摘 要：本文在讨论直升机载雷达总体需求的基础上，介绍了直升机载雷达侦察系统的组成和功能，总结了系统总体设计中涉及到的关键技术，并对关键技术的解决措施进行了分析。
关键词：直升机载雷达；侦察雷达；总体设计；关键技术
Overall Design of Helicopter-borne Radar Reconnaissance System
LIAO Long-ling
（Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：The composition and functions of the helicopter-borne radar reconnaissance system is introduced on the basis of analyzing the overall requirements of helicopter-borne radar. The key technologies involved in the system design are summarized, and steps to solve these technologies are also analyzed.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Helicopter-borne radar; Reconnaissance radar;System design; Key technology
一、引言
侦察雷达是战场侦察最重要的传感器之一，是侦察情报的主要来源，它从一诞生开始就成为各国竞相发展的对象。根据安装平台的不同，侦察雷达可分为地面侦察雷达、机载侦察雷达、舰载侦察雷达以及星载侦察雷达等。
地面侦察雷达经过多年的发展，其分工越来越细，种类越来越多，性能越来越先进，可以说已经发展到了一个相对成熟的阶段。但是随着现代战争作战模式的变化，特别是局部战争作战模式的变化，对侦察雷达的要求也越来越高。这主要体现在不仅要求侦察雷达的作用距离更远、覆盖范围更广，而且要求侦察雷达具有全天候、全天时、多层次及高机动性等功能，更重要的是要求侦察雷达情报的实时性，而满足这些要求的主要途径就是将侦察雷达装在升空平台上。因而，从上世纪80年代开始，世界各国都先后对侦察雷达的升空进行了大量的研究，以解决地形地物的遮挡及地面曲率的影响，从而达到增加作用距离及覆盖范围的目的。法国的“地平线”系统即是这种升空平台的典型代表。由于在海湾战争中表现出的实时性、有效性以及较强的协调作战能力，该系统不仅验证了机载雷达侦察系统的实用性，而且证明了这种系统在侦察、目标识别、跟踪及引导打击方面的作用。
在升空平台的选择上，固定翼飞机、直升机及遥控无人机等均是侦察雷达理想的飞行载体。
本文以直升机载侦察雷达为例，介绍这种侦察系统的总体设计。
二、总体需求
根据直升机平台的飞行特点，分析系统的作战使命，可以提出直升机载雷达侦察系统的总体需求如下：
（1）侦察战役战场纵深内的各种地面及低空目标；
（2）将获取的地物背景数据及目标信息进行处理，形成战场态势情报及文字情报；
（3）将形成的侦察情报进行分发，供战区作战指挥员决策使用或引导武器系统进行攻击。
三、系统设计及方案选择
直升机载雷达侦察系统组成复杂，涉及的技术问题范围广、领域多，因而系统的设计需求有较高的综合要求。系统的设计在满足需求的前提下，应在充分考虑到平台的机动性能、提高情报整体效益和时效性的基础上，完成系统的集成和综合。
1.系统组成
根据对系统需求的分析，从功能上划分，全系统大体可由以下几个部分组成，即侦察雷达部分、指挥控制与情报处理部分、信息传输部分、平台部分、其它配套设备。其组成原理框图如图 1所示。
2.各部分功能
（1）侦察雷达部分
侦察雷达作为系统的侦察传感器，它是全系统的核心，主要完成纵深内目标的探测、监视，为系统提供原始的侦察数据。应具备的功能有：对目标的探测、监视和跟踪；信号处理：包括A/D变换、脉压信号产生、运动补偿、谱估计、自适应杂波抑制、 恒虚警处理等。
（2）指挥控制及与情报处理部分
指挥控制及与情报处理部分作为系统的数据处理中心、情报处理中心和管理中心，主要完成原始侦察数据处理、情报处理及全系统的综合控制，生成战场态势情报和文字情报。应具备的功能有：任务生成：根据作战需求及相关的地理、气象等信息生成侦察方案； 数据处理与显示：包括侦察信息接收处理、存储、注释入库、解速度模糊、录取目标数据、背景生成、显示扫描图像等；情报处理和生成：根据GIS地理信息将处理后的侦察数据匹配上图，形成态势情报及文字情报；指挥控制：完成系统设备的监控、管理及自检等。
（3）信息传输部分
该部分主要为系统提供一个情报传输和情报分发的信息通道。完成的功能有：情报信息及上级指挥命令的纠错编码、调制、抗干扰传输、解调等。
（4）平台部分
该部分是侦察设备的载体，主要完成下列功能：侦察时的机动飞行；任务设备的载体：包括直升机改装、任务设备的安装等； 保障信息的提供：包括实时向侦察设备提供直升机的航向、俯仰、横滚等航姿信息，以及偏航角、载机高度、三维速度、位置信息等；其它功能：包括直升机勤务通信、敌我识别及电子自卫等。
（5）其它配套设备
主要提供系统的维修保障、载机地面供电等。
3．方案选择
（1）侦察雷达体制
直升机载侦察系统的主要目的是收集战场情报，侦察战役纵深内地面、水面的部队集结、配置调动、兵力部署以及低空飞行器的活动情况，因而系统在雷达体制选择上主要应综合考虑目标检测、抗地杂波、海杂波干扰、抗雨雪干扰以及平台的影响等因素。同时根据国外同类产品的研制经验，建议侦察雷达选择全相参脉冲多普勒/动目标检测/频率捷变体制。
（2）升空平台
升空平台的选择主要从其起飞重量、续航时间、设备安装空间以及直升机改装难易程度等方面去考虑。目前作为升空平台的直升机可供选择的主要有4吨级、8吨级及12吨级几种。
当用直升机作为侦察雷达等的装载平台时，需要安装的任务设备主要有侦察雷达设备(含天线、伺服、设备架、工作台等)、情报处理设备、数传设备、导航设备、通信设备、敌我识别设备、电子自卫设备、改装部件及电缆等，另外还需几名上机操作人员。通过对重量的估算，综合考虑系统的作战范围、上机任务设备安装操作等因素，系统选8吨级的直升机比较适合。
（3）导航设备
导航设备是机载侦察系统的重要设备之一，它不仅能提供直升机的实时位置数据，而且向雷达提供运动补偿用的实时航姿信息。导航设备的精度将直接影响到系统的定位精度。
导航设备的选择与系统的定位精度有关，也与侦察雷达设备的要求有关。在实际应用中，应综合考虑几方面的因素，合理分解和分配指标，以满足系统的指标要求。
四、系统关键技术
1.雷达设计
雷达设计是系统设计的核心。由于运动平台比固定平台复杂得多，因而雷达设计涉及的技术问题也比固定平台多得多。在体制方面，设计需要考虑雷达抗地杂波、海杂波的干扰、被探测目标的特性、电子对抗能力以及雷达体制间的兼容性等。在设备方面，需解决高增益、低副瓣天线技术、机载大功率功放技术、低相噪抗振频综技术、快速谱估计及自适应杂波抑制技术、机载低纹波、高稳定、高压行波管电源技术。在系统方面需解决运动平台的多普勒补偿技术以及空域稳定系统等。因而雷达的设计是必须要首先解决的关键技术问题。
2.电磁兼容
直升机平台空间不大，但却集中装载了众多的电子设备，主要有导航设备、多普勒雷达、无线电罗盘、无线电高度表、敌我识别设备、短波电台、超短波电台、超短波定向仪、GPS装置、电子自卫装置、自动驾驶仪以及各类飞行控制仪表等，再加上侦察雷达、数传等任务电子设备，涉及的电子设备种类多，天线形式各异。另外为了满足任务设备的交直流供电，还需要额外加装发电机并对原机电子线路进行重新布局等。
因此，如何在有限的空间内使机上的电子设备互不干扰，兼容工作，这就是机上电磁兼容需要解决的关键技术之一。涉及的工作内容有以下4个方面。
（1）原直升机平台的电磁兼容环境测试
主要了解直升机内外的电磁兼容环境数据，特别是设备及天线安装处的电磁兼容环境数据，为系统的电磁兼容设计提供依据。
（2）全系统电磁兼容预测分析
根据测试的电磁兼容数据以及任务设备的电磁兼容数据，进行频率组合计算，预测和分析存在的组合干扰，合理选取和配置任务设备的发射、接收以及本振等工作频率；同时根据平台上各种天线的方向图，研究天线的总体布局，尽量消除潜在的电磁兼容问题。
（3）频谱管理及电磁兼容措施
根据预测和分析的结果，采用相应的频率管理措施，包括控制工作方式等手段来控制外部电磁兼容干扰；同时采用严格的接地、搭接、屏蔽、滤波、电缆分类铺设等措施控制内部电磁兼容干扰。
（4）全系统电磁兼容测试
在所有电子设备完成安装以后，根据有关的电磁兼容要求对全系统电磁兼容性进行测试，并根据测试结果采取措施进一步完善全机的电磁兼容性。
3.系统定位
直升机载雷达侦察系统对目标的定位主要涉及3个过程，即侦察雷达对目标的探测过程、直升机自身的定位过程以及坐标的转换过程。根据对这三个过程的分析和计算，可以知道影响系统的定位精度主要有下列几个因素。
（1）雷达对目标的探测精度
包括距离探测精度和方位探测精度，其中方位探测精度对系统定位精度的影响最大。不同的方位探测精度在不同距离上对系统定位精度的影响从几十米到几百米不等。造成该误差的原因与雷达天线的型式、尺寸有关，而天线的形式和尺寸又与直升机的飞行性能、载重量紧密联系。天线尺寸应在保证其安装不影响飞行性能的前提下尽量加大。
（2）导航设备的精度
主要指航姿系统的精度，该精度对系统定位精度的影响也比较大。原因很明显，由于航姿系统的俯仰角、横滚角及偏航角直接提供给雷达进行运动补偿、天线指向稳定及坐标转换，因而导航设备的精度对雷达探测参数的影响很大。
（3）直升机自身的定位精度
侦察雷达本身只能定出目标与直升机的相对位置，而要实现目标的定位，则需目标与直升机的相对位置以及直升机本身的地理坐标一起解算。直升机自身的定位精度可在几米到几十米范围内选取，该参数与雷达的探测参数相比，对系统定位精度的影响要小，在系统设计时应在两者之间进行合理分配。
需要说明的是，直升机自身的定位数据通常是与导航设备的航姿信息一起实时送给侦察雷达的，其数据的传输数率对系统的定位精度也有一定影响。
（4）雷达天线及导航设备的安装精度
雷达天线座的轴线及导航设备的轴线与直升机纵轴的重合或平行度，以及两种设备的水平安装精度都将直接影响到雷达的探测精度，因而对系统的定位精度影响也比较大。这在直升机的设计和改装时需采取严格的控制措施来减少误差。
（5）目标与直升机的高度误差
对于二维雷达，目标相对于直升机的俯仰角常常是根据目标相对于直升机的径向距离以及直升机相对于机下点地面的高度来计算的，而实际上由于地形的起伏，这个高度就不是目标相对直升机的实际高度，特别是当雷达探测的是低空飞行的目标时，这个高度差更是明显存在，因而对系统的定位误差有一定的影响，但根据计算该误差对系统定位精度的影响不大，不超过高度误差的十分之一。
（6）坐标转换
从系统对目标的探测过程我们可以知道，系统对目标定位至少涉及到3个坐标系，即直升机机体坐标系（R，A，θ）、直升机地理坐标系（N，E，D）以及大地坐标系（L，M，H）。要实现目标在大地坐标系下定位，就需在3个坐标系下进行转换，而它们之间的转换关系是由3个欧拉角（直升机航向角、直升机俯仰角、直升机横滚角）组成的矩阵决定的。很显然在转换过程中也存在一定的误差。
由此可见，影响目标定位的因素很多，几乎涉及到了系统从设计、研制、改装到数据处理的全部过程，因而系统对目标的定位是一个综合性的技术，必须对涉及的每个环节进行严格把关，才能提高其综合效果。
4．直升机改装
直升机的改装是指对直升机的外形、机舱、舱门、供电等进行改动并加装任务设备，以适应侦察的需要。改装的过程涉及到直升机的飞行性能和安全问题，因而直升机的改装也是系统设计中的关键步骤。主要应考虑的问题有以下几方面。
（1）任务设备的安装
包括雷达设备、数传设备、导航设备等的安装、电缆铺设、供电设计、电路改动等，其中关键的一步是导航设备的安装，这在前文已有说明。
（2）直升机飞行性能
直升机在安装了任务设备以后，其飞行性能有一定的变化，主要表现在2个方面：
1) 重量重心的变化：任务设备体积、重量大小不一，安装位置不同。设计应根据任务设备的重量、体积、飞行中燃油的变化进行合理布局，保证任务执行中重量重心的变化在要求的包线内；
2) 直升机外形的变化：侦察雷达天线的安装必然使直升机的外形产生变化。雷达天线尺寸越大，直升机外形变化就越大，对其飞行性能的影响就越大。设计时应根据天线的不同尺寸，安装位置等先对直升机视界、各向静安定性、平层展长甚至离地间隙等进行计算，选择合理的外形尺寸和安装方案。再根据计算的结果按比例制造直升机模型，进行风洞试验，确定直升机外形和气动特性。最后，将1:1的外形模型安装在直升机上，按实际情况进行配重试飞，完成直升机有关参数的测定，以确定其飞行性能。
直升机的改装过程也是一个非常复杂的过程，由于涉及到直升机的飞行安全，因而这一过程必须慎之又慎。
五、结束语
直升机载雷达侦察系统的设计技术新、涉及面广，在充分考虑了上述的各种因素以后，设计的系统是能满足有关需求的。随着未来战争对武器装备的需求，多传感器的直升机载侦察系统是其发展方向之一，所以直升机机载侦察系统有着广阔的发展前景。
参考文献
［1］雷达系统编写组.雷达系统［M］.北京：国防工业出版社，1980.
［2］直升机系统的发展与使用特点［J］.电讯技术，1995，(增刊2).
［3］李一民.国外直升机载毫米波火控雷达技术发展现状［J］.电讯技术，2002，42（4）.
［4］梁德文.外军陆军航空兵侦察直升机的发展［J］.电讯技术，2004，44（1）. |
