雷达和电子战基础知识

雷达和电子战 (EW) 通常被认为是非常复杂和非常秘密的。虽然这对于特定的设计和详细的理论来说是正确的，但许多基本原理都是直截了当且易于理解的。本文将介绍雷达的一些基本概念，并展示电子战是如何由此发展而来的。

正如大多数人所知，雷达（无线电探测和测距）在二战中逐渐成熟。每个人都知道雷达发出的无线电信号会从物体反弹回来。该物体的范围（距离）取决于回声（返回信号）返回所需的时间。大多数人都见过巨大的抛物面天线在圆周上旋转，扫描天空以寻找来袭的飞机或导弹。至少在电视和老科幻电影上。许多雷达系统使用这种天线。但有些没有。

记住天线执行两个功能也很重要。它作为输出脉冲的****天线和返回信号的接收天线。这意味着在您想要收听返回信号期间，必须断开（或关闭）****。否则，任何返回信号都会被****脉冲淹没。此外，必须采取预防措施，以免接收器前端被强大的****脉冲损坏或破坏。

让我们检查基本的雷达几何形状和设计因素。信号强度是影响任何雷达系统性能的关键因素。显然，如果检测不到返回信号，就检测不到物体。您的****越强大，雷达的潜在范围就越大。****/接收天线越大，范围越大。目标（称为雷达横截面或 RCS）越大，返回信号越强，范围越大。虽然不明显，但波长越长，信号损失越少。所以频率越低越好。（然而，较低的频率意味着更大更重的天线。）

在所有这些因素中，范围（到目标的距离）是最关键的因素。当您考虑它时，这一点非常明显。****的信号按距离的平方递减。两倍的距离意味着四分之一的信号强度。但是返回信号也会减少返回距离的平方。因此，返回信号的强度会降低到距离的四次方。因此，将与目标的距离加倍会导致返回信号的 1/16（其他条件相同）。

正是由于这个原因，雷达****非常强大。它们可以传输数十兆瓦甚至更多的非常短的脉冲（约 50 µS）。例如，AWACS（机载警告和控制系统）速调管型****管的额定峰值脉冲功率为 50 兆瓦。由于脉冲很短，重复率（或脉冲率）约为每秒 1,000 个脉冲，因此平均功率要小得多——大约 250 到 500 千瓦。但这仍然很强大。当然，并不是所有的雷达都这么强大。一些便携式或武器雷达只有几瓦。

为了定位一个物体，它的范围和方向都需要确定。范围显然是由返回信号的延迟决定的。方向由天线指向的位置决定。如果这看起来很粗糙，那你是对的。方向传感器测量仰角和方位角（罗盘航向）。

自然，雷达天线必须正确对齐和校准，以使其仰角和方位角与现实世界（或船首或导弹的飞行方向）一致。角度传感器通常是“同步器”或“旋转变压器”，它们是一种特殊类型的变压器，将不再进一步讨论。

雷达一般分为两类：捕获和目标定位。捕获雷达是大型、固定、远程类型，而目标雷达通常更小、便携且射程更短（有时是武器的制导系统）。它们有两种不同的功能。

采集雷达用于探测远距离的物体。由于该物体距离很远（有时数千英里），它相对于雷达的位置不会在几秒钟内发生太大变化。出于这个原因，捕获雷达仅在天线每转一圈（通常每隔几秒左右）一次照亮（或“绘制”或“点亮”）一个物体。

作为参考，以 700 英里/小时或海平面声速移动的飞机每秒仅行进约 1,000 英尺。100 英里处 2,000 或 4,000 英尺的差异并不太显着。采集雷达是电影中出现的典型类型，也是二战中使用的类型。

瞄准雷达用于将武器引导至目标。有时这些是地面雷达，有时它们被整合到武器本身中。“制导”导弹是由地面雷达引导至目标的导弹。“寻的”导弹从雷达反射中引导自己。

请注意，寻的导弹可以使用地面雷达照亮目标。在雷达的早期，这非常有用，因为这意味着导弹不需要雷达****。但是，如果照明信号由于某种原因丢失，导弹将“失轨”（或“失锁”）而无法击中目标。

此外，这意味着在导弹飞行期间，地面雷达专用于该目标。如果只有几架慢速飞机向您飞来，这不是问题。但是在当今大量快速战斗机/轰炸机的情况下，这种方法并没有被过多地使用。

捕获雷达和目标雷达之间的根本区别在于“雷达锁定”的概念。捕获雷达在天线的每次旋转过程中都会失去锁定并重新捕获（重新检测）物体。瞄准雷达绝不能失去雷达锁定，因为它没有真正找到目标的方法。

目标雷达最初总是通过一些外部手段指向目标。这可以通过将其与地面导弹典型的采集雷达系统连接起来。或者，它可以通过将导弹实际指向目标并让导弹雷达锁定，这对于空射导弹来说是典型的。由于目标雷达必须保持锁定，因此它必须以更高的重复率发送雷达脉冲，通常每秒发送 100 或 1,000 个脉冲。它不能让目标在脉冲之间移动太远，否则雷达锁定可能会丢失。在近距离，高速时可能会有相当大的相对位置变化。因此，高脉冲率是目标雷达正在使用的关键指标。

由于雷达系统的设计和开发成本很高，因此当今世界上使用的系统数量有限（可能只有几百个）。显然，在设计特定的防御或对抗措施之前，了解您想要击败的特定雷达系统非常重要。

有一些特征可以识别给定的雷达系统。首先是操作频率。第二个是脉冲长度。第三是脉冲重复率。第四个是扫描速率或天线旋转 360 度所需的时间。五是天线辐射方向图，分为“主瓣”和“旁瓣”。这些旁瓣在任何雷达系统中都是一个非常重要的弱点，可用于制造混乱和歪曲目标。

图 1. 雷达天线灵敏度方向图的典型极坐标图。请注意，旁瓣仅比主瓣低 10 dB 到 15 dB。

雷达“波束”不仅仅是一个波束。这确实是许多光束。图 1显示了典型的雷达天线方向图。有一个主波束（或主瓣或焦点）。这是天线实际指向的位置，****时功率最大，接收时灵敏度最高。但没有天线是完美的。实际上有许多次波束称为旁瓣。这些在图 1 中标识。通常，两个主要旁瓣的灵敏度相对于主瓣仅降低 10 dB 到 15 dB。稍后我们将更详细地了解如何将其用于电子战。

有两种雷达对抗措施已经使用了一段时间：箔条和干扰。箔条始于二战，由飞机掉落铝箔条（称为箔条）组成，以制造多个反射目标并阻止雷达光束穿透（如烟幕）。如果铝箔条的长度适合所使用的雷达频率，箔条对这两种功能都有效。如果箔的长度与雷达波长相差太大，它就会失去效力。（这就是为什么在尝试对策之前了解雷达信号很重要的原因。）

干扰是另一种击败雷达的方法。它包括直接在雷达天线上****与雷达频率相同的连续信号。由于****可以比雷达反射强大得多，它会向接收器呈现大信号，而较弱的返回信号将被掩盖。这显着降低了雷达的有效范围。最终，目标将与雷达系统足够接近，从而雷达返回信号将大于干扰信号。发生这种情况（称为烧穿）时，可以恢复正常的雷达操作。

请注意，强大的干扰****可能位于非常远的地方，几乎无法触及。此外，由于天线的旁瓣，干扰机会影响雷达的多个扇区（角度）。雷达显示器显示与旁瓣模式相关的干扰“辐条”。因此，有几个方向可以隐藏传入的目标。不同位置的多个干扰****会产生额外的干扰/辐射，并在很大程度上降低雷达的有效性。

反辐射导弹（ARM）可以说是电子战组件。它实际上是一种导弹，旨在锁定雷达信号（或“辐射”），锁定它，并摧毁天线和附近的任何东西。这是一个相当简单的想法，但实施起来有些困难。这是因为导弹必须针对许多不同的雷达信号进行编程。你显然不希望有人瞄准你自己的雷达信号。

ARM 导弹让雷达操作员进退两难。如果他们使用雷达搜索目标，他们就会暴露自己。（从字面上看，它就像夜间的探照灯。）如果他们关闭雷达，它们就不再暴露在外，但它们也是无效的。这两种选择都没有吸引力。

可以通过多种方式创建错误目标。最简单的是一种干扰形式。不是传输连续信号，而是传输与雷达特征匹配的脉冲。因此，显示屏上没有辐条，而是有许多看起来像目标的点。试图在数百个虚假目标中找到一个真正的目标并非易事。

一种更复杂的虚假目标生成方法使用雷达的致命弱点或旁瓣。如前所述，旁瓣的灵敏度通常仅比主瓣低 10 dB 到 15 dB。因此，如果您在旁瓣指向您的同时****与雷达信号匹配的“返回脉冲”，雷达将认为这是主瓣反射。结果是天线指向错误的方向，任何不受该雷达控制的武器都将
瞄准错误目标。

图 2. 固定接收器在雷达天线旋转时检测到一系列信号。信号的幅度与主瓣和旁瓣模式有关，如图 1 所示。

让我们更详细地研究一下。当您接近雷达时，您将能够在它检测到您之前获得它的特征。（这是因为返回信号必须一路返回雷达。）随着采集雷达天线的旋转，您的雷达接收器将检测到不同强度的脉冲。图 2显示了具有典型旁瓣的典型模式。由于您知道您的飞行器的 RCS，您可以估计雷达何时会检测到您的返回信号。在此之前，您（实际上是您的计算机）创建了自己的返回信号。图 3显示了这样一个构造的返回信号。

图 3. 了解图 2 中的雷达特征后，可以创建错误的返回信号。

然后在雷达信号中的适当时间发送这个错误的返回信号，以便最大的返回信号出现在雷达旁瓣上。雷达系统假设最大的返回信号出现在主瓣中。但在这种情况下，它不是。雷达天线实际上指向的方向与您截然不同。误差可能高达 30 度。所以，如果这个采集雷达将武器对准你，它确实指向了错误的方向。（图 4显示了这是如何发生的。）

图 4. 将虚假信号与真实信号相结合会产生一个在雷达看来是真实的虚假信号。当接收到最大的回波信号时，雷达天线指向错误的方向。

如果该武器有瞄准雷达，它很可能永远无法锁定，因为你将不在它的视野范围内。通过适当的时机，可以使这些错误的返回信号以任何速度或方向（在限制范围内）“移动”。使用单个旁瓣****可以生成具有多个航向的多个虚假目标。这种方法在一定程度上也可以用于目标雷达。但它更难，因为脉冲频率更高，而且瞄准雷达不会重新捕获目标并尽可能多地暴露其旁瓣。

这篇文章几乎没有触及这个话题的表面。还有很多很多。相控阵和多普勒雷达各有优缺点。隐身设计和一些战术演习可能会给雷达带来问题。

电子战领域通常分为 ECM（电子对抗措施）和 ECCM（电子对抗措施）。此处描述的基本方法属于 ECM 类别。有一些方法可以降低干扰、箔条和虚假目标的有效性。这些方法是 ECCM。

电子战就像一盘棋。一方的一举一动都会得到另一方的回应。比赛将一直持续到人类想出所有可能的 ECM 和 ECCM 方法的那一天。那一天似乎在遥远的未来