雷達通信電子戰,綜合射頻一體化系統

雷達 電子戰 通信 硬件 技術 導彈 體育 雷達通信電子戰 2019-04-13

新技術、新體制的發展不斷推動著雷達和通信技術的不斷髮展,電子對抗的內涵也在不斷拓展,綜合射頻一體化體系在不斷深化。

雷達

雷達是探測、定位和識別目標以及確定目標運動特性的有效工具,雷達已然成為火炮瞄準、導彈制導、轟炸瞄準等武器系統的核心。雷達對抗則是以雷達作為對象,通過電子對抗偵察設備獲取敵方信息,利用電子壓制、欺騙以及反輻射攻擊作為手段,達到削弱和破壞敵方雷達作戰效能的目的。

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通信

隨著現代通信朝著多頻譜、多體制、數字化、網絡化發展,通信對抗也發展成為一個內涵豐富的專業。跳頻通信、直擴通信、數據鏈通信、猝發通信、移動通信、衛星通信等各種新體制的出現,使通信的重要性更加提高。

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電子戰

雷達設備主要用於目標探測和軌跡跟蹤;通信設備主要用於信息和情報的傳輸;電子對抗設備用於監視、截獲信息、識別危險和告警,引導進行干擾;隨著各系統各自的發展,性能都得到了提高,每個系統的成本、重量、平臺空間佔用增大。

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雷達通信一體化

雷達通信系統在原理上都是通過電磁波的發射和接收過程實現各自不同的功能,在頻段、天線、發射機、接收機、信號處理器均會出現重疊,那麼在重疊的部分進行一定程度的共享,雷達和通信可以通過時分的方式來利用發射/接收系統。

通信也可以共享雷達的天線,利用雷達天線的方向性提高通信的保密性,但由於受到雷達天線頻段和帶寬的限制,需要合理選擇通信的上行和下行頻率。

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雷達電子戰一體化

隨著有源相控陣雷達的廣泛應用,雷達與干擾不僅可以在硬件上共享,還可以在信號上共享。有源相控陣雷達可以分出若干發射/接收組件在某個頻率範圍內產生較大功率的干擾波束而不影響雷達的的基本任務。

另外信號的共享也是可能的,例如通過隨機多元碼脈位調製和脈間二項碼調製的混合波形來實現干擾/雷達信號的共享,發射出去的干擾信號可以進入對方雷達接收機,同時也接收對方雷達的反射回波來對對方的雷達平臺進行定位。

綜合射頻一體化

採用綜合射頻系統將電子系統成本、重量和空間佔用都會有所降低。雖然各系統的工作頻段、工作帶寬不盡相同,涉及到系統平臺、雷達、通信、電子戰等很多技術層面,但是矛盾也不是不可調和的,一體化是一大趨勢。

雷達通信電子戰,綜合射頻一體化系統

將雷達通信電子戰等多種功能集成在一起,利用一個共用的多通道數字式接收機和數字信號處理硬件平臺來同時完成各種不同的任務。

在一個共同的射頻孔徑天線上使用多個波束實現雷達、通信、電子戰功能,每個波束的方位角、仰角、頻率、波束寬度、形狀和功率都可以單獨控制。每個波束都可用來進行通信、偵察、成像、跟蹤目標、照射目標、導彈指揮和制導、干擾、欺騙、敵我識別等戰場要求。

先進多功能射頻系統(AMRFS)

AMRFS通過利用寬帶射頻多功能、共用孔徑技術可以大幅縮減了艦船頂部的射頻孔徑的數量,有效增加了其功能和帶寬。

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發射和接收孔徑分開

在雷達應用的單個收/發孔徑中,主要的時間線用於接收,並且對收/發通道的隔離度要求較高,收發在時間上不重疊。而在多功能孔徑中,通信功能和電子進攻需要較多的時間,甚至要連續工作,因此將收發孔徑分開可以對時間充分利用,可減少孔徑數量。

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頻段劃分

AMRFS測試平臺採用4部低頻段和高頻段收發陣列孔徑,頻率覆蓋範圍是1~5GHz和4~18GHz二個頻段。AMRFS後來進一步發展成為“先進多功能射頻概念(AMRFC)”項目,頻率覆蓋調整為6~18GHz。

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發射子系統

每個發射子系統包括髮射陣列、RF上變頻、波形產生合成、支持同時及分時多功能發射的處理及控制系統。

將子陣劃分為不同的塊,以形成同時多波束。寬帶多功能發射陣列包括分佈於四個象限中的1024個多極化輻射源、每個象限再分成四個子陣(共16個子陣),每個子陣(64個陣元)由16個射頻輸入端中的一個單獨驅動。

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由於目前一個功率放大器不能同時存在不止一個信號,因此,發射子陣在任一時刻只能用於一項功能。由於每個象限為分配射頻發射功能的最小孔徑尺寸,因此同時可形成4個發射波束,可以給不同象限的子陣分配雷達、衛星通信、數據鏈、電子攻擊等功能。

接收子系統

每個接收陣列均包括接收陣列子系統、RF下變頻子系統、數字接收機、支持同時或分時多功能接收的處理及控制系統。接收天線包括天線陣元、接收模塊和為實現同時多波束需要的射頻合成器,共9個子陣,每個子陣有128個雙極化陣元,共1152個陣元。對於接收陣,可同時存在不止一個信號,因此可以使用接收的全部或一部分來產生同時多功能,同時可形成36個接收波束。

多功能相控陣系統(M-AESA)

M-AESA項目始於2005年,是瑞典和意大利合作研製的,其融合了雷達、通信、電子戰等多種功能,能夠自動適應動態條件。

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M-AESA系統採用可縮放的開放式結構,易於升級,並且兼容海陸空的指控系統。其主要研發目標就是探索利用寬帶共享孔徑來集成雷達、通信和電子戰的可能性,在降低使用和維護成本的條件下,為決策者提供更豐富的戰場態勢感知。

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M-AESA項目的實施分為3個階段(如下圖),按照願景、方案設計、樣機模塊、集成驗證、樣機演示的主活動線開展,完成關鍵技術開發,測試臺建設,壽命週期成本分析。

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項目設計一個共同的射頻子系統(EXR + BF +天線+ TRM)的頂層架構為所有系統執行所有接收和發送功能。天線的配置(A1,A1',A2和A3)給RF子系統的前端部分形成了一定的制約。

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項目研製成功並經過評估了2個天線陣,下圖為具有37單元*64單元的單極化陣:

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下圖是25單元*25單元的雙極化陣:

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M-AESA項目開發的寬帶接收機模塊的高功率放大器採用了砷化鎵技術,實現了不同頻率範圍的放大。1GHz的瞬時帶寬也為合成孔徑雷達(SAR)和高距離分辨率(HRR)工作模式提供了0.3m的高分辨力,同時也為電子戰模式提供了寬瞬時頻譜的覆蓋,也為通信模塊提供高的數據率。

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荷蘭“集成桅杆”(I-MAST)系統

許多國家的海軍都希望能得到包含雷達、光電 / 紅外(EO/IR)傳感器、敵我識別(IFF)、通信和電子戰系統在內的集成桅杆解決方案。下面簡單介紹下泰雷茲荷蘭公司研製的“集成桅杆”(I-MAST)系統IM-400和IM-500 。

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IM-400 系統

  1. S波段Sea Master-400 警戒雷達;
  2. X波段Sea Watcher-100有源相控陣雷達;
  3. 雷達/通信ESM;
  4. 非旋轉敵我識別系統;
  5. ICAS 集成通信系統;
  6. SHF/UHF 衛星通信天線;
  7. Gatekeeper 光電監視和告警系統。

IM-500系統

  1. X波段有源相控陣多功能雷達;
  2. S波段立體搜索雷達;
  3. 綜合通信天線系統(ICAS);
  4. “守門員”光電偵察警戒系統;
  5. SHF 波段衛通天線;
  6. 2 部UHF波段衛通天線;
  7. Vigile-400 雷達電子支援措施和電子信號情報系統;
  8. 用於敵我識別和Link-16數據鏈的L波段非轉動式單脈衝圓形天線陣列系統;
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集成桅杆是艦船設計、電子、電磁兼容、結構、材料等各學科交叉的系統工程項目,其關鍵技術主要有 :天線集成、綜合射頻、新材料、結構設計和電磁兼容等技術。集成桅杆技術是一項系統工程,在國外海軍艦船上已得到一定應用,並取得較好的效果。

天線集成技術

將各自獨立的天線集成為綜合的多功能天線,並與上層建築融為一體的現代艦船設計技術,可有效解決越來越多的天線的佈置問題和由此引起的電磁兼容問題。

與艦船共外形的陣面式天線和平板式天線取代了機械旋轉天線,把眾多奇形怪狀的天線利用主流有源相控陣技術或複合天線技術實現陣面化(至少實現平板化)並與艦的上層建築(含桅杆)共形,使艦船隱身性得以提高,雷達散射截面積(RCS)可減少 50% ~ 80%,降低了艦船被敵精確制導武器命中的概率。

我國的055型驅逐艦

在外形上散佈在上層結構的各式諸如火控雷達、導航、通信、電子戰天線均被整合在了主艦橋以及一體化隱身桅杆之中,這種明顯的變化主要得益於綜合射頻技術在055上的運用,在這種新技術的助益下,可以極大的減少艦船整體所需的天線種類和數量,這是本艦在設計上的重要亮點之一。

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位於正面大面積方塊應該是S波段346多功能雷達,位於駕駛臺上方的是C波段跟蹤天線,一體化桅杆上的中間面積方塊是X波段多功能火控雷達,位於主船體兩側的突出的方塊,是米波相控陣遠程警戒雷達。

中國艦艇第一次在單艦上形成米波、X波段、S波段、C波段的全波段雷達覆蓋,從有關報道的畫面來看,艦艇最右側還有小陣面,據報道推測可能是電子對抗相關係統的集中陣列;位於一體化桅杆頂端的箭頭天線,推測有可能是北斗導航系統天線。

綜合射頻技術

用較少的多功能孔徑代替現有的多個天線孔徑,用開放式的模塊化結構實現各射頻傳感器體系的重構,從而用較少的射頻模塊搭建出一個具有通信、導航、警戒、探測、識別和跟蹤等多種功能的綜合射頻系統。綜合射頻所涉及的關鍵技術包括超寬帶技術、重構性技術、數字波束合成技術等。

多功能綜合射頻一體化技術己徑成為新型艦艇裝備的發展趨勢,我國海軍在綜合射頻系統的應用上,仍然還有很大的提升空間,通過055型驅逐艦的測試之後,有理由相信今後會在更多類型的水面艦艇上看到綜合射頻系統的出現。

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