淺述無(wú)源雷達

無(wú)源雷達是一種不用發(fā)射機發(fā)射能量而靠接受溫熱物體或他源反射的微波能量探測目標的雷達.它有天線(xiàn)和靈敏度極高的接受裝置.無(wú)源雷達鑒別目標的能力，主要取決于目標之間的表面溫差和目標的反射系數,天線(xiàn)波束與目標之間的入射余角,無(wú)線(xiàn)極化和波束寬度與接受機的最小可檢測電子等.

人們在一般情況下提到的雷達，指的是有源雷達。這是一種自身定向輻射出電磁脈沖照射目標，進(jìn)行探測，定位和跟蹤的傳統雷達。有源雷達發(fā)射的電磁信號會(huì )被敵方發(fā)現，定位，暴露自己。引來(lái)“殺身之禍”，子是人們開(kāi)始研究自身不輻射電磁波的新體制雷達。這種借助非協(xié)同外部輻射源進(jìn)行探測和定位的被動(dòng)式雷達，就是無(wú)源雷達。

無(wú)源雷達的特性及沿革

無(wú)源雷達本身并不發(fā)射能量，而是被動(dòng)地接收目標反射的非協(xié)同式輻射源的電磁信號，對目標進(jìn)行跟蹤和定位。所謂非協(xié)同式外部輻射源，是指輻射源和雷達“不搭界”，沒(méi)有直接的協(xié)同作戰關(guān)系。這樣就使得探測設備和反輻射導彈不能利用電磁信號對無(wú)源雷達進(jìn)行捕捉、跟蹤和攻擊。

無(wú)源雷達系統簡(jiǎn)單，尺寸小，可以安裝在機動(dòng)平臺上、易于部署，訂購與維護成本低。無(wú)源雷達不發(fā)射照射目標的信號，因此不易被對方感知，一般不存在被干擾的問(wèn)題。它可以晝夜、全天候工作：可連續檢測目標，一般為每秒一次，信號源是40。400兆赫的低頻電磁波，有利于探測隱身目標和低空目標：不需頻率分配，因此可部署在不能部署常規雷達的地區。

無(wú)源雷達自身不發(fā)射信號，既帶來(lái)優(yōu)點(diǎn)也帶來(lái)缺點(diǎn)。由于依賴(lài)于第三方發(fā)射機，操作員對照射器無(wú)法主動(dòng)控制，在被探測目標保持無(wú)線(xiàn)電靜默、照射器又不工作的情況下，無(wú)源雷達就成了無(wú)源之水，不能發(fā)揮作用。此外，一些發(fā)射機的有效輻射功率較低，易受干擾和空射誘餌的影響而且要求發(fā)射機與目標、目標與接收機以及接收機與發(fā)射機之間信號不受阻擋，限制了無(wú)源雷達的使用。

其實(shí)無(wú)源雷達并不是新概念，它的歷史幾乎與雷達技術(shù)本身一樣悠久。1935年，羅伯特·沃森·瓦特曾在單基地無(wú)源系統中利用英國廣播公司發(fā)射的短波射頻，照射10千米以外的“海福特”轟炸機。在第二次世界大戰中也試驗過(guò)預警無(wú)源雷達，如德國的“克萊思·海德堡”(Kleine。Heidelberg)系統。但當時(shí)的系統缺乏足夠的處理能力，不能計算出目標的精確坐標。

當前，有很多國家熱衷于無(wú)源技術(shù)的應用研究。美國洛克希德·馬丁公司是最先涉足該領(lǐng)域的公司之一，據稱(chēng)依靠電視和無(wú)線(xiàn)發(fā)射機，其無(wú)源系統的探測距離達到220千米以上。美國國防部國防高級研究計劃局以及華盛頓大學(xué)、喬治亞技術(shù)大學(xué)等高校和雷聲等公司，都開(kāi)展了這一領(lǐng)域的研究。在歐洲，法國也進(jìn)行了相應的技術(shù)研究工作、意大利演示了樣機系統、英國正在研究無(wú)源相干雷達和“蜂窩’雷達(Celldar)，俄羅斯和捷克也在進(jìn)行類(lèi)似研究。

無(wú)源雷達的分類(lèi)

無(wú)源雷達系統可以依據探測對象或配置方式來(lái)分類(lèi)。依據配置方式，無(wú)源雷達分為固定式(地基)和機動(dòng)式(安裝在潛艇、艦船、飛機、地面車(chē)輛等平臺上)兩大類(lèi)。無(wú)源雷達的探測對象可以是雷達、通信電臺或其他無(wú)線(xiàn)輻射源，也可以是僅僅反射無(wú)線(xiàn)電信號的目標。無(wú)源雷達可以依據探測對象的不同，分為利用被探測目標的自身輻射進(jìn)行探測和跟蹤，以及利用外照射源發(fā)射的電磁波進(jìn)行探測和跟蹤兩大類(lèi)。

利用被探測目標的自身輻射

在被探測目標本身就是輻射源或攜帶了輻射源的情況下，無(wú)源雷達利用探測目標自身輻射的電磁波進(jìn)行探測和跟蹤?？赡艿妮椛湓窗ɡ走_、通信電臺、應答機、有源干擾機、導航儀等電子設備。捷克研制的“維拉”系列無(wú)源雷達就屬于這類(lèi)無(wú)源雷達。

利用外照射源發(fā)射的電磁波

這類(lèi)無(wú)源雷達探測的目標本身不直接輻射電磁能量。無(wú)源雷達在工作時(shí)，通過(guò)天線(xiàn)接收來(lái)自外部的非協(xié)同輻射源(第三方)的直射波，以及該外部輻射源照射目標后形成的反射波或散射波，利用其攜帶的多普勒頻移、多站接收信號的時(shí)間差和到達角等信息，經(jīng)處理后提取目標信息并消除無(wú)用信息和干擾，從而完成對目標的探測、定位和跟蹤。

可能的非協(xié)同方包括廣播電臺、電社臺、通信臺站、直接廣播系統(DBS)、全球定位系統(GPS)、各種平臺上的有原雷達等。美國研制的“沉默哨兵”(Silent。Sentry)雷達就是這類(lèi)雷達。利用全球移動(dòng)通信系統(GSM)發(fā)射機的作用距離只有20千米，利用調頻無(wú)線(xiàn)基站的距離可達100。150千米，而大功率電視發(fā)射臺的作用距離更遠。利用其他雷達發(fā)射機的無(wú)源系統的作用距離與所用雷達相當。

幾款典型的無(wú)源雷達

美國的“沉默哨兵”雷達

美國洛克希德·馬丁公司從1983年開(kāi)始研究非協(xié)同式雙基地無(wú)源雷達，于1998年研制出新型的“沉默哨兵”被動(dòng)探測系統。這種無(wú)源雷達利用商業(yè)調頻無(wú)線(xiàn)電臺和電視臺發(fā)射的50。80兆赫連續波信號，檢測、跟蹤、監視區內的運動(dòng)目標。該系統由大動(dòng)態(tài)范圍數字接收機、相控陣接收天線(xiàn)、每秒千兆次浮點(diǎn)運算的高性能并行處理器及其軟件組成。試驗證明，它對雷達反射面積10。。目標的跟蹤距離可達180千米，改進(jìn)后可達220千米，能同時(shí)跟蹤200個(gè)以上目標，分辨間隔為15米。

“沉默哨兵”可安裝在建筑物和固定結構上，也可安裝在飛機、卡車(chē)及方艙上以便快速部署。洛·馬公司還試驗過(guò)安裝在水面艦艇和潛水艇上的兩種系統，這它們一般利用沿海地區的廣播系統作為照射源。在潛艇上的系統安裝在潛望鏡上，采用全向天線(xiàn)，提供直升機或海岸偵察機告警。

固定式“沉默哨兵”系統可實(shí)現全空域覆蓋，對目標進(jìn)行實(shí)時(shí)三維跟蹤與監視，數據每秒更新。次，不受氣候條件影響，系統成本和維護費用低。相控陣天線(xiàn)采用商用部件，安裝在建筑物上，天線(xiàn)尺寸。。。。。。。米。該系統有120°的觀(guān)察范圍，采用數字波束形成技術(shù)實(shí)現整個(gè)扇區覆蓋，可跟蹤固定翼飛機、旋翼機、巡航導彈和彈道導彈。

快速部署系統用于進(jìn)行實(shí)時(shí)數據收集和處理，目前部署在有電力自給能力的拖車(chē)上。該拖車(chē)安置在大篷內，相控陣天線(xiàn)安裝在大蓬側面，參考天線(xiàn)安裝在大蓬頂部。這種特殊材質(zhì)的大篷起到類(lèi)似法拉第筒的作用，可防止車(chē)內處理器的電磁輻射干擾接收天線(xiàn)的正常工作。拖車(chē)內，加固式接收機、處理器和控制站占一半空間，空調系統和發(fā)電機放在另一半。

英國的“蜂窩”霄達

英國的“蜂窩”雷達系統可探測、跟蹤和識別陸上、海上和空中的移動(dòng)目標，包括在樹(shù)叢中運動(dòng)的車(chē)輛，它理論上能夠探測野外環(huán)境中10。15千米的地面目標和100千米的大型飛機。當目標進(jìn)入探測區域后，引起蜂窩電話(huà)輻射波的反射，這些反射被一部或多部蜂窩電話(huà)雷達探測到。檢測數據通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳送到中央控制系統，數據在這里進(jìn)行處理，從而確定目標的位置和速度。該雷達系統除了反射蜂窩電話(huà)基站的輻射信號外，還可利用聲傳感器探測到目標輻射出的噪聲，有助于確定目標位置。

“蜂窩”雷達在用于地面

防空時(shí)，其相控陣接收機能夠采用展開(kāi)式結構，或集成在偽裝網(wǎng)中：在用于無(wú)源預警時(shí)，可以集成在坦克中或預警機上。該系統還可以用于海岸監視、戰場(chǎng)偵察、特種情報收集(例如對機場(chǎng)活動(dòng)進(jìn)行秘密的無(wú)人監控)、邊防安全及近海作戰等。沿海岸線(xiàn)部署的“蜂窩”雷達可用于艦船檢測、輔助搜救、領(lǐng)航、告警等任務(wù)。還可將其安裝在預警機上形成無(wú)源預警能力，隱蔽地監視空域，探測100千米以外的飛機。

“維拉-。”雷達

“維拉”系列無(wú)源雷達由捷克研制。“維拉-。”是該系列的最新型號，可探測定位、識別和跟蹤空中、地面和海上目標，對空探測的最大距離為450千米，并可識別目標、生成空中目標圖像。

“維拉-。”系統由。部分組成：分析處理中心居中，。個(gè)信號接收站呈圓弧線(xiàn)狀分布在周?chē)?，站與站之間距離在50千米以上。分析處理中心部署在方艙車(chē)內，有完整的計算機系統以及通信、指揮和控制系統。信號接收站用重型汽車(chē)運載，可靈活部署。接收天線(xiàn)支架豎起時(shí)高17米，占地面積。。12米，。個(gè)人在。小時(shí)內即可豎起天線(xiàn)、進(jìn)入監視狀態(tài)。天線(xiàn)外形為圓柱體結構，功耗低、可靠性極高，平均無(wú)故障間隔時(shí)間達2000小時(shí)，可抵御30米／秒的大風(fēng)。

無(wú)源雷達的未來(lái)發(fā)展

無(wú)源雷達系統(尤其是利用外部非協(xié)同輻射源的無(wú)源雷達)，可能是今后10。20年的一個(gè)重要的發(fā)展方向。隨著(zhù)幾大國際通信衛星計劃的實(shí)施，未來(lái)將有1000多顆通信衛星在軌。其中將有許多能發(fā)射出足夠高的射頻能量，地面上大多數地點(diǎn)均會(huì )同時(shí)受到幾個(gè)星載輻射源的照射，無(wú)源雷達系統可充分利用這些照射源進(jìn)行目標探測和跟蹤?？偟膩?lái)看，無(wú)源雷達將會(huì )在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展：

擴展可用外輻射源的種類(lèi)。外部的非協(xié)同輻射源從最早的電視信號、調頻信號，到現在的移動(dòng)通信信號、全球定位系統衛星信號，以及將來(lái)多種衛星信號和其他各種可能的輻射源，可供選擇利用的外輻射源種類(lèi)將日漸增多。

雷達目標的傅立葉成像。伊利諾斯州大學(xué)的研究人員已證實(shí)，可用無(wú)源多基地雷達產(chǎn)生飛機目標的合成孔徑圖像。利用不同頻率和不同位置的多部發(fā)射機，就可為某個(gè)目標建立一個(gè)傅立葉域的稠密數據集合，通過(guò)逆傅立葉變換就可以重構該目標的圖像。

不同平臺無(wú)源雷達的組網(wǎng)。由于可供使用的外輻射源信號種類(lèi)繁多，不同的輻射源信號占據了不同的頻段，同一目標在不同頻段會(huì )有不同的雷達特性。因此，為盡可能地提高對目標的探測能力，可以將不同平臺的無(wú)源雷達進(jìn)行組網(wǎng)。

無(wú)源雷達與有源雷達相結合。當外界電磁輻射設備關(guān)機或無(wú)法利用時(shí)，無(wú)源雷達就無(wú)法對目標進(jìn)行探測定位。因此，可考慮將無(wú)源雷達與有源雷達結合使用。如以雙／多基地方式合理布設無(wú)源和有源雷達，當外界電磁輻射不存在或無(wú)法利用時(shí)，利用無(wú)源雷達接收己方有源雷達的直射信號與目標的反射信號，對目標進(jìn)行探測。這樣既提高了無(wú)源雷達的利用率，又增強了有源雷達的隱蔽性和生存能力。