雷達(dá)和電子戰(zhàn)基礎(chǔ)知識(shí)

雷達(dá)和電子戰(zhàn) (EW) 通常被認(rèn)為是非常復(fù)雜和非常秘密的。雖然這對于特定的設(shè)計(jì)和詳細(xì)的理論來說是正確的，但許多基本原理都是直截了當(dāng)且易于理解的。本文將介紹雷達(dá)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(shù)人所知，雷達(dá)（無線電探測和測距）在二戰(zhàn)中逐漸成熟。每個(gè)人都知道雷達(dá)發(fā)出的無線電信號(hào)會(huì)從物體反彈回來。該物體的范圍（距離）取決于回聲（返回信號(hào)）返回所需的時(shí)間。大多數(shù)人都見過巨大的拋物面天線在圓周上旋轉(zhuǎn)，掃描天空以尋找來襲的飛機(jī)或?qū)棥Ｖ辽僭陔娨暫屠峡苹秒娪吧?。許多雷達(dá)系統(tǒng)使用這種天線。但有些沒有。

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

讓我們檢查基本的雷達(dá)幾何形狀和設(shè)計(jì)因素。信號(hào)強(qiáng)度是影響任何雷達(dá)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。顯然，如果檢測不到返回信號(hào)，就檢測不到物體。您的****越強(qiáng)大，雷達(dá)的潛在范圍就越大。****/接收天線越大，范圍越大。目標(biāo)（稱為雷達(dá)橫截面或 RCS）越大，返回信號(hào)越強(qiáng)，范圍越大。雖然不明顯，但波長越長，信號(hào)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(biāo)的距離）是最關(guān)鍵的因素。當(dāng)您考慮它時(shí)，這一點(diǎn)非常明顯。****的信號(hào)按距離的平方遞減。兩倍的距離意味著四分之一的信號(hào)強(qiáng)度。但是返回信號(hào)也會(huì)減少返回距離的平方。因此，返回信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)降低到距離的四次方。因此，將與目標(biāo)的距離加倍會(huì)導(dǎo)致返回信號(hào)的 1/16（其他條件相同）。

正是由于這個(gè)原因，雷達(dá)****非常強(qiáng)大。它們可以傳輸數(shù)十兆瓦甚至更多的非常短的脈沖（約 50 μS）。例如，AWACS（機(jī)載警告和控制系統(tǒng)）速調(diào)管型****管的額定峰值脈沖功率為 50 兆瓦。由于脈沖很短，重復(fù)率（或脈沖率）約為每秒 1,000 個(gè)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(qiáng)大。當(dāng)然，并不是所有的雷達(dá)都這么強(qiáng)大。一些便攜式或武器雷達(dá)只有幾瓦。

為了定位一個(gè)物體，它的范圍和方向都需要確定。范圍顯然是由返回信號(hào)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(dá)天線必須正確對齊和校準(zhǔn)，以使其仰角和方位角與現(xiàn)實(shí)世界（或船首或?qū)椀娘w行方向）一致。角度傳感器通常是“同步器”或“旋轉(zhuǎn)變壓器”，它們是一種特殊類型的變壓器，將不再進(jìn)一步討論。

雷達(dá)一般分為兩類：捕獲和目標(biāo)定位。捕獲雷達(dá)是大型、固定、遠(yuǎn)程類型，而目標(biāo)雷達(dá)通常更小、便攜且射程更短（有時(shí)是武器的制導(dǎo)系統(tǒng)）。它們有兩種不同的功能。

采集雷達(dá)用于探測遠(yuǎn)距離的物體。由于該物體距離很遠(yuǎn)（有時(shí)數(shù)千英里），它相對于雷達(dá)的位置不會(huì)在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生太大變化。出于這個(gè)原因，捕獲雷達(dá)僅在天線每轉(zhuǎn)一圈（通常每隔幾秒左右）一次照亮（或“繪制”或“點(diǎn)亮”）一個(gè)物體。

作為參考，以 700 英里/小時(shí)或海平面聲速移動(dòng)的飛機(jī)每秒僅行進(jìn)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(dá)是電影中出現(xiàn)的典型類型，也是二戰(zhàn)中使用的類型。

瞄準(zhǔn)雷達(dá)用于將武器引導(dǎo)至目標(biāo)。有時(shí)這些是地面雷達(dá)，有時(shí)它們被整合到武器本身中?！爸茖?dǎo)”導(dǎo)彈是由地面雷達(dá)引導(dǎo)至目標(biāo)的導(dǎo)彈?！皩さ摹睂?dǎo)彈從雷達(dá)反射中引導(dǎo)自己。

請注意，尋的導(dǎo)彈可以使用地面雷達(dá)照亮目標(biāo)。在雷達(dá)的早期，這非常有用，因?yàn)檫@意味著導(dǎo)彈不需要雷達(dá)****。但是，如果照明信號(hào)由于某種原因丟失，導(dǎo)彈將“失軌”（或“失鎖”）而無法擊中目標(biāo)。

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

捕獲雷達(dá)和目標(biāo)雷達(dá)之間的根本區(qū)別在于“雷達(dá)鎖定”的概念。捕獲雷達(dá)在天線的每次旋轉(zhuǎn)過程中都會(huì)失去鎖定并重新捕獲（重新檢測）物體。瞄準(zhǔn)雷達(dá)絕不能失去雷達(dá)鎖定，因?yàn)樗鼪]有真正找到目標(biāo)的方法。

目標(biāo)雷達(dá)最初總是通過一些外部手段指向目標(biāo)。這可以通過將其與地面導(dǎo)彈典型的采集雷達(dá)系統(tǒng)連接起來。或者，它可以通過將導(dǎo)彈實(shí)際指向目標(biāo)并讓導(dǎo)彈雷達(dá)鎖定，這對于空射導(dǎo)彈來說是典型的。由于目標(biāo)雷達(dá)必須保持鎖定，因此它必須以更高的重復(fù)率發(fā)送雷達(dá)脈沖，通常每秒發(fā)送 100 或 1,000 個(gè)脈沖。它不能讓目標(biāo)在脈沖之間移動(dòng)太遠(yuǎn)，否則雷達(dá)鎖定可能會(huì)丟失。在近距離，高速時(shí)可能會(huì)有相當(dāng)大的相對位置變化。因此，高脈沖率是目標(biāo)雷達(dá)正在使用的關(guān)鍵指標(biāo)。

由于雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)成本很高，因此當(dāng)今世界上使用的系統(tǒng)數(shù)量有限（可能只有幾百個(gè)）。顯然，在設(shè)計(jì)特定的防御或?qū)勾胧┲埃私饽胍獡魯〉奶囟ɡ走_(dá)系統(tǒng)非常重要。

有一些特征可以識(shí)別給定的雷達(dá)系統(tǒng)。首先是操作頻率。第二個(gè)是脈沖長度。第三是脈沖重復(fù)率。第四個(gè)是掃描速率或天線旋轉(zhuǎn) 360 度所需的時(shí)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(dá)系統(tǒng)中都是一個(gè)非常重要的弱點(diǎn)，可用于制造混亂和歪曲目標(biāo)。

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

雷達(dá)“波束”不僅僅是一個(gè)波束。這確實(shí)是許多光束。圖 1顯示了典型的雷達(dá)天線方向圖。有一個(gè)主波束（或主瓣或焦點(diǎn)）。這是天線實(shí)際指向的位置，****時(shí)功率最大，接收時(shí)靈敏度最高。但沒有天線是完美的。實(shí)際上有許多次波束稱為旁瓣。這些在圖 1 中標(biāo)識(shí)。通常，兩個(gè)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(xì)地了解如何將其用于電子戰(zhàn)。

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

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

請注意，強(qiáng)大的干擾****可能位于非常遠(yuǎn)的地方，幾乎無法觸及。此外，由于天線的旁瓣，干擾機(jī)會(huì)影響雷達(dá)的多個(gè)扇區(qū)（角度）。雷達(dá)顯示器顯示與旁瓣模式相關(guān)的干擾“輻條”。因此，有幾個(gè)方向可以隱藏傳入的目標(biāo)。不同位置的多個(gè)干擾****會(huì)產(chǎn)生額外的干擾/輻射，并在很大程度上降低雷達(dá)的有效性。

反輻射導(dǎo)彈（ARM）可以說是電子戰(zhàn)組件。它實(shí)際上是一種導(dǎo)彈，旨在鎖定雷達(dá)信號(hào)（或“輻射”），鎖定它，并摧毀天線和附近的任何東西。這是一個(gè)相當(dāng)簡單的想法，但實(shí)施起來有些困難。這是因?yàn)閷?dǎo)彈必須針對許多不同的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行編程。你顯然不希望有人瞄準(zhǔn)你自己的雷達(dá)信號(hào)。

ARM 導(dǎo)彈讓雷達(dá)操作員進(jìn)退兩難。如果他們使用雷達(dá)搜索目標(biāo)，他們就會(huì)暴露自己。（從字面上看，它就像夜間的探照燈。）如果他們關(guān)閉雷達(dá)，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(cuò)誤目標(biāo)。最簡單的是一種干擾形式。不是傳輸連續(xù)信號(hào)，而是傳輸與雷達(dá)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(biāo)的點(diǎn)。試圖在數(shù)百個(gè)虛假目標(biāo)中找到一個(gè)真正的目標(biāo)并非易事。

一種更復(fù)雜的虛假目標(biāo)生成方法使用雷達(dá)的致命弱點(diǎn)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(shí)****與雷達(dá)信號(hào)匹配的“返回脈沖”，雷達(dá)將認(rèn)為這是主瓣反射。結(jié)果是天線指向錯(cuò)誤的方向，任何不受該雷達(dá)控制的武器都將
瞄準(zhǔn)錯(cuò)誤目標(biāo)。

圖 2. 固定接收器在雷達(dá)天線旋轉(zhuǎn)時(shí)檢測到一系列信號(hào)。信號(hào)的幅度與主瓣和旁瓣模式有關(guān)，如圖 1 所示。

讓我們更詳細(xì)地研究一下。當(dāng)您接近雷達(dá)時(shí)，您將能夠在它檢測到您之前獲得它的特征。（這是因?yàn)榉祷匦盘?hào)必須一路返回雷達(dá)。）隨著采集雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)，您的雷達(dá)接收器將檢測到不同強(qiáng)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(jì)雷達(dá)何時(shí)會(huì)檢測到您的返回信號(hào)。在此之前，您（實(shí)際上是您的計(jì)算機(jī)）創(chuàng)建了自己的返回信號(hào)。圖 3顯示了這樣一個(gè)構(gòu)造的返回信號(hào)。

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

然后在雷達(dá)信號(hào)中的適當(dāng)時(shí)間發(fā)送這個(gè)錯(cuò)誤的返回信號(hào)，以便最大的返回信號(hào)出現(xiàn)在雷達(dá)旁瓣上。雷達(dá)系統(tǒng)假設(shè)最大的返回信號(hào)出現(xiàn)在主瓣中。但在這種情況下，它不是。雷達(dá)天線實(shí)際上指向的方向與您截然不同。誤差可能高達(dá) 30 度。所以，如果這個(gè)采集雷達(dá)將武器對準(zhǔn)你，它確實(shí)指向了錯(cuò)誤的方向。（圖 4顯示了這是如何發(fā)生的。）

圖 4. 將虛假信號(hào)與真實(shí)信號(hào)相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生一個(gè)在雷達(dá)看來是真實(shí)的虛假信號(hào)。當(dāng)接收到最大的回波信號(hào)時(shí)，雷達(dá)天線指向錯(cuò)誤的方向。

如果該武器有瞄準(zhǔn)雷達(dá)，它很可能永遠(yuǎn)無法鎖定，因?yàn)槟銓⒉辉谒囊曇胺秶鷥?nèi)。通過適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，可以使這些錯(cuò)誤的返回信號(hào)以任何速度或方向（在限制范圍內(nèi)）“移動(dòng)”。使用單個(gè)旁瓣****可以生成具有多個(gè)航向的多個(gè)虛假目標(biāo)。這種方法在一定程度上也可以用于目標(biāo)雷達(dá)。但它更難，因?yàn)槊}沖頻率更高，而且瞄準(zhǔn)雷達(dá)不會(huì)重新捕獲目標(biāo)并盡可能多地暴露其旁瓣。

這篇文章幾乎沒有觸及這個(gè)話題的表面。還有很多很多。相控陣和多普勒雷達(dá)各有優(yōu)缺點(diǎn)。隱身設(shè)計(jì)和一些戰(zhàn)術(shù)演習(xí)可能會(huì)給雷達(dá)帶來問題。

電子戰(zhàn)領(lǐng)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(biāo)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(dòng)都會(huì)得到另一方的回應(yīng)。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(yuǎn)的未來