超宽带雷达的军事应用

现代信息化战争，对战场感知能力提出了更高的要求，作为一种全天候、远距离、高精度的战场感知手段，雷达在信息化战争中的应用将更加深入、更加广泛。在空中预警探测、战场态势侦察与感知、空中目标监视、精确打击武器控制等诸多方面，雷达都扮演不可或缺的角色。也正因为如此对抗雷达的手段也随之蓬勃发展．其中包括低空超低空突防、综合电子干扰、目标隐身和反辐射导弹，他们构成了对雷达的四大威胁，迫使雷达发展相应的“四抗”技术，超宽带雷达就是其中重要的一种。

图示华星智控P440超宽带雷达

从20 世纪60 年代开始，人们对超宽带雷达在冰层探测成像、地面透视等方面作了大量的研究工作。进入90 年代，人们对其在军事方面的应用产生了极大的兴趣。美国于1992 年把发展超宽带雷达列入国防部计划，1994 年完成了超宽带目标显示技术的研究工作。美军目前已建立了超宽带雷达基地，用于海上警戒和丛林目标探测。目前许多国家都积极开展超宽带雷达的研究工作，其中美国和俄罗斯一直处于世界领先水平。

2.超宽带雷达的定义和基本组成

合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极差的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。SAR采用综合孔径原理提高雷达的角分辨率，而距离向分辨率的提高则需求助于脉冲压缩技术。由SAR的理论距离分辨率与信号的带宽成反比，若想获得距离向的高分辨率，就要求大的信号带宽，即超宽带技术。

超宽带是就信号的相对带宽而言的，当信号的带宽与中心频率之比大于25％时称为超宽带(UWB)信号，在1％与25％之间为宽带（WB) ，带宽与中心频率之比小于1％称为窄带（NB）。

所谓超宽带雷达，即工作带宽大于或等于其中心频率25％的雷达。典型的超宽带雷达的基本组成由波形产生器、发射机、接收机、收/发天线和信号处理机等部件组成。波形产生器产生超宽带信号波形，比如冲击脉冲、线形调频脉冲压缩信号、随机噪声等。冲击信号可采用单个脉冲、一个或几个周期正旋波，发射脉冲宽度为纳秒量级，从而获得超宽带信号。线形调频脉冲压缩信号，通过加大调频带宽，可以获得超宽带信号，随机噪声信号是比较理想的超宽带信号．但接收、匹配处理比较困难，有待进一步研究。

3. 超宽带雷达的优越性

超宽带雷达是雷达技术领域的一个革命性观念，与常规窄带雷达系统相比，超宽带留达具有以下优越性能；

（1）超宽带雷达信号兼有低频和宽频带的特点，对树叶和地表具有较强的穿透能力，可以探测森林中的隐藏目标，这使得超宽带留达适合用作观测隐蔽的目标。

图示P440超宽带雷达用于探测树林中的人和他的运动轨迹

（2）抗干扰性能好。因为在进行超宽带干扰时，必须要加大干扰的频带宽度，这就会降低干扰信号的功率谱密度，使干扰的效果减弱。

（3）低截获概率。普通雷达信号的截获接收机覆盖范围小于超宽带雷达的工作频率范围，只能接收到部分雷达信号，无法获取雷达的完整参数，因而不能有效地检测超宽带雷达信号。

（4）超宽带信号距离分辨力极高。超宽带雷达的相对带宽大，可以分辨目标的主要散射点，多个强散射点的目标回波信号积累．可以改善信噪比，使其分辨率达到厘米最级。

图示P440超宽带雷达波形图

（5）具有良好的目标识别能力。由于雷达发射脉冲的短时性，可以使目标不同区域的响应分离，使目标的特性突出，借此可进行目标的识别；此外，由于信号宽谱特性，可以激励起目标的各种响应模式，这也有助于目标识别。

（6）超近程探铡能力，常规窄带雷达在探测超近程目标时存在超宽带雷达是工作带宽大干或等于其中心频率25％的雷达近程盲区，超宽带雷达的脉冲宽度极窄，其最短探测距离与距离分辨率大致相等，所以可超近程探测目标。这种近距离探测雷达可用于导弹引信起爆、飞行器编队位置保持及防撞装置等。

4. 超宽带雷达的军事应用

由前面提到的超宽带雷达的优越性可推知，超宽带雷达在军事方面有着良好的应用前景，特别在隐身目标探测、目标识别、对抗反辐射导弹等方面有重要应用。

4.1 反隐身

目前人们所说的隐身技术主要指无源隐身技术。具体包括外形隐身技术和材料隐身技术。为了达到隐身的目的，隐身飞机采用了多面、多锥体和飞翼式布置及燕尾设计，把机身与机翼融为一体。此外还通过内置发动机和油箱等措施将机身的突出部位减少到最低程度，使整架隐身飞机形成一种平滑的过渡．以消除角反射效应。

材料隐身是通过在飞行器表面涂覆吸波材料来减小雷达散射截面（RCS）。目前的技术条件下，吸波材料一般都是窄带宽的，而且都是针对常规雷达的频段设计的，因此它对常规雷达具有很好的隐身能力。

然而，超宽带雷达由于具有很大的带宽，因此吸波材料即便吸收，也只是总能量的一小部分。其隐身性能对超宽带雷达来说，效果将大打折扣。另外，吸波材料大部分为铁氧体的电磁波吸收体，其吸收机理是磁壁共振和磁畴旋转共振引起的电磁波损耗，这就是铁氧体的驰豫现象。由于磁壁共振和磁畴旋转共振的建立需要一定的时间，当一个极短的超宽带雷达脉冲作用于吸收体时，在此时间间隔里共振还无法建立，吸波材料难以吸收波的能量，使其无法实现材料隐身，因此说超宽带雷达具有优越的反隐身能力。

4.2 探测森林中的隐藏目标

在美国，斯坦福研究所报告了采用机载超宽带合成孔径冲击示范雷达的试验结果。它工作的频率在100兆赫到600兆赫，能够探测到美洲密林中的坦克和卡车，达到了1米的方位和距离分辨率。而且，超宽带雷达还可以用于地面地雷的探测。

4.3 目标识别

目标的几何形状和材料唯一地决定了目标的超宽带雷达信号特性。因为各种目标都有其不同的形状和材料，所以原则上总可以根据被测量到的超宽带雷达信号特性来识别目标。

华星智控P440超宽带雷达用于追踪室内的多目标

从原理上来说，窄带雷达和宽带雷达的不同之处在于距离分辨力。对于远距离作用雷达，在微波频段，窄带雷达的距离分辨力大于目标尺寸。超宽带雷达分辨力高，小于目标尺寸的十分之一。高空间分非常高，现在难以达到，不断完善的光学激励开关很可能是不久的将来解决冲击脉冲功率向题的一种方法。

（4）在频谱上存在对普通用户干扰问题。未来新一代的超宽带雷达系统将是重量轻、结构紧凑的、能提供高质量数据且容易解释的雷达系统。机载远程超宽带雷达探测器为未来超宽带雷达发展提供了高分辨率、目标成像和识别可能性。超宽带雷达是超宽带技术的一种应用，具有很广阔的应用前景，是一种非常值得研究的技术，将在军事领域得到更加广泛的应用。

辨力和宽频谱的结合为目标识别提供了雷达回波的两个特征。从目标散射中心返回的超宽带雷达回波是一系列回波，而不是窄带的一个集中回波，这些回波携带了一系列不同角度的信息．可通过逆合成孔径处理进行目标成像，如果所成的像具有足够多的细节以区分相似的飞机类型，那么目标识别就成为可能。

4.4 抗反辐射导弹

反辐射导弹是利用留达信号的到达角度、到达时间及载波频率等参数来对雷达信号做出测向、识别的。超宽带雷达信号呈现低截获概率特性，反辐射导弹难以对其进行截获。反辐射导弹的导引头难以有效处理冲击雷达信号，对信号的利用概率低，很难进行有效的寻的制导。

5. 存在的问题和发展趋势

尽管超宽带雷达经过了很长时间的发展，各项技术逐渐成熟，但是建造超宽带雷达系统的困难是多方面的，一些技术难点有待进一步的解决，目前的主要问题如下：

（1）天线设计。由于超宽带雷达的输

出带宽相对较宽，而带宽与天线的输出功率成反比，为提高超宽带雷达的性能，必须加强对超宽带雷达的天线设计．要求馈源有较高的场强并保持一定的带宽．使其满足实际使用的功率要求。

（2）由于超宽带雷达的信号带宽相对较宽，所以存在功率源和接收方向上的电磁干扰处理问题。

（3）为了增大超宽带雷达的作用距离，比如10千米以上的距离，需要非常高的峰值输出功率，而且随着距离的增加，峰值功率将急剧的增加，这对发射机的要求就非常高，现在难以达到，不断完善的光学激励开关很可能是不久的将来解决冲击脉冲功率向题的一种方法。

（4）在频谱上存在对普通用户干扰问题。未来新一代的超宽带雷达系统将是重量轻、结构紧凑的、能提供高质量数据且容易解释的雷达系统。机载远程超宽带雷达探测器为未来超宽带雷达发展提供了高分辨率、目标成像和识别可能性。超宽带雷达是超宽带技术的一种应用，具有很广阔的应用前景，是一种非常值得研究的技术，将在军事领域得到更加广泛的应用。