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1.3 监视雷达的主要性能指标

经过几十年的发展和应用,监视雷达有一整套较完备的战术、技术指标体系,一般由用户在雷达的技术设计需求中明确提出。本节主要讨论影响雷达设计的8个方面的主要性能指标,并对这些指标的内涵进行详细分析。

1.3.1 工作频率

随着信息时代各种无线电业务的开展,人们越来越认识到无线电频率资源与水、土地、矿藏等资源一样,是关系到国民经济和社会可持续发展的稀缺重要战略资源,有限的频率资源供需矛盾日益突出,这对频率资源的科学规划和合理利用提出了更高要求。为了充分、有效地利用频率资源,保证各种无线电业务的正常进行,避免相互干扰,各种电子信息设备包括军用设备都应该遵循公共的规定。频率是雷达非常重要的参数,雷达设计师在选择设计雷达的频率时也必须遵守这些规定。下面介绍这些规定,并讨论雷达频率的标识方法。

1.频率的标识

国际上无线电频率的管理组织是国际电信联盟,英文缩写是ITU(International Telecommunication Union)。该组织是为了全球各成员国或地区之间能顺利进行电信事业的发展和通信的合作而成立的。其工作主要分为3个部分:ITU-R为无线通信部分,工作目的是确保合理、公平、有效、经济地使用频谱和卫星轨道资源;ITU-T为电信标准化部分;ITU-D为电信发展部分。ITU-R的建议是命令,由各主权国家在法律上接受。与ITU-R的建议保持一致,是国际上的要求。

中国目前的无线电频率管理机构是工业和信息化部的无线电管理局。中国人民解放军也有专门的频率管理机构。

ITU颁发的ITU-RV.431建议,对无线电频带和波段的命名做了规定 [5]

在此基础上,信息产业部在2006年10月16日修订并颁发了《中华人民共和国无线电频率划分规定》 [6] (以下简称部规,见表1.2),部规和ITU颁发的ITU-RV.431建议是一致的,14个频带的带号、频率范围的划分完全相同。部规和ITU-RV.431-7标准仅有两点差别:一是部规中规定了相应的中文统一名称,二是细化了ITU-RV.431-7中ELF的名称。带号-1,0,1,2这4项,在ITU-RV.431-7中统称为ELF,部规把ITU-RV.431-7中的ELF给予了至低频(TLF)、极低频(ELF)、超低频(SLF)3个名称。

表1.2 部规频率命名规定 [6]

说明:

1.无线电频谱分为如表1.2所示的14个频带,无线电频率以Hz(赫兹)为单位,其表达方式为:

·3000kHz以下(包括3000kHz),以kHz(千赫兹)表示;

·3MHz以上至3000MHz(包括3000MHz),以MHz(兆赫兹)表示;

·3GHz以上至3000GHz(包括3000GHz),以GHz(吉赫兹)表示。

2.以上频率范围含上限,不含下限。后面的表均按此规定。

雷达的使用起源于第二次世界大战,从那时起雷达工程师就用字母来表示雷达的频段。雷达频段的这套表示方法,不但方便,而且符合雷达的技术规律,且每个频段都有自己的特点。美国电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE),在1976年第一次对雷达频率表示方法做了详细规定,2002年9月发布的 IEEE Std 521 TM -2002 雷达频段标准中,保持了1976年的雷达频段的表示方法 [7] ,并取消了1976年规定的225~390MHz的P频段的标识。2006年新部规的1.10节《常用字母代码和业务频段》对应表中,对从L~V频段的 IEEE Std 521 TM -2002 雷达频段标识也给予了确认。

20世纪70年代,美国国防部曾提出用电子战使用的ABC…频段名称来统一雷达和电子战的频段名称,但最终未得到广泛推广应用。雷达和电子战装备都有自己的技术特点,应该各自使用符合自己特点的字母来标识频段。为了方便对照,3种标准规定的频率名称及频率范围表示方式列于表1.3中,其中将IEEE的标准视为ITU的建议和部规的细化;而电子战的频率划分是另一系列,根据电子战全频的特点,各频段基本以倍频程来划分,每一个频段再等分为10个小频段,技术上更适合电子战宽带的特点。由于雷达的频段和雷达体制密切相关,如X频段在机载火控雷达中得到广泛应用,如果用I和J两个频段来表示就会感到混乱,同时ABC…频段标识也没有被ITU和IEEE接纳,没有得到中国的标准和规定认可,因此建议中国国内雷达界仍采用2006年部规和 IEEE Std 521 TM -2002 雷达频段标准 [8] 中对雷达频段名称的规定。

表1.3 三种标准规定的频率名称及频率范围表示方式对照表

续表

2.雷达可使用频率

雷达可使用的频率范围与所在地区有关,国际电信联盟的《无线电规则》将世界划分为三个区域,中国位于第三区域,这些中国的部规均给予了承认。

中国的部规将全国划分为3个地区,即中国内地、中国香港和中国澳门地区。各地区规定的可使用频率略有不同,详细规定可查阅ITU和部规的频率分配表。为了读者方便,表1.4中列出了2006年部规中中国内地和ITU建议中,第三区域对于无线电定位频率使用的具体规定。

表1.4 雷达可使用频率

续表

注1:现有无线电定位业务应尽早移出1535~1544MHz、1545~1645.5MHz、1645.5~1660MHz、1850~1880MHz、2085~2120MHz、3400~3800MHz、5925~6425MHz、7500~8185MHz、14~15.35GHz频带,从2005年年底起不能启用新设备,但现有设备可用至设备报废为止(CHN18)。(CHN××)是部规中原注解号。

注2:基于ITU无线规定的S5款,分配无线电定位的频率。

注3:2~64.5MHz可有限制地用于无线电定位业务,不得对其他业务产生有害干扰(CHN4)。

注4:ITU没有分配HF的定位频段。

注5:ITU和部规的UHF到3000MHz,雷达只把UHF用到1000MHz,更高的UHF则使用L和S表示。

注6:在1976年的划分中,350~1550MHz曾称为P波段,2003年取消此标识。

注7:1270~1375MHz频带使用的无线电定位业务可用于风廓线雷达(CHN17)。

注8:考虑到IMT-2000全球移动通信应用的需求,现有无线电定位业务应尽早移出2500~2690MHz频带(CHN20)。

注9:无线电定位业务需与水上无线电导航业务协调后方可使用5470~5650MHz频带(CHN22)。

注10:24.45~24.65GHz频带可用于无线电定位次要业务,但应逐步移出(CHN24)。

注11:ITU和部规均未分配275GHz以上的频率。

3.频率选择

监视雷达的工作频率是一个非常重要的参数,其频率的选择首先要符合国家标准和有关的规定。目前常规监视雷达常用的频段是VHF到C波段。选择的原则是考虑雷达的威力、精度、机动能力和抗干扰能力等因素。一般来说,频率越低越有利于减少大气衰减,增大雷达探测威力,硬件成本也越低,但低频段雷达的体积越大,测量精度和机动性越差,反之则相反。因此,监视雷达的频率选择考虑各种因素折中选取。

从频率角度划分监视雷达,一般可粗分为短波(HF频段)雷达、米波(VHF频段)雷达和微波(UHF,L,S,C,X频段)雷达3种。

1)短波(HF频段)雷达

雷达发展初期由于受到大功率器件最高频率的限制,因此雷达工作频率设置得都比较低,如第二次世界大战前夕,英国第一部雷达的工作频率只有12MHz。它的主要缺点是天线体积庞大,工作带宽窄,其频段的波长比飞机尺寸大,一般在目标散射的瑞利区,目标的RCS会比在微波波段时小,目前监视雷达一般已不采用此频段。但该频段具有较好的电离层反射特性,这个特性可成为设计天波超视距雷达的合适频段。此外,地波超视距雷达也使用HF频段。天波超视距雷达和地波超视距雷达作为一种特殊监视雷达,其设计方法请参见本套丛书的《天波超视距雷达技术》《地波超视距雷达技术》。

2)米波(VHF频段)雷达

雷达发展初期的天线由于器件和制造水平的限制一般由半波振子组成阵列,因此早期监视雷达大多工作在VHF频段。这个频段比较适合于远距离监视雷达,但由于米波雷达的波束宽、带宽窄,使得其测量精度相对较低,所以在微波雷达发展后,在较长一段时间里不被人们重视。但是,飞行器的雷达隐身技术日益成熟后,米波波段的雷达由于具备天生的优良反隐身性能而重新被世界各国所重视,通过不断的技术创新,新一代米波雷达采用数字阵列技术克服了低空盲区过大和测量精度不够高的缺点,通过采用液压传动等结构设计技术较好地解决了天线口径大、机动能力不足的问题,至此,米波雷达重新焕发出强大的生命力。

3)微波(UHF,L,S,C,X频段)雷达

20世纪40年代世界发明了磁控管以后,微波雷达就开始进入监视雷达的应用范围。由于在L和S频段的雷达天线面积适中,又可以得到适当的精度,因此在地面监视雷达中,普遍使用这两个频段。当前,远程对空监视雷达首选L频段,其次是UHF频段;在强调机动性和精度都较好时一般选用S频段;在强调反隐身探测能力时首选VHF(米波)频段,其次是UHF频段。而在C频段,因有着更高的机动性和精度,但有较严重的气象杂波干扰,因而宜作为精确制导雷达和气象雷达的选用频段,如美国的PAC-3防空导弹系统中的AN/MPQ-53多功能相控阵雷达。X波段的雷达由于天线孔径小,比较适合应用于要求体积小、精度高而非远距离的应用场景,如机载火控雷达、地空导弹制导雷达、炮瞄雷达等。随着X波段功率器件和制造技术的发展,X波段已开始进入远程监视雷达领域。X波段由于具有大工作带宽的优势,在导弹目标识别中可发挥宽带目标识别能力的优势,在弹道导弹防御和空间目标监视雷达中获得较多的应用,如美国国家导弹防御(National Missile Defence,NMD)系统中的陆基导弹防御用目标识别雷达GBR、海基导弹防御用目标识别雷达SBX、战区高空区域防御(THAAD)系统的制导雷达AN/TPY-2等。

1.3.2 威力覆盖范围

威力覆盖范围是表征监视雷达探测能力的核心性能指标,其探测覆盖范围的外部轮廓形状,不考虑地球曲率影响,是一个以探测距离为远界、以目标高度为高界的扁圆柱状的立体空域,如图1.16所示。最大作用距离 R max 是这个立体空域的一个远域指标参数,其他参数还包括方位角范围、仰角范围、近距盲区等。监视雷达要探测这个立体空域的所有目标,就必须把探测能量充满整个立体空域。

对空监视雷达要实现立体空域的搜索,天线一般在方位上做360°匀速机械旋转,如果不考虑不同方位角上的阵地地形差异对探测距离的影响,其方位上的威力覆盖范围应该是一个半径为最大作用距离 R max 的圆。因此,设计、计算和考核对空监视雷达的威力覆盖范围一般在任意方位面给出其垂直剖面(仰角)威力覆盖范围图(也称“威力图”)即可。

对空监视雷达探测的主要目标是空气动力目标,其最大升限高度一般不超过25km,因此,一般对空监视雷达的最大可探测目标高度设置为30~40km。

监视雷达的探测威力空域覆盖示意图如图1.17所示。一般要求在该威力图所示粗线的面积内,达到用户规定的给定目标模型的检测概率和虚警概率。垂直探测范围由最大探测高度 H max 、最大作用距离 R max 、最大仰角 φ max 和最小仰角 φ min 组成,而 H max R max 在仰角 φ 0 有一个交点,在此交点以下,最大作用距离 R max 随仰角变化不大,可以认为是常数;在此交点以上,如果高度限制在 H max 以下,最大作用距离 R max 随仰角的增大而迅速减小。因此, R max 是仰角 φ 的函数。

图1.16 监视雷达的威力覆盖范围

图1.17 监视雷达的探测威力空域覆盖示意图

给定最大探测高度 H max 和最大作用距离 R max ,参照图1.17,考虑地球曲率的几何关系,利用余弦定理,可推导出在最大探测高度 H max 时,距离 R 和仰角 φ 的关系为

式(1.4)中

式中, ρ e 为地球等效半径,大气折射的影响包含于等效地球曲率之中。

按式(1.4)的关系,以 R h 为坐标绘制的距离—高度—仰角图即为雷达威力图。雷达威力图有多种计算方法,不同计算方法之间的差异主要在于大气折射率的取值方法和选取精度值不同,以及地形影响的计算方法等不同。若在取地球等效半径 ρ e =8490km的基础上,根据气象条件做参数微调,就可以满足监视雷达的设计要求。

下面介绍一种实用的雷达威力图计算和绘制方法。

在地心坐标系中,当距离值远大于高度值时,式(1.4)可近似为

把式(1.7)映射到图1.18所示的以雷达站为圆心的直角坐标系中。该图中, O 为雷达站的位置, O′ 为地心, O′O 为地球等效半径 ρ e Of 为目标高度, O′d ρ e + h Oe 为地球表面, Od 为视距。

设距离线是一组平行的直线 x i ,仰角线为从原点开始的射线,此射线要符合式(1.7),但不一定是直线,如图1.18所示。高度线是圆心在 y 轴上的一组圆弧 ,它应符合圆方程,即

图1.18 映射的雷达直角坐标系

式(1.8)中, b 为圆心的偏移, c 为圆的半径。

因每条等高线同时也要满足自然空间的条件式(1.7),则在图1.18所示的直角坐标系中,高度为 h 、仰角 φ 为零的 d 点,按式(1.7)的距离应为视距,即

设坐标的比例因子为 k x k y k x 是单位长度的自然距离, k y 是单位长度的自然高度,则距离和高度的实际长度为 R 01 = k x R 0 h 1 = k y h 。圆的等高线应通过坐标为 f (0, h 1 )和 d R 01 ,0)的点,把这两点的坐标代入式(1.8),则为

由此可解出这段圆弧的圆心偏移和半径是

凡参数满足式(1.10)和式(1.11)的圆方程式(1.8),称为高度为 h 的高度线方程。

等高线可以按如下步骤进行绘制:

【步骤1】确定 x y 的比例,选择比例系数 k x k y ,即单位长度的距离和高度值;

【步骤2】给定高度 h ,用式(1.9)算出视距 r 0

【步骤3】在图1.18所示的坐标系中, h 1 = k y h R 01 = k x R 0 ,将其代入式(1.10)和式(1.11),并计算出 b c ,再将 b c 代入式(1.8),就得到高度为 h 的高度线方程;

【步骤4】按照得出的高度线方程,给定一组 x ,由此解出相应的一组 y 值,连成曲线即为 h 的等高线。

仰角线可以按如下步骤进行绘制:

【步骤1】给定仰角 φ

【步骤2】通过设 x i 算出 R i = x i / k x

【步骤3】把 φ R i 代入式(1.7),算出高度 h i

【步骤4】用上述等高线的绘制方法,建立高度为 h i 的高度线方程,然后利用此方程设置 x i ,并按高度线方程解出 y i

【步骤5】重复步骤2至步骤4,算出一组( x y ),即为仰角 φ 的仰角线。

注意用这种方法画出的仰角线,在高度拉开时,不是直线,但仍然符合式(1.7)。

波瓣图可以按如下步骤进行绘制:

【步骤1】给定波瓣函数 e = f φ-φ 0 ),其中 φ 0 为波瓣指向;

【步骤2】给定 φ i ,计算式 R i = R max f φ-φ 0 ),其中 R max 是最大作用距离;

【步骤3】由 φ i R i 计算出高度 h i ,然后建立高度 h i 的高度线方程;

【步骤4】由 x i = R i k x ,按高度 h i 的高度线方程解出 y i

【步骤5】重复步骤2至步骤4,得到与上述等高线及仰角线相匹配的波瓣图。

用以上方法所绘监视雷达的常用垂直威力图如图1.19所示。

图1.19 监视雷达常用垂直威力图

1.3.3 分辨率和精度

监视雷达分辨率是指在各种环境下,区分或判别两个或两个以上邻近目标的能力。精度是测量每一个目标的位置准确度,可用测量误差表示。分辨率和精度是监视雷达的主要指标,不同的雷达技术体制和不同的测量方法有不同的结果,需要雷达设计师精心设计和选择。

分辨率和精度又可细分为距离、方位角、仰角、高度和速度的分辨率和精度,但这些可统一归纳为距离、角度、速度3个方面。距离、速度的分辨率和精度,与雷达波形的设计和处理密不可分,而角度的分辨率和精度则与雷达天线波束宽度密切相关。目标的测量是和检测同步进行的,而目标分辨产生于目标被发现以后。一般监视雷达分辨率的极限取决于雷达发射波形和雷达天线波束的形状,而精度的极限不仅取决于雷达波形和天线波束宽度,还取决于目标信噪比的值。采用不同的技术体制和方法可获得不同的精度误差,一般测量误差都是分辨率的几分之一至几十分之一,但对波形和波束的选择原则都是一样的。监视雷达的分辨率和精度将在第6章做详细讨论。

角分辨率的取决因素相对比较简单,它取决于雷达天线的波束宽度和目标信噪比。一般来说,角分辨率与一个波束宽度相当,而角精度按不同的测量方法在1/8~1/30个波束宽度之间。

距离和速度分辨率与雷达波形密切相关,它可以通过信号波形的模糊函数来进行分析。模糊函数是评价雷达分辨率的良好工具,它的物理意义是两个相同信号在延时间隔 τ 后的关联程度。分辨率是指可分辨的能力,而模糊就是指不能分辨的意思。设信号波形为 s t ),其模糊函数可定义为

式(1.12)中, f d 为多普勒频率。 τ 越大,模糊函数 χ 越小,关联程度就越小,说明越容易分辨。反过来, χ 越大,模糊度越高,分辨率也就越差。详细推导和讨论可参阅文献[8],下面只取一些常用的典型波形进行讨论。

1.单一载频矩形脉冲

脉冲宽度为 T 、载频为 f 的矩形脉冲信号表示为

其模糊函数的模为

图1.20所示为按式(1.14)计算的结果。

单一载频矩形脉冲的模糊函数 χ 的三维图如图1.20(a)所示。设当 χ 下降3dB以下时为可分辨,则以 f d 平面沿轴-3dB的截面图如图1.20(b)所示。在该图中,时间轴 τ T 为可分辨。对常规脉冲雷达而言,脉冲宽度越窄,距离分辨率越高。我们用多普勒频率测速度,研究多普勒的分辨率,就代表了速度的分辨率。从频率轴可见, f d ≥1/ T 为可分辨,它与距离分辨率相反,脉冲宽度越窄,多普勒的分辨率就越差。如果雷达的脉冲宽度为1ms,多普勒分辨率约大于1MHz。对采用单一载频矩形脉冲的雷达而言,脉冲宽度越窄,距离分辨率越高,而多普勒分辨率则越差,距离分辨率与多普勒分辨率是相互制约的关系。

图1.20 单一载频矩形脉冲的模糊图

2.线性调频矩形脉冲

采用线性调频信号可以较好地解决上述距离分辨率和多普勒分辨率两者兼顾的问题。线性调频矩形脉冲的信号表示为

式(1.15)中, b 为调频斜率,其模糊函数的模为

式(1.16)的计算结果如图1.21所示。显然 χ 的三维图与常规脉冲雷达相比,转了一个角度并压窄了许多,压缩的倍数即为压缩比Δ f · T 。这时的距离分辨率为1/Δ f ,多普勒分辨率近似为1/ T

图1.21 线性调频矩形脉冲的模糊图

从以上结果可见,线性调频信号较好地解决了距离与多普勒分辨率的矛盾,通过增加脉冲宽度可得到较好的多普勒分辨率,而提高距离分辨率则依靠增加调频带宽来解决。

3.伪随机相位编码信号

伪随机相位编码信号可以得到更为理想的模糊函数。伪随机序列码是一组1和-1以不规则间隔出现的序列。雷达信号常用1和-1代表对高频载波的同相和反相调制,称为伪随机相位编码序列。伪随机相位编码信号可表示为 [10]

式(1.17)中, U n 是幅度为1、宽度为 τ 0 的矩形脉冲, φ n 为0或π, N 为脉冲数。

其模糊函数为

式(1.18)中, 表示 s n 的共轭函数。伪随机相位编码信号及其模糊图截面如图1.22所示,它的距离分辨率为码元宽度 τ 0 ,速度分辨率为总脉冲宽度的倒数1/( 0 ),是一个同时具有高距离分辨率和高多普勒分辨率的理想信号波形。

图1.22 伪随机相位编码信号及其模糊图截面

4.单一载频矩形脉冲串

在脉冲体制搜索雷达中,通过天线波束扫描,接收的回波是脉冲宽度为 T 、载频为 f 的脉冲串信号,设 N 是脉冲串包含的脉冲个数, t r 是脉冲串的脉冲重复周期,脉冲串的总长为 t 0 t 0 = Nt r ,则此脉冲串信号可表示为

其模糊函数的模为

图1.23所示为式(1.20)中当 N =3的计算结果。可以看到脉冲串的模糊函数出现了多峰,峰的距离维间距为 t 0 ,速度维的间距是1/ t r ,模糊函数的截面由一个中心椭圆和多个小的椭圆组成。小椭圆距离维的轴长为 T ,其距离分辨率仍为脉冲宽度 T ;小椭圆速度维的轴长则为1/( Nt r ),它意味着速度的分辨率比单脉冲时的速度分辨率大为提高,但出现了周期性的速度模糊。为了避免速度模糊,可以通过加大脉冲串的长度 N 和提高重复频率,使工作区控制在主峰附近来解决。但矛盾的是,在提高重复频率的同时,又加大了距离模糊,因此在设计脉冲多普勒体制时,要精心选取重复频率与脉冲串的长度。

为了保证上述各种分辨率和精度的指标,雷达设计师通常要选择合适的技术参数,如波束宽度、脉冲宽度、重复频率、脉冲个数和发射波形等。

图1.23 单一载频矩形脉冲串的模糊图( N =3)

1.3.4 数据率

完成对给定空域内所有目标扫描一次的时间称为搜索时间 t s ,其倒数为搜索数据率 D 。相控阵雷达的跟踪模式所完成的时间为目标的跟踪时间,一般称为跟踪数据率。监视雷达所指的数据率,大多是搜索数据率,在机械旋转扫描体制监视雷达中,数据率一般就是指天线的方位转速。

数据率是监视雷达的重要指标,数据率越高,目标探测数据更新率越高,对机动目标的跟踪/识别能力越强,但高数据率将消耗雷达的设计资源,给设计资源的优化带来较大的限制。首先,给定空域的目标搜索和检测性能取决于空域中辐射能量的合理分布,该能量除以搜索时间就是功率。这意味着数据率和空域中分布的能量是同等重要的参数。对于覆盖大空域的雷达来说,高数据率会引起雷达功率成倍地增加。所以对雷达探测性能的评价和比较,不能只看雷达作用距离一个参数,除作用距离外,应当对空域覆盖和数据率做全面的比较。

提高监视雷达数据率的另一个限制就是搜索时间。人们知道,检测目标都需要一定的观测时间,在监视雷达搜索设计中,不管这个波束位置有没有目标,都需要一定的驻留时间去观测和检测目标。因高精度带来较窄的波束宽度,监视雷达如果要同时满足大空域、远距离覆盖和高精度测量的要求,覆盖搜索空间需要更多的波束位置,搜索驻留时间会更长,此时搜索时间将会成为雷达设计的难点。

因此,空域、分辨率(精度)和数据率是对监视雷达的最基本的性能要求,也是雷达设计中需要综合优化的最核心的3个重要参数,将在第6章详细讨论。

1.3.5 抗干扰能力

监视雷达除自身优化设计满足指标要求外,还必须能够适应日益复杂的恶劣工作环境。

对监视雷达探测性能和生存能力的挑战来自以下几个方面,即复杂电子干扰、隐身/极度隐身目标、无人蜂群目标和反辐射导弹(ARM)等。监视雷达必须具有抗干扰、反隐身、反蜂群和抗摧毁的能力,将在第5章详细讨论。

相比之下,雷达抗地/海杂波、气象/云雨杂波等无源杂波的性能,可以用改善因子来统一度量。但应注意改善因子并不是度量抗杂波的唯一指标。改善因子是指通过雷达的相关处理,可以消除杂波干扰的倍数。雷达设计师一直在努力提高改善因子,但有时会忽视另一个重要因素,就是进入雷达的杂波强度。影响杂波强度设计的因素就是分辨单元的面积(方位和距离分辨率的乘积)和表面的反射特性。减小分辨单元的面积,与提高改善因子的作用是一样的,处理得当,有时还会收到更好的效果,这也是雷达设计师需要控制的参数,要尽量降低从空间进入的各种干扰信号。全面度量监视雷达的抗杂波干扰性能,不仅要看能够消去多少杂波干扰,还要看进来多少杂波干扰,这些将在第4章详细讨论。

1.3.6 目标容量

监视雷达的目标容量又叫目标处理容量,是指监视雷达在给定虚警概率条件下应该具备的最大点迹处理数量和最大航迹处理数量,一般用 N 点/帧和 M 批/帧来度量。

对监视雷达来说,一方面,探测空域内目标数量众多,真实点迹/航迹多;另一方面,各种有源/无源干扰、杂波剩余和噪声引起的虚警,使雷达数据处理过程中有可能面临大量虚假点迹,因此要求监视雷达的数据处理系统具备相应的目标容量,防止大量点迹输入时,造成系统处理能力饱和,不能正常工作。目标处理容量通常取决于两个方面,一是数据处理硬件的计算能力,如运算速度、内存大小等;二是数据处理算法和处理策略,如点迹过滤算法、抗点迹饱和策略、航迹跟踪算法等。

监视雷达的数据处理方法见本套丛书的《雷达信号处理和数据处理技术》分册,本书不再赘述。

1.3.7 目标识别能力

雷达目标识别技术是指雷达依据目标的RCS的起伏特性、目标运动特性和采用特定的波形及其处理,对单个目标或目标群进行识别分析,确定目标的数量、种类、型号等属性的技术。目标识别能力已成为现代监视雷达的必备功能,其结果的准确性、实时性、稳定性直接影响防空作战的指挥决策。

监视雷达目标识别主要针对非合作目标,首先用询问机确定目标的敌我属性;其次是对目标进行粗分类,确定目标的种类,依据目标运动的轨迹特性和运动参数区分空气动力目标、临近空间目标、弹道目标等。再次,对同一类目标,还可依据RCS的特性区分为大型目标、中型目标、小型目标;最后,针对每种目标进一步进行精细化的区分。例如,对于空气动力目标,可进一步区分为直升机、螺旋桨飞机和喷气式飞机;对于空间目标,可进一步区分为卫星、箭体和碎片等。目标识别能力与监视雷达所能提供的资源密切相关,通常在目标识别中采用的目标特征有回波波形、运动参数、RCS序列、高分辨一维距离像(HRRP)、微多普勒参数、逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)图像等,针对不同的目标识别需求,所采用的特征组合方式也不同 [10]

需要说明两点:首先,监视雷达的目标识别能力与目标距离密切相关,只有在距离较近时才有足够的信噪比用于提取微动特征和一维距离像特征,距离足够近时才能进行ISAR图像特征提取,因此监视雷达的目标识别能力随着目标距离由远及近而逐步提高。其次,监视雷达的目标识别能力与目标属性空间样本数量相关,当需要识别的目标属性空间样本数量增多时,每一类目标的正确识别率会下降。综上,正确识别率并非唯一表征监视雷达目标识别能力的指标,还必须同时给出识别距离和具体的目标属性空间样本。

由于目标特征获取与雷达波形、时间资源和任务场景密切相关,当前,监视雷达发起目标识别任务的方式分为自动和手动两种。自动目标识别任务根据雷达获取的信息自动进行特征提取,完成目标的识别任务;手动目标识别任务需要雷达操作员在显示控制器(显控)界面上发起人工识别请求,从而获取目标信息并进行特征提取,完成目标的识别任务。手动目标识别主要是由于识别目标需要更多的雷达资源,如对脉冲重复频率、驻留时间等有特定的要求,导致雷达不能同时对所有的目标进行识别。在自动目标识别中,雷达可以根据初步识别结果,筛选重点关注目标,从而给这些目标以更多的雷达资源,获得更加精细的识别结果。

监视雷达的目标识别理论方法详见本套丛书的《雷达目标识别技术》分册,本书不再赘述。

1.3.8 雷达可使用度

监视雷达的基本性能确定之后,就进入了工程设计和研制阶段。工程设计不是仅仅达到设计指标就完成任务了,还必须满足用户的使用要求,如雷达的功耗、体积、质量、机动性、安全性和雷达装备的可靠性、维修性、可测试性、保障性等要求,统称为雷达的可使用度。目前对于雷达可使用度设计已有较为完善的方法和手段,这将在第11章中详细讨论。 1vf+LmPW1jGp/ABp5u7nWaylrQmF3/IrLtdW/QfF2y/Wa4UPoFX8zFrwJfrjlHS6

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