Green 版 (精华区)

发信人: hoot (空心菜), 信区: Green
标  题: 军用雷达杂谈（二）
发信站: 紫 丁 香 (Tue Dec 14 15:00:24 1999) WWW-POST

在雷达对延迟线作进一步计算前，其强度可以乘上不同的权重
(weighting)，使整个滤波频谱的特性改变，增加对固定杂讯、慢
速杂讯的滤除效果。当雷达以数字方式设计时，不同的权重只是
软件中的不同系数而已，因此，依战术需求、杂讯的分布情况，
适时改变权重系数，制造出不同的滤波曲线，就可以对杂讯的处
理产生最佳的效果。预警机如E-2C和双座战机都有专人依战术
环境调控不同权重的雷达模式，以求产生最佳滤波效果。当权重
取特殊值时，多重延迟线的数学公式会近似于离散富利耶转换
(Discrete Fourier Transform)(例如，当延迟线值为2的整数次方时，
所需计算时间最短，被称为快速富利耶，FFT)此时不同的延迟线
不仅可滤掉原点附近的杂讯，实际上，N条延迟线能将多普勒频
移讯号分成N等分，使从零到脉波重复频率 (PRF，Pulse Repeat 
Frenquency)内每一等分的杂讯处理都可以得到控制。F-16A/B型
使用的APG-66火控雷达FFT为64条，台湾IDF上的金龙53雷
达最高可达256条，其滤波的差异可想而知。

随著微电子技术的进步，人们已经弃用延迟线而直接以窄频滤波
器模拟出所需的滤波曲线，但同时为防止回波在窄波器处理中将
大部分频率滤调，产生测距失真，必须加上距闸(Range Gate)，
根据雷达的距离解析度将时间等分，以体现回波的时间性。在比
较分析当代机载雷达时，内行人都会念着高PRF这个，低PRF
那个的字眼，往下看几分钟，你也可以出去蒙小孩儿了。

当目标相对速度造成的多普勒频移为PRF的整数倍时会被意外滤
除，此时的速度称为盲速，此种现象称为速度不确定性(Velocity 
Ambitious)。当目标距离太远时，回波反射回来，下一道波已经
发出，使雷达搞不清这道波是哪道发射波回来的，而计算不出目
标的距离，这就叫距离不确定性。当PRF值高到使盲速高于任何
可能目标的速度时，不存在速度不确定，称为高PRF；而当PRF
低到使脉冲间隔周期比脉波来回可能最远距离的时间还长时，距
离不确定性不成立，称为低PRF；两者之间，也就是既有距离不
确定，又有速度不确定的PRF称之为中PRF。为了大家不打磕
睡，从这里开始我就长话短说了，高PRF雷达对迎面而来的高速
目标(相对速度最大)侦测效果最佳，对地面杂讯的过滤能力最强，
因此俯视能力好，而对尾追目标的搜索能力差，在引导雷达制导
的空空导弹时，一定是用高PRF，因为高PRF的脉波间隔短，
资料更新率较高，缺失是为克服距离不确定性而使用的调频(FM)
手段不可以捷变，因此抗电子干扰能力较弱。低PRF测距既准又
远，只可惜处理的多普勒频移范围窄，滤波效果欠佳。中RPF则
兼具二者的优缺点，可视情形巧用它们的特性，变换PRF值，消
除速度和距离的不确定性，但是，鱼和熊掌不可兼得，中PRF雷
达俯视的搜索范围不如高PRF，侦测逃逸目标能力不如低PRF。
同时，在时间或频率轴上，目标回波都有速度或距离的不确定性，
也就是说无法完全将杂讯分离，只有在目标强度足够时在可侦
知，所以其搜索距离受到限制，F-16早期的APG-66就是纯中PRF
雷达，它的性能也属中庸。另一种解决高、低PRF之道就是同时
使用两者，实现俯视和测距能力的统一，E-3预警机的APY-1雷
达就在高PRF操作中搀加了长脉冲(低PRF)，再以压缩脉波的方
式得到较高的测距精度。

1970年代，F-4E的AWG-10雷达首度使用高PRF雷达，将机载
雷达带入俯视/俯射的新纪元；F-14的AWG-9则增加了低PRF
能力，能够侦测非迎向目标；1980年代，F-15的 APG-63雷达，
首次将中PRF实用化，借由数字技术的发展和计算机的程式化能
力，使其可以弹性变化及分析PRF值；在长程搜索时使用高PRF，
及早获得来犯之敌，进入攻击前的中程追踪时切换到中PRF得到
精确的距离，得以在第一时间发射导弹先敌发起攻击。早期英国
“旋风”ADV的“猎狐人”雷达使用一种调频中断连续波的独
特操作方式，名字听起来挺吓人，其实就是前面提到过的高PRF
操作的FM测距雷达，只是以极高的速率发射脉波时，就等于是
连续波，并运用了数字式脉冲压缩，频率捷变 (Frequency Agile)
及FFT，俯视及电子反反制能力已非早期高PRF雷达所能比拟！
但搜索尾向目标就不甚理想了，所以到了F-14D的APG-71便没
有跟进，而是学F-15引入中PRF，由此可见，X、Ku波段的中
PRF才是80年代机载火控雷达的主流。

到了90年代，更新一代的“旋风”ADV已经改用了同时具有高、
中、低PRF的全波形多普勒体制的“蓝狐”雷达。美军目前最强
悍的APG-70(注：供F-15E)雷达首创应用高PRF的距闸脉冲多普
勒雷达，号称解决了高PRF不能精确测距的问题，并用新的软件
控制FM测距，增加了最大追踪测距，俯视滤波性能更是十分优
越，其具体操作细节在这里就不多谈了，只说一个数据供大家参
考，APG-70操作在200kHz的高PRF，脉波间隔为5微秒，竟在
这狭小的空间内分出40个距闸，各500只滤波器！

下面再讲一段跟空战有密切关系的机载火控雷达的扫描模式。上
回讲到，在远程搜索时，通常使用高PRF，这是因为低空高速目
标最具威胁性。越战时，北越的战机就常常埋伏在低空待命，一
旦美军轰炸机编队由上方通过时，就在地面管制(GCI)的引导下，
爬升至敌机12点处，利用速度和位能的优势俯冲攻击，往往杀
得没有俯视能力的美机措手不及，亦或抛下炸弹仓惶而逃，亦或
仓促应战 (不少美军王牌就硬是这样被干掉了)。然而，偷袭者此
时早已迅速窜回低空遁逃了。我们又讲说高PRF测距不准，也就
是说不能够分离出多个目标的远近关系，只有速度，高度和大概
距离，故称为脉波多普勒搜索 (PD Search)。海湾战争时，F-15C
的雷达屏上时常出现多达五六十个光点，而每一笔的资料都缺少
精确的距离数据，这时，雷达不能够识别、跟踪每一个目标，甚
至不清楚雷达上光点的移动是否为飞机还是云朵，飞鸟之类的什
么东东，那么我们平时强调谁的雷达最大搜索距离有多长多长还
有什么意义呢？

如果是搜索中高空目标，也就是仰视时，可用低PRF，以得到目
标的精准距离资料，称之为距离同时搜索(RWS，Range While 
Scan)，缺点是测不到低空高速逼近的目标，需要调至中PRF得
到目标的详细资料。

雷达搜索到目标后，接下来就进入目标标定(Target Acquisition)的
模式了，也就是跟踪每笔光点的走势，把真正的目标同杂讯、噪
讯中分离出来，用距闸锁定。距闸就像个小框框，只保留框内的
讯号，如果框内的讯号前面较强，表示目标移向前方，在处理下
一道回波时，距闸就移向前，反之亦然，速度闸也是用类似原理
跟踪目标的速度。如此一来，目标的速度和距离就可以实现自动
跟踪了。

对付单一目标，雷达天线可以用角锥扫描或单脉冲扫描作角度跟
踪。如果是多目标跟踪，则雷达就要有跟踪同时扫描的功能了，
也就是我们常说的TWS，Track While Scan了。此时，雷达并不
限于对准哪一个特定目标扫描，而是在扫描过程中记录下每个光
点的方位角，加上速度闸和距闸测定的速度、距离资料，形成追
踪档案，再结合自身导航资料和之前的目标运动资料，取得目标
的绝对路径。目标只有进入追踪模式后方可得到完整资料，进行
威胁评估、敌我识别及火控资料解算。美、苏两国对其重型战机
的大功率、大面积的雷达天线骄傲不已，其实是进入了盲目竞争
的误区，F-14的雷达宣称有213公里的最大搜索距离，但是真正
有意义的TWS距离就只有167公里而已。

在了解了雷达的中远程扫描模式后，明白雷达的几种近程扫描模
式和局限性也是很有意义的。雷达的近程(AGM)扫描模式通常有
四种； 

超级扫描：雷达的扫描范围仅局限于抬头显示器(HUD)的视野，
锁住第一个看到的目标，或是最接近的目标。 

瞄准线扫描：雷达对准机首方向，飞行员按住追踪钮将机首指向
某一目标，松开按钮，目标锁定完成，适合在近战中咬住敌机。 

垂直扫描：雷达在垂直方向上下大幅扫描，左右仅作窄波扫描，
适合进入高G动作中的战机锁定垂直方向的敌机。 

转动扫描：雷达只绕一个小空间的中心轴来回搜索，该中心轴由
飞行员通过作舱内的按钮来控制。 

不同于地面雷达的360度垂直扇形波束，战机的雷达靠点射累计
成面，通常有一面2行、 4行、8行之分。因此，战机的扫描速
度很慢，F-14做一次完整的130度/8行需时13秒，而一般的TWS
则以80度/2行或40度/4行换取每1秒一次的较高资料更新率。
而长距离搜索时会更慢，因为天线要等上一道回波反射回来后方
可转动向下一行扫描。

针对目前战机雷达低PRF俯视性能差，高PRF尾追能力欠佳的
问题，空中和地面预警、指挥机制的建立都成了一个完整防空网
所应具备的基本要素了。

尽管合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)赋予了传统雷
达新的生命，Typhoon(原 EF-2000)战机的ECR-90机械转动雷达
更号称使用高速控制马达，可驱使天线在3/1000秒仰俯跳跃10
度，但新一代的机载雷达走向电子扫描的大趋势已是不可避免
了。由于电扫雷达的高速指向和特定性，使雷达对目标的资料更
新率和解析度大大提高，同时，反电子压制的能力也大增，更由
于电扫天线为固态扫描，其天线阵列也就不会四围转动，反射电
波了，无形中增强了飞机的隐匿性。

前苏联的MiG-31是世界上第一种使用电扫雷达的战机。它的
NO-07型雷达可以搜索飞机中线左右各70度的空域，俯视达到
了机鼻以下60度，可同时跟踪10个目标并接战其中4个。法国
“飓风”战机上RBE-2也是使用类似原理的被动相控阵雷达，但
是功能更强劲，可同时执行TWS和地形追踪(Terrain Following)
的对空、对地功能。目前，第一批海军型“飓风”将不具备对地
能力，空军的双座型则拥有完整的对空和对地的攻击能力。俄罗
斯利用卖给中国苏-27赚得的资金开发出MiG-31雷达的改良型，
用在苏-37(Su-37)上，一样具有同时空对空和空对地的操作模式，
可在140~160公里内跟踪20个目标，并同时攻击其中8个，且
搜索范围也有所扩大，分别达到水平线正负90度，垂直方向55
度的广角空域。后视雷达系数为30~50公里，水平和垂直角度正
负60度。美国下一代隐形战机F-22的APG-77主动相控阵雷达
采X波段有源二维相控天线，1000个主动阵列元件每具都可发
射和接收波束，免去了复杂的导波管，探测性能更加先进，且具
有“整机性能柔性下降”的能力，也就是雷达的功能不会因为某
些阵列组件的破损而突然全部失效。

1998年，中国的专业刊物指出中国已经研制出了主动电扫相控雷
达，很可能是供陆基反导系统使用，说明中国已继美国、俄罗斯、
法国和以色列后成为第四个掌握该项技术的国家。美国同类的
GBR雷达目前配置THAAD战区防导系统，其操作频率为当代
机载雷达通常使用的X波段，因此具有极高的解析度，而TWS
距离却是采用较长S波段SPY-1雷达的3倍以上！有此宝物，中
国版的THAAD系统应不远矣！


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