A(V)系统综合使用。图3是一个典型的AN/ALR-69显示画面。
3. AN/ALR-67
AN/ALR-67是
美国海军和
海军陆战队用于装备F-14、F/A-18和AV-8B的雷达告警接收机,其最新型号AN/ALR-67(V)3用于装备F/A-18E/F战斗机(如图4所示)和F/A-18C/D战斗机,能够在原安装位置上替代AN/ALR-67(V)2系统。AN/ALR-67(V)3在设计时考虑了
中国人民解放军海军航空兵未来20年所需面对的复杂电子战环境,特别考虑了应对现代雷达越来越复杂的发射
波形。与空军使用独立的定位系统不同,该系统要求满足
AGM-88反辐射导弹的发射要求。该系统首次采用了全信道化数字接收机。全信道化接收机体系使系统可以在高脉冲密度环境中成功探测到有威胁的发射机,而且可以在附近有大功率干扰机的情况下接获远处的微弱信号。接收机覆盖的波段很广,从低于2GHz的早期
预警雷达到40GHz的毫米波雷达,都能接收到。接收机的数字测量通道采用了先进的数字技术来改善可靠性,提高数据
测量精度,并且通过减少部件数量降低了成本。信道化数字接收机连接了以一对
PowerPCG4处理器为核心的策略
计算机。PowerPC G4是最新一代航空电子系统中广泛采用的处理器,性能十分强大,足以应付假定作战条件下的电磁环境,满足算法复杂度对计算能力的要求。AN/APG-67(V)3系统由基于性能的后勤(PBL)项目提供全寿命的支持,系统的可用性接近100%,作战使用的可靠性超过设计要求的2倍,单价约为110万美元。
发展趋势
最新一代的航空电子系统越来越趋于综合化,机载雷达告警接收机将成为
综合电子战系统(IEWS)的一部分,而综合电子战系统在整个航电系统中也不是独立地发挥作用。综合电子战系统不仅仅是执行电子压制的任务,在条件满足时,也能用于火控。在出现这些新趋势的同时,传统的雷达信号截获功能也面临新的挑战,要求有新的发展。
1.航空电子系统综合化与
传感器数据融合综合式航空电子系统的概念,始于20世纪80年代美国空军莱特实验室提出的"宝石柱"计划。"宝石柱"计划的具体成果就是
F-22战斗机的综合航电系统。综合航空电子系统的主要特点是各航电子系统只进行A/D、D/A转换和
信号处理,而数据处理部分则被综合到通用综合处理器中完成,各传感器得到的数据被充分共享,不同功能传感器得到的数据可以融合处理。作为
综合电子战系统组成部分的机载雷达告警接收机,其作用不仅限于对有威胁辐射源的告警,也不只于综合电子战系统层面上对电子对抗的管理和控制,而是可以为
火控系统提供目标识别,为火控
传感器提示目标方位,减少雷达的使用时间和扫描空间,甚至可以直接提供武器发射所需的火控数据。
2. 单站无源定位和跟踪利用机载雷达告警接收机完成单站无源定位、用反辐射武器攻击地面雷达目标,是早已存在的技术,多年来反辐射
强击机一直都是这样工作的。但是对运动目标则存在目标跟踪问题,而且更难以满足定位误差的要求。对目标的单站无源定位方法目前主要有只测角度定位、多普勒频率定位、到达时间定位、方位/多普勒频率定位、方位/到达时间定位及相位差变化率定位等方法,各种方法都有一定的实例应用。对机动目标的跟踪滤波算法则从扩展的卡尔曼滤波法逐渐发展到修正增益的扩展卡尔曼滤波法。目标机动模型则在传统的
导数多项式模型、匀速模型、匀加速模型、一阶时间相关模型、半马尔可夫模型等的基础上提出了有较好效果的多个模型交互的机动目标定位算法。目前对机动目标的机载单站无源定位技术研究比较多,但是可能只有
F-22战斗机使用的AN/ALR-94系统在一定距离内可以利用长基线测距等手段满足AIM-120
导弹发射的全部要求。
3. 对低可截获概率(LPI)雷达信号的可靠截获为了提高雷达的性能,现代雷达普遍采用脉冲压缩、超低旁瓣等技术,客观上增加了对雷达信号的截获难度。而机载雷达与雷达告警接收机的对抗,促进了专门的低可截获概率技术,如发射功率管理、扩展带宽、伪随机噪声编码等的应用,大大增加了雷达告警接收机可靠截获和分析雷达信号的难度。目前研究的低可截获概率雷达信号的检测方法有能量检测器、时频分解、小波变换、循环平稳分析、高阶统计分析方法、现代谱估计方法、混沌
信号处理方法等。已经有一些新型机载雷达告警接收机能截获LPI信号,但是应注意LPI本身是相对一定信号截获能力的概念,对一定LPI手段有效的信号截获对更复杂的LPI手段则不一定有效,LPI与截获技术的斗争仍在不断地进行中。
参考资料
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