雷達和電子戰(zhàn)基礎知識

雷達和電子戰(zhàn) (EW) 通常被認為是非常復雜和非常秘密的。雖然這對于特定的設計和詳細的理論來說是正確的，但許多基本原理都是直截了當且易于理解的。本文將介紹雷達的一些基本概念，并展示電子戰(zhàn)是如何由此發(fā)展而來的。

正如大多數人所知，雷達（無線電探測和測距）在二戰(zhàn)中逐漸成熟。每個人都知道雷達發(fā)出的無線電信號會從物體反彈回來。該物體的范圍（距離）取決于回聲（返回信號）返回所需的時間。大多數人都見過巨大的拋物面天線在圓周上旋轉，掃描天空以尋找來襲的飛機或導彈。至少在電視和老科幻電影上。許多雷達系統使用這種天線。但有些沒有。

記住天線執(zhí)行兩個功能也很重要。它作為輸出脈沖的****天線和返回信號的接收天線。這意味著在您想要收聽返回信號期間，必須斷開（或關閉）****。否則，任何返回信號都會被****脈沖淹沒。此外，必須采取預防措施，以免接收器前端被強大的****脈沖損壞或破壞。

讓我們檢查基本的雷達幾何形狀和設計因素。信號強度是影響任何雷達系統性能的關鍵因素。顯然，如果檢測不到返回信號，就檢測不到物體。您的****越強大，雷達的潛在范圍就越大。****/接收天線越大，范圍越大。目標（稱為雷達橫截面或 RCS）越大，返回信號越強，范圍越大。雖然不明顯，但波長越長，信號損失越少。所以頻率越低越好。（然而，較低的頻率意味著更大更重的天線。）

在所有這些因素中，范圍（到目標的距離）是最關鍵的因素。當您考慮它時，這一點非常明顯。****的信號按距離的平方遞減。兩倍的距離意味著四分之一的信號強度。但是返回信號也會減少返回距離的平方。因此，返回信號的強度會降低到距離的四次方。因此，將與目標的距離加倍會導致返回信號的 1/16（其他條件相同）。

正是由于這個原因，雷達****非常強大。它們可以傳輸數十兆瓦甚至更多的非常短的脈沖（約 50 μS）。例如，AWACS（機載警告和控制系統）速調管型****管的額定峰值脈沖功率為 50 兆瓦。由于脈沖很短，重復率（或脈沖率）約為每秒 1,000 個脈沖，因此平均功率要小得多——大約 250 到 500 千瓦。但這仍然很強大。當然，并不是所有的雷達都這么強大。一些便攜式或武器雷達只有幾瓦。

為了定位一個物體，它的范圍和方向都需要確定。范圍顯然是由返回信號的延遲決定的。方向由天線指向的位置決定。如果這看起來很粗糙，那你是對的。方向傳感器測量仰角和方位角（羅盤航向）。

自然，雷達天線必須正確對齊和校準，以使其仰角和方位角與現實世界（或船首或導彈的飛行方向）一致。角度傳感器通常是“同步器”或“旋轉變壓器”，它們是一種特殊類型的變壓器，將不再進一步討論。

雷達一般分為兩類：捕獲和目標定位。捕獲雷達是大型、固定、遠程類型，而目標雷達通常更小、便攜且射程更短（有時是武器的制導系統）。它們有兩種不同的功能。

采集雷達用于探測遠距離的物體。由于該物體距離很遠（有時數千英里），它相對于雷達的位置不會在幾秒鐘內發(fā)生太大變化。出于這個原因，捕獲雷達僅在天線每轉一圈（通常每隔幾秒左右）一次照亮（或“繪制”或“點亮”）一個物體。

作為參考，以 700 英里/小時或海平面聲速移動的飛機每秒僅行進約 1,000 英尺。100 英里處 2,000 或 4,000 英尺的差異并不太顯著。采集雷達是電影中出現的典型類型，也是二戰(zhàn)中使用的類型。

瞄準雷達用于將武器引導至目標。有時這些是地面雷達，有時它們被整合到武器本身中。“制導”導彈是由地面雷達引導至目標的導彈?！皩さ摹睂棌睦走_反射中引導自己。

請注意，尋的導彈可以使用地面雷達照亮目標。在雷達的早期，這非常有用，因為這意味著導彈不需要雷達****。但是，如果照明信號由于某種原因丟失，導彈將“失軌”（或“失鎖”）而無法擊中目標。

此外，這意味著在導彈飛行期間，地面雷達專用于該目標。如果只有幾架慢速飛機向您飛來，這不是問題。但是在當今大量快速戰(zhàn)斗機/轟炸機的情況下，這種方法并沒有被過多地使用。

捕獲雷達和目標雷達之間的根本區(qū)別在于“雷達鎖定”的概念。捕獲雷達在天線的每次旋轉過程中都會失去鎖定并重新捕獲（重新檢測）物體。瞄準雷達絕不能失去雷達鎖定，因為它沒有真正找到目標的方法。

目標雷達最初總是通過一些外部手段指向目標。這可以通過將其與地面導彈典型的采集雷達系統連接起來。或者，它可以通過將導彈實際指向目標并讓導彈雷達鎖定，這對于空射導彈來說是典型的。由于目標雷達必須保持鎖定，因此它必須以更高的重復率發(fā)送雷達脈沖，通常每秒發(fā)送 100 或 1,000 個脈沖。它不能讓目標在脈沖之間移動太遠，否則雷達鎖定可能會丟失。在近距離，高速時可能會有相當大的相對位置變化。因此，高脈沖率是目標雷達正在使用的關鍵指標。

由于雷達系統的設計和開發(fā)成本很高，因此當今世界上使用的系統數量有限（可能只有幾百個）。顯然，在設計特定的防御或對抗措施之前，了解您想要擊敗的特定雷達系統非常重要。

有一些特征可以識別給定的雷達系統。首先是操作頻率。第二個是脈沖長度。第三是脈沖重復率。第四個是掃描速率或天線旋轉 360 度所需的時間。五是天線輻射方向圖，分為“主瓣”和“旁瓣”。這些旁瓣在任何雷達系統中都是一個非常重要的弱點，可用于制造混亂和歪曲目標。

圖 1. 雷達天線靈敏度方向圖的典型極坐標圖。請注意，旁瓣僅比主瓣低 10 dB 到 15 dB。

雷達“波束”不僅僅是一個波束。這確實是許多光束。圖 1顯示了典型的雷達天線方向圖。有一個主波束（或主瓣或焦點）。這是天線實際指向的位置，****時功率最大，接收時靈敏度最高。但沒有天線是完美的。實際上有許多次波束稱為旁瓣。這些在圖 1 中標識。通常，兩個主要旁瓣的靈敏度相對于主瓣僅降低 10 dB 到 15 dB。稍后我們將更詳細地了解如何將其用于電子戰(zhàn)。

有兩種雷達對抗措施已經使用了一段時間：箔條和干擾。箔條始于二戰(zhàn)，由飛機掉落鋁箔條（稱為箔條）組成，以制造多個反射目標并阻止雷達光束穿透（如煙幕）。如果鋁箔條的長度適合所使用的雷達頻率，箔條對這兩種功能都有效。如果箔的長度與雷達波長相差太大，它就會失去效力。（這就是為什么在嘗試對策之前了解雷達信號很重要的原因。）

干擾是另一種擊敗雷達的方法。它包括直接在雷達天線上****與雷達頻率相同的連續(xù)信號。由于****可以比雷達反射強大得多，它會向接收器呈現大信號，而較弱的返回信號將被掩蓋。這顯著降低了雷達的有效范圍。最終，目標將與雷達系統足夠接近，從而雷達返回信號將大于干擾信號。發(fā)生這種情況（稱為燒穿）時，可以恢復正常的雷達操作。

請注意，強大的干擾****可能位于非常遠的地方，幾乎無法觸及。此外，由于天線的旁瓣，干擾機會影響雷達的多個扇區(qū)（角度）。雷達顯示器顯示與旁瓣模式相關的干擾“輻條”。因此，有幾個方向可以隱藏傳入的目標。不同位置的多個干擾****會產生額外的干擾/輻射，并在很大程度上降低雷達的有效性。

反輻射導彈（ARM）可以說是電子戰(zhàn)組件。它實際上是一種導彈，旨在鎖定雷達信號（或“輻射”），鎖定它，并摧毀天線和附近的任何東西。這是一個相當簡單的想法，但實施起來有些困難。這是因為導彈必須針對許多不同的雷達信號進行編程。你顯然不希望有人瞄準你自己的雷達信號。

ARM 導彈讓雷達操作員進退兩難。如果他們使用雷達搜索目標，他們就會暴露自己。（從字面上看，它就像夜間的探照燈。）如果他們關閉雷達，它們就不再暴露在外，但它們也是無效的。這兩種選擇都沒有吸引力。

可以通過多種方式創(chuàng)建錯誤目標。最簡單的是一種干擾形式。不是傳輸連續(xù)信號，而是傳輸與雷達特征匹配的脈沖。因此，顯示屏上沒有輻條，而是有許多看起來像目標的點。試圖在數百個虛假目標中找到一個真正的目標并非易事。

一種更復雜的虛假目標生成方法使用雷達的致命弱點或旁瓣。如前所述，旁瓣的靈敏度通常僅比主瓣低 10 dB 到 15 dB。因此，如果您在旁瓣指向您的同時****與雷達信號匹配的“返回脈沖”，雷達將認為這是主瓣反射。結果是天線指向錯誤的方向，任何不受該雷達控制的武器都將
瞄準錯誤目標。

圖 2. 固定接收器在雷達天線旋轉時檢測到一系列信號。信號的幅度與主瓣和旁瓣模式有關，如圖 1 所示。

讓我們更詳細地研究一下。當您接近雷達時，您將能夠在它檢測到您之前獲得它的特征。（這是因為返回信號必須一路返回雷達。）隨著采集雷達天線的旋轉，您的雷達接收器將檢測到不同強度的脈沖。圖 2顯示了具有典型旁瓣的典型模式。由于您知道您的飛行器的 RCS，您可以估計雷達何時會檢測到您的返回信號。在此之前，您（實際上是您的計算機）創(chuàng)建了自己的返回信號。圖 3顯示了這樣一個構造的返回信號。

圖 3. 了解圖 2 中的雷達特征后，可以創(chuàng)建錯誤的返回信號。

然后在雷達信號中的適當時間發(fā)送這個錯誤的返回信號，以便最大的返回信號出現在雷達旁瓣上。雷達系統假設最大的返回信號出現在主瓣中。但在這種情況下，它不是。雷達天線實際上指向的方向與您截然不同。誤差可能高達 30 度。所以，如果這個采集雷達將武器對準你，它確實指向了錯誤的方向。（圖 4顯示了這是如何發(fā)生的。）

圖 4. 將虛假信號與真實信號相結合會產生一個在雷達看來是真實的虛假信號。當接收到最大的回波信號時，雷達天線指向錯誤的方向。

如果該武器有瞄準雷達，它很可能永遠無法鎖定，因為你將不在它的視野范圍內。通過適當的時機，可以使這些錯誤的返回信號以任何速度或方向（在限制范圍內）“移動”。使用單個旁瓣****可以生成具有多個航向的多個虛假目標。這種方法在一定程度上也可以用于目標雷達。但它更難，因為脈沖頻率更高，而且瞄準雷達不會重新捕獲目標并盡可能多地暴露其旁瓣。

這篇文章幾乎沒有觸及這個話題的表面。還有很多很多。相控陣和多普勒雷達各有優(yōu)缺點。隱身設計和一些戰(zhàn)術演習可能會給雷達帶來問題。

電子戰(zhàn)領域通常分為 ECM（電子對抗措施）和 ECCM（電子對抗措施）。此處描述的基本方法屬于 ECM 類別。有一些方法可以降低干擾、箔條和虛假目標的有效性。這些方法是 ECCM。

電子戰(zhàn)就像一盤棋。一方的一舉一動都會得到另一方的回應。比賽將一直持續(xù)到人類想出所有可能的 ECM 和 ECCM 方法的那一天。那一天似乎在遙遠的未來