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很好，谢谢。以后再有什么军事科技的争议，进这里看吧[em07]

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<P>电子对抗和现代雷达设计---摘自此论坛--中国国防科技论坛<a href="http://bbs.81tech.com/" target="_blank" ><FONT color=#000000>http://bbs.81tech.com/</FONT></A></P><P>
在第二次世界大战中，盟军的雷达装置的研究进展迅速，先进的雷达极大地抑制了德国空军的空中优势，从而对世界大战的胜利起了关键性的作用。现在雷达的发展已经有了六十多年的历史，现代的雷达已经完全不同于几十年前的情况，可以说现代雷达设计中充满了高新技术的应用。在这一篇文章中我们将介绍电子对抗对现代雷达设计的影响。</P><P>现在有一些热门的军事题材的影片充满了所谓的电子对抗，这些对抗就是通过计算机发出一个病毒软件，使得对方的计算机瘫痪。然而在实际的现代战争中，电子对抗包括有更为广泛的含义，它影响到武器装备的每一个方面。其中雷达设计是一个很重要的方面。雷达探测的基本原理非常简单，从雷达的发射器发出一束电磁波，电磁波到达目标后，其反射波返回雷达，被雷达接收。从发出到接收有一个时间差 ，则雷达到目标的距离就是：     
(1)
式中 是光的传播速度，而目标的方位则由雷达的指向来确定。但是在现代雷达设计中，事情并不是那么简单，需要考虑很多的因素，其中电子对抗就是一个最重要的问题。</P><P>雷达不管是机载的或是固定的，它的目的就是发现敌方的目标，但是敌方的雷达也同时可能发现你的目标。根据电波传输的理论，雷达发出电波，到达目标以后反射回来所接收的能量为：   
(2)
式中 是雷达发射的平均功率， 是发射天线的增益， 是目标的雷达响应截面积， 是接收天线的有效面积， 是电波在目标上的停留时间， 是目标和雷达的距离。为了发现目标，雷达应该有一定的有效面积和相应的发射功率，天线的增益要大；但是为了不使敌方发现，自己的雷达必须有尽量小的雷达响应截面积。从另一个角度上看，如果敌方直接接收你的电波，他所接收的能量为：   
(3)
式中 敌方接收天线的有效面积， 是电波在目标上的停留时间。这两个公式是雷达设计的主要依据。

如何使雷达的天线既有较大的有效面积，又具有较小的雷达响应截面积呢？首先我们应该了解雷达响应截面积的定义。所谓的雷达响应截面积可以用下列公式来表示：   
(4)
式中 是物体在电波传播方向的几何截面积， 是物体的反射率， 是物体反射的方向性，即向正后方的反射和总的反射能量的比。对于一般的表面，雷达响应截面积大约和它的几何截面积相同，比如一架战斗机的正面的雷达响应截面积大致是一个平方米。但是对于雷达天线来说，电波的反射要包括好几个方面的影响。它们是：几何面的反射，边缘反射，天线面的漫反射和天线发射元件的受激反射。当然这其中几何面的反射是最为重要的。对于一个常规的抛物面天线，天线面的面积是固定的，它和天线的增益，天线的方向性有着直接的联系，不过天线面的反射方向性就正好等于该天线的增益。这个很大的增益值使得抛物面的雷达响应截面积要远远大于天线的几何面积。如果在战斗机的前部装上抛物面的机载雷达，则该战斗机的雷达响应截面积一下子就增加了几十倍，这是十分严重的问题。因此在雷达设计中，为了尽量减少它的雷达响应截面积，就必须使用和发射方向成一定角度的平面阵列天线，而不能采用常规的抛物面天线，这对于机载雷达尤其重要。通过阵列天线的这个倾角，使得从该面反射的电波全部偏向到其它的方向，这样极大地减少了向后方反射的能量。这时如果飞机是隐形设计的，那么整个战斗机的雷达响应面积仅仅相当于一只大鸟。要减少天线的边缘反射，可以利用同样的方法使反射的能量引向其它方向，或者是在边缘四个波长的范围使用电磁吸收材料。要减少天线面的漫反射，应该使天线有较好的加工精度。而要减少天线发射元件的受激反射，可以有两个解决的方法：一是在天线斜面上再加上一层具有频率选择特性的屏幕，以阻止敌方雷达的电波，并使本身天线的电波通过；二是使阵列的排列得很紧，或者采用６０度的正棱形排列，以避免在天线方向图上由于相位差等于波长的整数倍形成多处干涉副主瓣。</P><P>在解决了天线的雷达响应截面积以后，下面的工作就是要减少公式(3)中分子上的其它项的值。但是为了能够发现目标，这些值又不能太小，否则在公式(2)中所获得的能量太小，从而无法识别目标。为了这一点，现代雷达的设计采用了很多的新的想法和新的方法。</P><P>传统上雷达有两大类：连续波型的和脉冲波型的。顾名思义连续波型的雷达在工作中将连续不间断地发射和接收电磁波信号。很明显这种雷达的电磁波在目标上所停留时间长，这使得公式３中分子上的数值大大增加，这是十分不利的。同时如果利用同一个天线发射和接收，则发射时不可避免地产生的噪声，它们的值虽然很小，但仍有可能比接收到的回声要大。要避免这种情况，最好的办法是将发射和接收的天线分开。这在很多情况下是不可能的。而脉冲雷达确在这个问题上很好地解决了这个矛盾，因为电波的发射仅仅在很短的脉冲区间内进行，在其它区间只接收返回的信号。另外连续波型的雷达还有距离测定困难的一些其它问题。所有这些因素，现代雷达几乎全部都是脉冲波型的。</P><P>脉冲波型雷达有几个要素，它们分别是：载体的频率 ，脉冲的宽度 ，脉冲的调制和脉冲重复频率 ，脉冲重复频率又叫着 。在现代脉冲型雷达中，有几个现代雷达设计的新技术。第一脉冲型雷达的电磁信号不是连续的，它所发射的脉冲信号的长度远远小于脉冲和脉冲之间的长度，所以它的信号在目标上停留的时间很短。这样敌方的雷达接收的能量大大减少，从而自身不容易被发现。脉冲的宽度通常用时间来表示。脉冲宽度和光速的乘积称为脉冲的长度。在发出的脉冲中频率保持不变的情况下，脉冲的长度就决定了雷达所测距离分辨率。脉冲的长度愈短，雷达的分辨率就愈高。同时脉冲的长度愈短，脉冲所携带的能量也愈少。第二雷达载体的频率并不是不变的，它可以在脉冲宽度的范围内变化，也可以在一个脉冲和下一个脉冲之间变化。它可以有规律地变化，也可以随机地变化。这样敌方的雷达就很难根据这种发射频率的变化，来调整它的接收频率，从而更加难以获得电磁信号的能量。一种典型的频率调整装置可以使频率在一个脉冲中不断地提高，然后再发射出去。当信号返回后，接收的信号再通过一个相应的装置使信号的频率变得均匀一致。还有一种频率调整的方法是使发射的电波频率在较长的时间内不断地提高，这样由于返回的信号仍然保持原有的频率，所以发出的信号和返回的信号之间的距离差就转化成了返回信号和与该信号收到时同时发出的输出信号之间的频率差。第三现代雷达还应用了一种脉冲压缩技术，通过这种压缩技术，可以使得每一个脉冲中返回的能量全部叠加起来，放在一个更小的时间间隔内，这样雷达发射的每个脉冲中的能量可以更小。而且这对于雷达距离测定的分辨率也有很大的好处。这种脉冲压缩技术是通过引进脉冲内的调制和编码来实现的。这种调制可以是频率调制，也可以是相位的调制编码。如果在脉冲中引进频率调制，则可以在一个脉冲内形成频率逐渐增大的若干个小的区间，在反射信号接收以后，信号要通过一个调频的滤波装置，在第一个区间的信号由于频率低所以要用很长的时间来通过这个装置，而以后的区间的信号，它们的频率逐渐增大，所以所用的时间会愈来愈少，以至所有的信号全部叠加到一个区间之中，起到了功率放大的作用。相位调制和编码后所产生的功率放大不是那么直观，我们在下一小节中专门介绍。</P><P>雷达上使用的相位调制是一种二进制的调制方法。其具体的做法是这样的：雷达发出的每一个脉冲信号都被分为若干个相等的小的区间，然后根据已有的二进制密码，将一些区间的相位翻转１８０度。比如说所用的密码是＋＋－，则第一个区间和第二个区间的相位不变，而第三个区间的相位则翻转１８０度。注意这里的区间号是在一个脉冲中从左至右排列的，实际上第三个区间最先发出。而在返回后这个脉冲信号必须通过一个同样有三个区间的解码装置，这个解码装置的密码也是从左至右＋＋－。这样当第三个小区间的信号最先进入解码装置时，解码装置的输出量为－１，当第三和第二个小区间同时进入解码装置时，解码装置的输出量为０，而当全部三个小区间进入解码装置时，解码装置的输出量为３，以后当第三个区间离开解码装置时，解码装置的输出量又为０，当第三和第二个区间离开解码装置时，解码装置的输出量又为－１。由于这种相位调制和编码解码的方法，使得它们的能量在一个很小的时间区间内将一个脉冲内的所有的能量一个一个地叠加起来，这样产生的一个时间小区间的信号能量就等于这个脉冲的各个区间分散所携带的总能量，起到了能量放大的作用。同时小区间的时间仅仅是脉冲宽度一个小部分，所以雷达的距离分辨率也将大大提高。在这里举例的密码仅仅有三个数字，实际所用的密码要复杂得多。这种相位编码压缩技术也有局限性，它对于多普勒效应比较敏感，它只能用于多普勒效应较小和脉冲很短的情况。</P><P>在上面所讲的均是如何在设计雷达时使得雷达保持较高的效率的同时，使雷达被敌方攫取的单一频率上的能量减少的方法。所有这些方法已经为现代雷达的设计所采用。另外现代雷达还大量使用多种频率，在脉冲和脉冲之间使用随机频率变换的方法来使敌方监视产生困难。不过对方也可以在接收到敌方的一个脉冲后很快地利用这个频率来干扰敌方，从而掩护在干扰飞机的后方的战机。对方还有一种方法是采用宽频的干扰，在对方可能使用的频率上全部干扰，这样也可以保护距离远的飞机。对于频率不变的相干脉冲雷达，通过发现其频率，迅速进行干扰是很有效的方法。但是对于这种雷达，可以通过干扰角的测定，在雷达平面上显示一条白色线条，这样驾驶员可以对准这个方向发射红外跟踪导弹摧毁目标。为了更有效地计算敌方的距离，驾驶员也可以通过改变自己的方向来测定本身飞机的在切线方向的速度变化，以及相应的干扰飞机在雷达屏上的转角的变化，这两个量的比就是干扰敌机的距离。不过这个计算过程要连续地进行下去。在敌机距离很远的时候，雷达屏上的转角很小，本身飞机要较大地改变方向，形成一个三角形求解出敌机的距离。在飞机编队飞行时，交替地使用雷达，或者用较远的飞机的雷达照明敌机，用其它的飞机变动地测量距离也是一种很好的方法。</P><P>在电子对抗中，被雷达跟踪的一方也有相应的方法。这些方法包括抛洒金属镀针，电波干扰，飞机机群的交替干扰，雷达的距离遮挡和多普勒遮挡，制造虚假目标，进行距离置换，利用地面反射，改变波阵面的形状和放置小的电波反射器或电波发射器等等。在历史上曾经有过抛洒金属薄片的方法来遮挡敌方雷达的方法，现在已经改为抛洒金属镀针的方法。这种镀针的材料是很轻的塑料纤维。这些镀针抛洒后速度会很快地降低到零，从而长期停留在空间，从而会在对方的雷达上形成一大片的阴影。但是这种干扰方法对于具有运动目标指示器的现代雷达确没有作用，对于没有这种装置的雷达是十分有效的。即使对于具有运动目标指示器的雷达，这些镀针还是可以很有效地保护地面上的固定目标。因为这些金属针有自己的谐振频率，所以只有包括不同长度的纤维针，才能有效地反射频率不同的雷达电波。在电波干扰方面，因为现代雷达的频率会不断变化，所以干扰也有几种不同的方法。一种是定谱干扰，一种是广谱干扰，一种是扫描式的区间干扰，一种是多谱段干扰。不过对敌方进行干扰也会使自己暴露在对方的雷达之下。有一种飞机机群的交替干扰的方法很不容易被对方雷达所识别。假如如果一组飞机有计划地交替使用电波干扰，则可以大大降低对方雷达的方向精度。这时如果对方雷达可以自动跟踪，那么雷达的角度就会产生一定的振荡。这些电波干扰的方法往往需要较大的能量。相比较之下，雷达的距离遮挡和多普勒遮挡则需要较少的能量。对于脉冲频率不高和较低的雷达，距离遮挡就是将干扰波填满雷达脉冲之间用来测距的所有间歇，这样可以使对方的雷达完全不能分辨目标的距离。对于脉冲频率高的雷达，雷达的频率在一定的区间内变化，所以干扰的频率也要随之不断地变化。这一种之字形的频率变化是通过改变行波管的阳极电压来实现的。电压的变化会引起输出电波的相位变化，而相位变化的微分就是频率的变化。以上的方法全是干扰的方法。比较新的电子对抗的方法还有制造虚假目标，进行距离置换等另外几种方法。</P><P>制造虚假目标需要一种制造虚假目标的延迟或者复制装置。延迟装置包括一个接收器，一个可变的延迟器，一个信号发生器和一个放大器。当这种延迟器接收到敌方雷达的脉冲后，它会将该信号延迟一小段时间，相当于形成一个距离较大的虚假目标，然后再向敌方雷达发出一个内部产生的类似目标回声的信号。而一种复制装置本身包括一个记忆模块，它可以产生很多的虚假目标的信号。如果产生的信号大于敌方雷达的脉冲与脉冲之间的距离，则在敌方雷达上就可能被误认为虚假目标的距离很近。一种更为有效的方法是将信号延迟到敌方雷达的副瓣方向时再发射出去，这样虚假目标的方向就和飞机的方向完全不同。利用大量的虚假目标可以大大延迟敌方雷达的决策过程，避免使真正的目标暴露出来。距离置换的方法是使得敌方雷达显示的真正距离逐渐地偏离，使得敌方雷达不知不觉地给出错误的距离信息。这种方法是通过发出一个和飞机反射同步的较强的信号来掩盖飞机的反射信号，然后逐渐地使得强的信号偏离飞机的距离，使敌方失去目标。</P><P>利用地面反射主要用于飞机在低空被导弹跟踪的情况，这时飞机上装备有复制装置，当接收到雷达信号时，复制装置会产生一个信号，利用对地面成一个小的角度的天线将信号发射回去，这样敌方导弹会误认为目标是在地面以下的镜象位置，从而避开敌方的攻击。改变波阵面的形状也可以误导敌方的雷达。改变波阵面的形状可以通过放置在飞机机翼两端的两个天线来实现。通过这两个天线接收敌方雷达的脉冲信号，然后将接收的信号很快地改变相位，经过放大并交换位置后发射出去，这样使波阵面的形状发生改变。具体的相位改变应该使从一个机翼端点的信号的改变值与从另一个机翼端点的信号的改变值的差很接近于１８０度。单单从这二个反射的信号看，它们相加的总值在它的相位中心处正好抵消，也就是在敌方的雷达处没有信号。而在远离相位中心的地方，它们相加的总值则逐渐地增加。如果加上从飞机机体上反射的雷达信号，则总的波阵面相对于原有的波阵面会倾斜一个角度，这样敌方的雷达也会给出一个错误的目标方向。这时如果缓慢地使两个天线的信号的相位进行改变，则可以使已经被锁定的目标逐渐地移出实际的方位，达到摆脱跟踪的目的。另外一种改变波阵面形状的方法是使信号的极化方向改变。当敌方雷达是线性极化的，则机翼两端的天线可以使用园极化的形式，并且两端发射的极化方向正好与接收的极化方向相反。如果敌方是采用园极化的，则机翼两端的天线可以采用线极化的形式，同样地用一个方向的极化来接收，接收后通过一个行波管在另一个方向上发射出去。这样由于极化方向不同，敌机收到的信号在天线上的形状将会完全改变，从而达到保护被跟踪的目标的作用。</P><P>对付雷达跟踪的最后一招是放置小的反射器或者小的发射器。这也有两种，一种是可以回收的，一种是一次性的。可以回收的只能放置在较近的距离上，一次性的则可以远离飞机。作为反射器，由于它的体积小，所以要使用后向反射器或者一种折射率从表面到球心不断增加的全反射球体，这样它们的雷达截面面积才能够扩大。当使用发射器时，一般要有一个复制装置。对于小的发射器，如何分离发射和接收天线是一个难题。不过所有这些手段都是已经公开的技术，正在发展中的技术，比如激光雷达技术，就更加复杂和灵活从而使自己在对抗中处于领先的地位。</P><P>本文中所有的材料全部来自公开的资料。</P><P>参考文件：
Stinson, G. W. Introduction to airborne radar, Scitech Publishing, Inc., 1998, New Jersey.
Kingsley, S. and Quegan, S., Understanding radar systems, McGraw-hill Book co. 1992, London.
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