临近空间高超声速目标预警探测系统研究

5 临近空间高超声速目标预警探测系统能力建设

临空目标工作于防空预警和反导预警的交界处，需要防空预警和反导预警的一体化协同工作，建设一体化系统：

早期预警：天基预警（红外、雷达）、平流层预警监视系统、机载预警、海基平台预警系统；

国土预警：多功能地基雷达。

根据对临近空间目标特性分析、作战需求以及探测、打击能力现状的研究，临近空间高超声速目标预警探测系统需要具备以下能力：

（1）远程探测能力

远程探测能力是指探测装备能够探测到临近空间高速目标的最大威力，威力越大，提供的预警时间越长，留给拦截系统的时间也就越多，拦截的成功率也越大。地面雷达受视距限制，对20千米高度的目标最远探测距离为600千米，对100千米高度的目标最远探测距离为1300千米。天基雷达探测临近空间高速目标受轨道高度和功率孔径积限制，800千米低轨道天基雷达威力应至少达到3000千米。

（2）大范围截获能力

大范围截获能力是指雷达的空域覆盖范围，包括高度覆盖和仰角覆盖。临近空间目标不同于常规空气动力目标，对其探测的连续性非常重要。因此必须保证探测设备能够在20-100千米进行高度覆盖，且仰角覆盖至少达到70°。

（3）及时态势更新能力

及时态势更新能力是指在一定时间间隔内对观测范围内的目标进行数据更新，态势更新率越高，对空天态势的反应越及时。针对临近空间高超声速目标，数据率至少需要1秒。临近空间目标多为无人驾驶飞行器，跟踪滤波算法处理的加速度容限在15g左右。

（4）连续跟踪能力

连续跟踪能力是指临近空间高速目标预警探测系统连续跟踪目标的距离或时间。由于临近空间目标本身具有的高速、高机动特定，这就要求预警探测系统必须能够对目标持续进行探测，多型装备之间的交接必须通过波束交接，不能够类似反导预警系统通过预测弹道而进行的预报交接。

6 临近空间高超声速目标预警系统关键技术

（1）临近空间高超声速目标电磁特性分析技术

雷达对临近空间高超声速目标的探测实质上是对“本体-等离子鞘套”这种特殊目标的探测，这种特殊目标的目标特性本身随目标速度、高度、空气密度和雷达频率而变化；同时，其回波也不单纯是目标本体产生的回波模型，而是由目标本体与等离子鞘套共同产生的时变回波。需要准确认识雷达电磁波与“本体-等离子鞘套”相互作用的机理，掌握“本体-等离子鞘套”对雷达电磁波反射回波的基本规律，确定合理的雷达体制，选择有效的工作频段、波形设计和信号处理方法。

（2）凝视探测技术

临近空间目标飞行速度快、有一定的机动能力，且攻击来向具有不确定性，若采用传统针状窄波束扫描，则被探测目标可能穿越雷达波束。凝视探测技术可防止目标高速运动带来的穿越波束问题。凝视探测雷达发射宽波束，而接收采用同时多窄波束覆盖同一区域，如下图所示。

宽波束发射多波束接收

由于发射波束宽，可防止目标跨波束。但凝视探测时的发射天线增益下降，为弥补发射天线增益下降对雷达威力的影响，须对多个回波进行积累。

（3）跨距离单元跨多普勒单元回波长时间相参积累技术

探测临近空间高超声速目标的凝视雷达由于要进行较长时间积累，目标在积累时间内有可能跨距离单元，需要解决长时间相参积累引起的目标跨距离单元问题，即距离补偿。距离补偿就是将不同周期的脉冲回波的包络进行对齐。

对临近空间高超声速目标长时间积累时，目标可能有机动和加速度，即使是匀速目标也会因为与雷达视线的夹角发生变化而造成目标跨多普勒单元。此时，目标的回波变为非平稳信号（线性调频信号或更复杂的时间高阶多项式信号），基于单频率分量的傅里叶变换已不能将各个回波脉冲调整到同相。需要通过广义Keystone变换等算法来校正距离走动。

（4）高速机动目标跟踪技术

临近空间高超声速飞行器为了增大射程，通常采用弹道优化设计方案，在高低方向具有“跳跃”特征，即临近空间目标具有一定的机动性。

由于临近空间目标速度快且有一定的机动性，故要求雷达具有跟踪高速机动目标的能力。运动目标的机动会使雷达跟踪的性能恶化，可考虑采用基于多机动模型和交互多模型及其改进算法对临近空间高速机动目标进行跟踪。