两坐标监视雷达

    监视雷达主要指地面对空监视雷达。监视雷达是应用最早，使用最广泛的雷达，几乎各个主要的独立国家，都有自己的国家防空系统，监视雷达是防空系统中的主要装备。

    一、概况

    监视雷达也称为搜索雷达，主要作用是搜索、监视、识别空中（或海面）目标，并确定其坐标和运动参数。本章主要涉及对空监视雷达。对空监视雷达所提供的情报，主要用于对空警戒、引导歼击机截击敌方航空兵器和为防空武器系统指示目标，同时也用于保证飞行训练和飞行管制。现代监视雷达分为对飞机目标探测和对导弹目标探测两大类工作模式。对飞机目标探测的雷达包括用于发现、粗略探测飞机目标坐标的警戒雷达和用于发现、精确探测飞机目标坐标，担负对战机引导作用的引导雷达。101

    二、两坐标监视雷达的用途和特点

    两坐标监视雷达的主要用途是监视、发现空中（或海面）目标，并测量目标的距离和方位。其特点是方位为窄波束，垂直为宽波束，雷达天线在方位上机械旋转，使波束在方位上作360°扫描，从而搜索全空域。由于仰角上是宽波束，不能分辨不同高度的目标。其显示器为平面位置显示器（PPI），雷达只能测量飞机的方位和距离，因而称为“两坐标监视雷达”。102

    另一类两坐标监视雷达是早期的测高雷达，测量目标的距离和高度。测高雷达具有窄垂直波束宽度的水平扇形波束，一般它接受目标指示雷达提供的目标方位引导数据，然后将天线转至该方位，在目标所在方位上通过机械点头扫描或电扫描测量目标所在仰角，计算出目标高度。其显示器为距离高度显示器（RHI），可测出目标距离和高度。

    测高雷达与普通两坐标雷达相结合，可获得目标三坐标位置信息。

    两坐标监视雷达的历史最长，早期的雷达都是两坐标雷达，至今这种雷达仍是各国装备种类和数量最多的雷达。目前，低空与超低空突防、隐身技术、反辐射导弹等对雷达的威胁日趋严重，各国在研制新型三坐标雷达的同时，也在寻求通过高性能的低空两坐标雷达和米波、分米波雷达来实现远程警戒和低空补盲，综合提高雷达防空网的生存能力。

    两坐标监视雷达与三坐标雷达相比，造价低廉，操作方便，适合大批量装备部队，以担负日常空中监视任务。为了探测各类低空目标，需要将多部低空两坐标雷达组成观察网。

    三、两坐标监视雷达战术性能

    雷达观察空域包括雷达最大作用距离、方位角和仰角观察空域。大部分担任警戒任务的两坐标雷达，方位角观察空域都是0°～36°，而仰角观察空域多在0°～30°范围，最大观察高度20～30千米。

    具有机械转动天线的两坐标雷达，常用天线转速来描述这一指标。远程对空监视（警戒）雷达的天线转速通常为3转/分～6转/分；中程两坐标监视雷达的天线转速多为6转/分～12转/分，近程两坐标监视雷达则为20转/分～60转/分。对同一目标，天线转速越高，则相邻两次监视采样间隔时间越短，雷达监视数据率也就越高。

    四、两坐标监视雷达的技术性能

    远程两坐标监视雷达的工作频率一般选得较低（如VHF及UHF频段），这样容易取得优良的动目标检测和动目标显示性能，可更好地抑制强地杂波。低工作频率受云雨等气象干扰也小，适合于担负全天候警戒任务。为了取得较远的作用距离，波形设计上多采用脉冲压缩技术，并用发射长短脉冲相结合的方式，兼顾近距离和远距离目标探测。

    中程两坐标监视雷达则多选用L频段及S频段，而近程监视雷达通常选用S、C甚至X频段。中、近程两坐标监视雷达在信号波形选择上，目前已普遍采用脉冲压缩信号和频率捷变信号。103

    常规的发射机，大部分都采用四极管、行波管、速调管和磁控管。目前两坐标搜索雷达已开始采用固态发射机，以便获得更高的可靠性和快速开关机能力。根据雷达的威力和数据率的要求，大多数监视雷达的平均功率都在10千瓦以下。

    两坐标监视雷达广泛采用仰角上具有余割平方形状的天线波辦。对于远程两坐标雷达，特别是VHF、UHF频段的两坐标雷达，为了保证雷达的作用距离，天线尺寸要大一些。

    由于两坐标监视雷达的主波束下边缘照射地面、海面，地物和海浪会在目标回波中产生极强的杂波干扰，它们比飞机的回波信号可能强40分贝～50分贝。云雨等气象因素也会产生杂波干扰。这些杂波干扰会影响雷达正常工作。解决两坐标监视雷达杂波干扰的主要技术手段有动目标显示和动目标检测方法。

    为了更好地消除杂波影响，当今先进的两坐标监视雷达还采用了自适应杂波图控制技术。这种技术的关键是要能全方位、自适应地建立起各单元的杂波强度图，通过数字控制，在杂波过强时预先使其衰减，保证系统不阻塞，在没有杂波的区域里不使用动目标检测或动目标显示，以减小信号损失。

    三坐标监视雷达

    三坐标（3D）雷达顾名思义就是指能在天线旋转一周的时间内同时获得目标的方位、距离、仰角这三个坐标参数的雷达。

    一、用途与技术要求

    在防空网中，三坐标雷达主要配置在网内作为引导雷达引导我机拦击敌机，一般来说，这种雷达配置在第二线上。大型远程三坐标雷达往往作为要塞防空或区域防空中的骨干警戒引导雷达；机动型中程三坐标雷达可以快速转移、快速布防，使防空网中引导雷达重组的能力加强；近程高机动三坐标雷达，可以作为武器系统的目标指示雷达、大型骨干雷达的补充雷达和在防空网中快速反应的应急补缺雷达。后一种雷达可采用多种运输手段，具有越野能力强和对道路、阵地要求低等特点。

    三坐标雷达性能要求如下：104

    （1）抗干扰、反杂波。飞机在空中交战时，要想方设法避开另一方雷达的搜索和探测，其主要手段就是施放干扰，让对方无法观察，或者施放假目标进行欺骗，例如，撒下箔条使对方看不清真实目标的所在位置，即使看见也不能精确定位。在空战中飞机还要受到气象干扰和强地面反射产生的地面杂波的影响。三坐标雷达的重要性决定它具有反干扰和反杂波能力。

    （2）大容量。三坐标雷达的容量要大。敌机往往是从高、低空以多方向、多层次、多批次入侵的，为了及时掌握空情，雷达要能在大空域内发现目标，大容量处理目标，既要看到远距离敌方目标，又要看到近距离我机出航情况，还要能同时观察高空和中低空目标。

    （3）多批次。从现代战争对防空雷达的要求来看，三坐标雷达只有能同时获得多批目标的三坐标数据，才能担负起引导作战任务。

    （4）数据率高。引导雷达要不断地掌握我方飞机的飞行情况和航迹，以便实施对空引导。获得目标每一点坐标参数的间隔时间要短，一般是5秒或10秒获得一次同一目标的数据。时间间隔的倒数就是数据率。当然，数据率越高，表示天线旋转越快，在同样时间内获得的目标点数越多，这样对目标动态、目标机动特性也就掌握得越好，更有利于判断敌方的企图和引导我机完成拦击任务。

    （5）精度和分辨力高。要引导我机进入空中战区的有利位置，就要求有较高的定位精度和分辨力。

    （6）自动化程度高。雷达要能在大空域内发现、处理和跟踪多批目标，就需具有较高的自动化程度，即能自动适应战场环境变化，对目标回波进行自动处理、自动录取、自动跟踪和自动上报。

    雷达探测性能是指在“恶劣”环境中尽可能远地发现来袭目标和测量目标位置的能力。“恶劣”环境则指机内噪声、电子对抗、反辐射导弹以及地杂波和气象杂波。

    早期雷达要解决的是机内噪声背景中的目标检测问题。随着电子对抗技术的发展，雷达要解决宽带噪声干扰中的目标检测问题。高性能ARM的出现，对雷达的生存构成了威胁，所以雷达还要解决各种硬打击情况下的生存问题。

    目标高度并非直接测量值，而是由目标距离和仰角导出的量。雷达只能测量目标的距离及回波的到达角。地基三坐标雷达就是根据这两个实测数据导出目标高度的。舰船、飞机或卫星上的三坐标雷达必须将与天线有关的三个坐标的实测数据转换到惯性坐标系统。为了根据雷达实测的距离和仰角来精确地计算目标高度，必须确定诸如雷达天线在理想坐标中的位置和指向、地球曲率、大气折射特性以及地表面反射性等因素的影响。目标高度必须考虑目标下方地形起伏的影响。另外，还应部分地补偿系统内部误差的影响，补偿方法是对内部校正数据引入距离和角度估值算法。

    二、三坐标监视雷达的发展

    三坐标监视雷达的发展，既有雷达的共性，又有其本身的独特之处，总体来说，可以概括为以下几方面。

    （1）发展多波束相扫三坐标雷达

    相控阵一直被认为是下一代雷达的主要标志，不过，单波束相扫三坐标雷达作为警戒引导用时，数据率深感不足。鉴于这种原因，20世纪80年代末，许多国家推出了多个扫描波束的相扫三坐标雷达，这种雷达典型的有意大利的RAT-31S雷达和英国的AR-325及其改进型AR-327雷达。RAT-31S相扫雷达采用三个同时扫描波束的方案；三个波束分别覆盖一段仰角区，较好地解决了数据率与覆盖空域的问题。AR-325和AR-327雷达利用裂缝波导的色散效应在水平方向上形成两个波束，两波束同时作垂直方向扫描，使数据率倍增。这两种多波束扫描方法起到了堆积多波束体制的效果，增强了相扫雷达体制的生命力。

    新设计的三坐标雷达，几乎都采用改变相位来控制波束在仰角方向扫描的方式。在空域监视和武器控制一体化发展趋势中，波束在方位、仰角上作二维电扫描的多功能相控阵已成为陆上和舰载多功能雷达的标准形式。

    三坐标雷达中增加多普勒分辨力是雷达技术的一大发展，不仅使雷达具备了测量目标径向速度的能力，而且据此还可以识别几乎停留在空中不动的直升机。

    （2）更加广泛地实行计算机化和数字化

    数字技术和计算机的应用程度是衡量三坐标雷达现代化水平和性能高低的一个显著标志。它们在雷达，特别是三坐标雷达的信号处理、数据处理、抗干扰、目标识别、功能控制和自动故障检测等方面都起着非常重要的作用。105

    （3）采用极低副辦天线

    为了对付日益增长的干扰威胁、反辐射导弹和解决副辦杂波问题，很有必要采用极低副辦天线，诸如多波束阵列低副辦天线，其副辦应比主辦峰值低40多分贝。

    （4）提高可靠性和维护性

    三坐标雷达通常都比较复杂，因此，如何提高其可靠性及维护性显得尤为重要。固态化设计、标准化和系列化等措施都可以明显地提高这类雷达的可靠性和维护性。

    （5）减轻重量，缩小体积，加强机动能力设计

    三坐标雷达既然是防空系统中的骨干，也就理所当然地成了众矢之的。因此，除了舰载、机载三坐标雷达对重量、体积有特殊要求外，战术三坐标雷达的机动性成了设计重点。

    （6）加强“四抗”能力

    “四抗”能力已成了雷达生存的关键因素。三坐标雷达如无较强的“四抗”能力，绝难担当防空系统中的主力。因此，可以说三坐标雷达不但汇聚了现有的各种“四抗”技术，而且是开发新“四抗”技术的焦点。

    低空补盲雷达

    雷达探测低空目标时，由于各种背景杂波的信号很强，使得入侵目标的反射信号淹没在杂波中而难以发现，加上地球曲率的影响，雷达的低空探测距离大大缩短。由于预警时间很短，导致低空突防武器入侵的威胁增加。

    一、雷达的低空探视

    自第二次世界大战以来，低空、超低空突防一直是战争中进攻方的主要手段之一。中东战争中以色列轰炸苏伊士运河大桥、叙利亚导弹基地，英阿马岛（福克兰群岛）之战中阿根廷用“飞鱼”导弹击沉英国现代化驱逐舰和大型运输船等，都是低空、超低空突防成功的战例。因此，为提高雷达网和防空系统对低空、超低空目标的探测、跟踪、识别和反击能力，各国都在积极研究和发展低空补盲雷达。

    低空、超低空突防的主要武器是轻型、中型战略和战斗轰炸机、歼击机、攻击型直升机以及飞航式导弹。低空、超低空突防是利用地形遮挡和雷达盲区来避开雷达监视的。世界上近年来的几次战例证明，用这类作战飞机进行闪电式低空、超低空突防使防御方造成了惨重的损失。106

    在现代战争中，低空、超低空突防的主要特点如下：

    采用隐身技术，增强低空突防能力；

    采用低空起飞、低空出航、低空接近目标的“三低”突防技术；

    配有先进的空地、空空导弹和电子制导设备，能极其迅速、准确和有效地攻击地面或海上目标，并实现全高度、多批次、全方位攻击；

    采用电子干扰掩护；

    装载无源夜间探测系统的飞机具有全天候低空、超低空突防能力。这种伴随隐身、电子干扰并携带精确制导武器的低空、超低空突防战术无疑对现代雷达构成了更为严重的威胁。

    为了有效地对付低空、超低空突防武器的突然入侵，各国多年来投入大量人力和物力研制成功了各种先进的地面低空监视雷达，即低空补盲雷达系统。

    低空补盲雷达的主要特点如下：

    入反地杂波性能强。一般都采用先进的动目标检测技术。

    机动能力强。可以用多种方式快速机动部署。

    抗干扰性能强。采用包括宽带、捷变频、低副辦等多种战术来提高抗干扰能力。

    高可靠性、可维护性。保证雷达能在各种环境下可靠地工作。

    具有组网能力，低空补盲雷达有较强的通信传输能力，可将获取的目标数据及时传输给友邻雷达及指挥控制系统。

    西方各国近年来在原有低空补盲雷达基础上又相继派生、发展和研制了多种新的低空补盲雷达。

    二、在防空系统中的作用

    国土防空预警系统通常由低空补盲雷达、机载预警雷达和地基预警雷达共同组成。低空补盲雷达承担的主要任务是：对空/对海监视——通过采用一系列包括固定和机动的低空监视、补盲雷达站并配合远距离预警雷达完成对空、对海监视；高机动补盲——迅速接近突发战区进行低空补盲，或填补由于故障或雷达站被毁而出现的盲区。

    低空补盲雷达在区域、点/站防御系统中主要用于重要军事设施（如指挥控制中心、机场等）的防御或地区防御。

    低空补盲雷达在陆军防空系统中主要用于战场监视，为地面部队部署和转移提供防空警戒，并对防空武器进行目标分配与控制。

    （1）威力设计

    对于单一用途的低空补盲雷达，一般在垂直方向上设计成余割平方形的威力覆盖，高度在3000米～7000米。对于高低空兼顾的低空雷达，高度覆盖可设计在1万米以上。设计低空补盲雷达的难度在于降低打地的能量，这可用架高天线、加大天线垂直面的尺寸来提高波束下边沿的斜率，但又与空域和机动性矛盾，因此要折中选取。

    （2）反杂波性能

    低空探测的主要问题是地杂波干扰，要去掉这种干扰，除提高垂直波束下边沿的斜率来减小打地能量外，较先进的办法是采用动目标显示（AM7I）和动目标检测（M7D）技术来提高反地杂波性能。为减少杂波的进入，采用宽带脉冲压缩信号将回波脉冲压成窄脉冲，也是很好的技术途径。

    （3）阵地选择

    雷达波束打地会使垂直波辦分裂，影响观测目标的连续性。为了克服这个缺点，无论是哪种低空雷达，都要精心选择阵地，以获得最好的低空性能。

    目标指示与制导雷达

    地空导弹是国土防空的重要兵器，主要用来对付从中高空、中低空入侵的飞机和战术导弹。为提高国土防空和地空导弹的作战效能，国内外都在研制自动化指挥防空系统。这种指挥系统由三坐标雷达、低空补盲雷达、制导雷达、通信及指挥控制设备等组成。它自动地将主战雷达、低空补盲雷达获取的信息及远方情报进行综合，实时地进行动态优化、目标和火力分配的功能。它还能对来袭的战术导弹提出预警，为反导武器系统提供可靠的目标指示信息。

    一、地空导弹目标射击指挥雷达

    全固态三坐标目标指示雷达用于防空混成旅、地空导弹旅（团），作为战术缴目动化指挥系统的主战雷达。它能在敌机多架次、多批次、多层次、多方向的空袭中，全面掌握雷达监视范围内的空中目标。它具有远程警戒、多目标跟踪、情报综合和对多个导弹营进行动态优化、火力分配的功能。它还能对来袭的战术导弹提供预警，为反导武器系统提供可靠的目标指示信息。

    一个高效能的防空自动化系统，对导弹系统、目标指示雷达、低空补盲雷达、指挥控制中心和通信等要进行一体化设计。

    机动的指挥控制系统主战雷达（目标指示雷达）可以和指挥控制中心合一。低空补盲雷达的信息直接用外置显示器输送到主战雷达，可以为指挥员提供更多的空情，便于指挥员决策。同时，各系统要有很强的机动性。防空系统中的制导雷达应作静默跟踪，自动拖带导弹系统，这可大幅度提高作战效能。

    YLC-7是一种典型的目标指示雷达。

    先进的目标指示雷达一般采用全固态有源阵列体制，方位上机扫，仰角上电扫雷达最大作用距离为数百公里，能同时跟踪100批以上目标。除了本站雷达获取的100批以上目标数据外，这种雷达还能综合多部低空补盲雷达提供的多批目标数据和上方提供的情报数据，具有航迹融合、联结、自动编批、校批等功能，可完成火力分配、射击诸元计算等任务，并能同时指挥若干导弹营。系统还能提供完备的模拟训练功能。108

    二、高炮射击指挥雷达

    高射炮是防空系统的主要兵器，与地空导弹、歼击机相比，价格便宜，装备量大。高射炮分为自行高射炮、牵引高射炮及弹炮结合系统，主要用来对付低空、超低空入侵的歼击轰炸机和武装直升机。要使这些武器形成较强的战斗力，必须配备目标指示雷达和指挥控制系统。将雷达与指挥控制设备集成在一部装甲履带车或轮式车上，这就是所谓的高炮射击指挥雷达（简称防空指挥车）。它对自行高射炮部队在进攻、防御、结集行军中的机械化、摩托车步兵实施统一的作战指挥。它具有涉水、爬坡、穿越丛林和山地以及边行军边工作的能力。它也是具有高机动野战能力的情报收集、综合处理和作战指挥中心。109

    通常的防空作战方式如下：

    阵地防空。这是指对部队战斗行动有重大影响的固定目标和军事要地的防空。

    行军纵队防空。在跟进掩护时，与行军纵队一起前进，在接收到各种空情后，根据空中走廊目标的分布及询问——应答信息，进行敌我判断，组织对空射击。

    进攻战斗对空掩护。防空指挥车短距离跟进、转移，通过位置报告系统随时了解各高射炮所处的位置，根据预设方案指挥各炮进行对空掩护射击。

    系统布局和特点

    高射炮系统主要用来对付低空或超低空目标，应能在恶劣工作环境下可靠地工作，因此需要采用先进的全固态、全相参脉冲多普勒两坐标体制雷达。为了适应战场上的各种干扰环境，雷达应具有多种反积极干扰措施和极好的反地杂波能力，要有功能齐全的自检、故障诊断、指示及性能模拟测试设备和良好的维修性。系统需反应速度快，自动化程度高，能对付高机动、多批目标。要使用彩色高分辨光栅显示器，做到能直观地显示战场态势，显示内容丰富，人工干预方便，指挥决策灵活。为了便于作战协调起见，将雷达与指挥集于一体，使野战机动性能好，具有边行军边工作的能力。整个系统必须具有良好的防轰炸、反干扰、反隐身和低空探测能力。

    防御系统通常由3～4个高射炮防空指挥车组成。每一个防空指挥车可以指挥6门高射或弹炮结合系统。这些防空指挥车的雷达探测范围彼此覆盖，互为备份。任一指挥车发生故障时，可由邻近的防空指挥车来替代，通过通信系统构成一个有效的整体防空系统。

    防空指挥车接收来自各方的情报信息及指挥车本身的目标指示雷达数据，经综合处理后，对目标进行跟踪、敌我识别，判为敌情后向各高射炮车发出空袭情报。指挥控制计算机应用车体航向信息将雷达的坐标数据变换成大地坐标数据，进行航迹滤波、威胁度判断、射击诸元计算和火力分配，把被分配的目标信息由通信系统用时分方式发送至各炮车。

    未来战争不可能只采用单一型号的高射炮武器系统，为了能够进行全空域作战，往往需由不同性能的高射炮和近距离低空导弹进行综合布防，这些武器的作战威力、杀伤目标距离、高度都不同。为了合理使用各种武器，雷达要能提供高度信息，因此选用仰角上一维电扫、方位上机扫的三坐标雷达是适宜的。

    悬停武装直升机也是未来战争中的主要入侵目标，因此要求雷达能探测悬停直升机。目前，国外多数采用特定信号处理通道，利用悬停直升机回波的频谱特性，通过频谱分析对这种飞机进行探测和判定。110

    三、导弹制导雷达

    制导雷达是地空导弹武器系统的重要组成部分，它担负着搜索、捕获、识别、跟踪目标和导弹制导的任务。导弹寻的系统分为被动式、半主动式和主动式三种，被动式寻的系统使用的能量来自目标（如干扰或雷达发射）。主动式系统是导弹上的一种自主式雷达，它向目标发射能量，并跟踪目标的反射能量，从而提取制导信息。导弹寻的系统主要用于末制导阶段。无论寻的系统方式如何，地空导弹都需要地面制导雷达搜索、捕获、识别、跟踪目标，为导弹武器系统提供初制导和中段制导。制导雷达的性能好坏，直接关系到导弹性能的发挥和战斗效果。

    对于半主动式寻的导弹，制导的全过程需要制导雷达对目标的连续照射和跟踪。制导雷达广泛用于指令制导、驾束制导。早期最简单的制导方式是驾束制导，用制导雷达跟踪目标，并且使雷达波束始终指向目标。导弹自身并不能发现目标，但能检测出自己相对于跟踪波束的位置。通过使导弹位于波束中心，就如同导弹“骑”在波束上飞向目标。在指令制导中，目标和导弹由不同雷达或相控阵雷达的不同波束跟踪。制导雷达将测量出的目标和导弹位置与状态送给计算机，计算机依据它们的坐标参数和制导方法（如三点法或半前置法），计算出要截获目标的导弹弹道的轨迹，并连续不断地发出制导指令，控制导弹飞向目标。当导弹飞近到离目标一定距离时，发射一次指令用于解除导弹上的无线电引信保险，并观测射击效果。为了克服半主动寻的方式导弹占用一部照射器的限制，制导雷达应采用相控阵体制，对多发导弹实施分时复用制导。中段制导也就是众所周知的TVM制导，是主动式寻的的一种变型。导弹接收目标反射信号，但不在导弹上处理而是转发到制导（照射）雷达。由制导雷达做处理后提取制导信息，将控制指令发射到导弹，就如同指令制导系统一样工作。111

    为了确保雷达对目标和导弹坐标的测量精度，通常需将目标和导弹引导至两部天线法线方向的同一波束内。这样做既可消除固定误差，又可避免因天线电扫后波束展宽、单脉冲差波辦零深抬高和斜率变形而影响相对测角精度。通常全程指令制导系统的电扫范围在10°内，若想对付给定空域内的多目标，则需采用分吋复用制导雷达，这时的雷达不再采用两部一维天线而应用一部二维电扫的相控阵雷达。112

    空袭武器不断更新，战术性能不断完善，电子侦察和干扰技术不断提高，要求地空导弹的制导雷达也必须不断发展。首先在体制上要采用相控阵制导雷达。这种雷达可以在大角度范围内高速扫描；制导空域大，既能瞬时改变波束形状，又能在需要的方向上集中使用能量；灵活、自适应性强，能对付全空域内的多批目标，这是常规雷达无法比拟的优越性。其中远程地空导弹的制导雷达将逐渐由多功能相控阵雷达所替代，多功能相控阵雷达以时分方式完成目标搜索、跟踪制导、电子对抗、敌我识别等任务。美国的“爱国者”和俄罗斯的S-300V就是这种具有代表性的多功能相控阵雷达。

    其次，改善制导雷达战术技术性能，如加大作用距离，提高捕获概率、跟踪精度、跟踪速度、分辨力和反应速度，增强干扰和自适应能力以及增强在战斗中使用的机动性等都是制导雷达进一步发展的方向。

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