王俊刚

【摘要】针对低截获概率雷达在现代战场中的应用问题，文章首先介绍了低截获概率雷达的相关定义，由雷达方程及侦察作用距离对截获因子的表达式进行了推导，指出影响截获因子的参数指标；在此基础上，对雷达所处的现代复杂战场电磁环境进行了简要介绍；针对雷达在战场中的应用，从雷达信号波形设计、MIMO雷达技术两方面提出了提升雷达抗截获能力的技术途径。

【关键词】低截获概率；复杂战场电磁环境；波形设计；MIMO雷达

1.引言

随着电子信息技术在军事领域的广泛应用，现代战场电磁环境日益复杂，对于雷达设备的分辨率、抗干扰、截获以及抗摧毁能力提出了更高的要求。低截获概率技术作为对抗电磁干扰和反辐射导弹的有效措施，是提升雷达生存及作战能力的重要途径，引起了业界的广泛探索和研究。

2.低截获概率雷达

雷达的低截获概率是指，在雷达探测到敌方目标的同时，使得敌方截获到的雷达信号的可能性最小[1]。为了衡量低截获概率雷达的质量，Schleker提出了衡量LPI雷达质量的因子，称为截获因子。截获因子定义为侦察接收机对雷达的最大作用距离与雷达的作用距离之比[2]：

（1）

其中，Ri表示侦察接收机对雷达的最大作用距离，Rr表示雷达的作用距离。

当<1时，即雷达对侦察接收机的作用距离大于侦察接收机对雷达的最大截获距离，即雷达能探测到目标，而侦察机无法侦察到雷达信号，此时称此雷达为LPI雷达，具有LPI优势。LPI技术即是采取一系列措施使尽可能地小，降低雷达信号被截获的概率。

雷达方程可以表示[3][4][5]为：

（2）

其中，Pt表示雷达的发射功率，Gt为雷达天线的发射增益，Gr为雷达接收天线的增益，为侦察接收机平台反射面积，为雷达信号的工作波长，FS为雷达接收机噪声系数，K为波尔兹曼常数，为雷达接收机噪声带宽，Lr为雷达传输损耗，（S/N）r为雷达检测目标所需要的最小信噪比。

在自由空间传输条件下，侦察接收机可截获雷达信号的最大作用距离为：

（3）

其中，Si为侦察接收机灵敏度，Gt'为雷达天线在侦察接收机方向上的增益，Gi为侦察接收机增益，为侦察接收机等效带宽，为雷达发射信号等效带宽。则最终截获因子可以表示为：

（4）

其中，Sr为雷达接收机的灵敏度，即：

（5）

由式（4）可见，雷达的低截获性能主要取决于雷达和侦察接收机增益、带宽、损耗以及信噪比等指标。

3.低截获概率雷达在现代战场的应用

3.1 雷达面临的现代战场环境特性分析

随着电子战技术的不断发展，现代战场环境逐渐呈现出复杂特性，并且主要体现在电磁空间的复杂性，即现代战场环境中随着不同类型电子用频设备的使用，使得电磁信号在时域、能域、频域及空间域均呈现出复杂特性，对于处于其中的用频设备性能的正常发挥产生了明显的，甚至是致命的威胁。

在现代复杂战场环境中，对雷达生存及作战效能存在严重威胁的主要包括电磁干扰和反辐射导弹。这里的电磁干扰，主要是战场环境中的人为有意干扰，特别是人为实施的阻塞式或瞄准式干扰，这些电磁干扰样式可有效降低雷达信号的信噪比，从而导致雷达信号被侦察接收机有效截获。反辐射导弹（ARM）是利用其被动导引头截获并跟踪目标雷达的信号，引导导弹命中目标雷达或其他电磁辐射源的电子战硬杀伤武器[6]。以岸基或舰载相控阵雷达系统在现代战场中的应用为例，通常需要高的峰值发射功率或采用大的功率孔径积，以探测隐身作战飞机或低空突防的隐身巡航导弹等，增大发射信号功率，则很容易在远距离被敌方电子侦察设备截获，然后施放大功率有源干扰，使雷达不能正常工作，且使雷达极易受到反辐射导弹的攻击[7]。

3.2 如何进一步提升雷达的抗截获能力

为有效侦察、截获到雷达信号，目前各类侦察接收机采用各种手段和方法，抑制噪声，提高淹没于噪声中的雷达信号的处理增益，实现对雷达信号的有效截获。目前采用的截获方法和手段主要有功率检测法、高阶统计量方法、循环平衡分析法、时频分析法以及其他的信号处理方法等[8]。进一步提升雷达的抗截获能力，是应对各类截获方法，实现在复杂战场电磁环境下应用必须要考虑的问题。

1）选用复杂的信号波形设计

由文献[9]可知，当为主瓣截获，并且侦察接收机的有效带宽与雷达发射机信号带宽相同时，截获因子可简化为：

（6）

其中，k是与侦察接收机及雷达相关的参数，由上式可见，截获因子与雷达发射信号的时宽带宽积的平方根成反比。若所设计的雷达信号随机性很强，时宽带宽积较大，则由式（6）可知，其截获因子相应较小，提升了雷达的抗截获能力。

当前雷达信号多采用FSK或PSK等单一调制体制，以FSK/PSK组合调制为例，其可以有效提升雷达的抗截获能力。假定PSK信号的的子脉冲宽度为Tp，码长为P，则应用PSK调制的雷达发射信号的截获因子；FSK信号的子脉冲宽度为TF，跳频数为NF，则应用FSK调制的雷达发射信号的截获因子，则PSK/FSK组合调制后，其截获因子为。可见，通过雷达波形设计，可有效提升雷达信号的抗截获能力。

2）MIMO雷达技术的运用

多输入多输出技术（MIMO， Multiple input multiple output）应用于雷达系统是近年来国内外研究的热点。MIMO雷达是利用多个发射天线同步地发射分集的波形，同时使用多个接收天线接收回波信号，并集中处理的一种新型雷达体制[10][11]。以综合脉冲孔径雷达（SIAR）为例[7]，其采用将雷达发射天线和接收天线分开放置的布阵方式，每个发射天线发射信号各不相同，并且相互正交；接收采用数字波束形成技术，形成多个同时的接收多波束，实现对发射信号覆盖空余的全空域接收，是MIMO雷达的雏形，可有效对抗反辐射导弹的攻击，提升了雷达抗截获能力。当前，MIMO雷达在实用化方面还存在众多的难题，使得MIMO雷达的研究常局限于某一问题或領域，但相信在不久的将来，MIMO雷达的实用化将成为可能，提升雷达系统的抗截获能力也将得以实现。

此外，由截獲因子的定义可知，通过对雷达发射信号的功率控制也可在一定程度上实现低截获性能。即仅当有必要测量目标时才对雷达进行开机，或者根据目标大小及距离远近等发射不同的功率等。

4.结论

综上分析，随着战场电磁环境的日益复杂，对雷达系统的性能提出了更高的要求，特别是在复杂电磁干扰及反辐射导弹的影响下，要特别重视雷达信号的抗截获能力。文章在介绍低截获概率雷达的基础上，对其面临的复杂战场电磁环境进行了说明，为满足其在现代战场中的应用，从信号波形设计、MIMO雷达技术等技术途径可进一步提升雷达系统的抗截获能力。

参考文献

[1]李江源.超宽带雷达的低截获性分析[J].雷达科学与技术，2005，3（5）：266-270.

[2]Schleker D C.Low Probability of Intercept Radar[C].IEEE International Radar Conference（CH2076～ 8/85），1985：346-349.

[3]秦为.低截获概率雷达要素分析与初步设计[J].现代导航，2012，4：275-278.

[4]唐涛.低截获概率技术对抗反辐射导弹研究[J].现代防御技术，2013，41（2）：40-45.

[5]张锡熊.低截获概率（LPI）雷达的发展[J].现代雷达，2003，12：1-4.

[6]唐涛.高功率雷达与反辐射导弹对抗研究[J].雷达科学与技术，2012，10（6）：595-598.

[7]何子述.MIMO雷达概率及其技术特点分析[J].电子学报，2005，33（12）：2441-2445.

[8]黄美秀.编码跳频信号的低截获性能分析[J].现代雷达，2011，33（10）：33-37.

[9]郭贵虎.一种新型低截获FSK/PSK雷达信号分析[J].电讯技术，2009，49（8）：49-52.

[10]J Li，P Stoica.MIMO radar with collocated antennas[J].IEEE Signal Processing Magazine，2007，24（5）：106-114.