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主题：【原创】闲扯雷达（三）——电子战序幕 -- 代码ABC
家园 【原创】闲扯雷达（三）——电子战序幕 雷达技术最看热闹的也许就是干扰和反干扰了，或者用时髦一点的词——电子战。电子战是一个统称，具体的内容包括电子支援措施（ESM），电子对抗措施（ECM）和电子反对抗措施（ECCM）。在这里我们看到中文表达的一个好处了，电子反对抗措施ECCM英文全称是Electronic Counter-Counter Measures——反反措施，听着都觉得别扭。不过人家是电子战的祖宗。针对雷达的电子战最早是从二战开始，据本人不可靠的知识，和这个扯得上关系的应该是著名的“比斯开湾十字架”。
话说，二战时最出彩的海军恐怕要算德国的潜艇部队了，U艇、狼群战术是令约翰牛肝颤的词儿，一度曾掐断了新旧两大陆的水上交通，几乎让日不落帝国倾家荡产，连当裤子的当铺也找不到——为增加反潜力量，丘吉尔打算用两块海外殖民地换美国破旧的驱逐舰，就这条件也差点的通不过美国国会的支持。哎，扯远了。
潜艇怕什么？深水炸弹？你得知道我再哪你才能扔啊。只要潜到水下，基本上潜艇就对当时所有的探测手段免疫。那时候的声纳技术也不过关，水面舰艇单凭声纳和潜艇捉迷藏还指不定谁捉谁呢。不过那时候的潜艇有一个麻烦，就是一段时间后必须浮出水面充电、透气——实际上现在的常规潜艇也一样。这就是消灭他们的机会了。不过这些潜艇的艇长都不是傻瓜，总是在黑夜上浮。夜幕和厚厚的水层一样起到很好的隐蔽作用。因此雷达上场了，对于雷达来说没有黑夜白天之分。水面舰艇最早装了雷达，不过一来速度不快，一个晚上也巡逻不了多大的地方，二来雷达安装高度不够，海面也会反射雷达信号——这个术语称为杂波，海面杂波，所以反潜效果不好。飞机就正好解决了这两个问题，不过雷达上飞机可不是一件容易的事情。40年前后能用的雷达多是米波雷达，光天线就快赶上小型战斗机的机翼了，只有大型飞机勉强装的上。装上后还不能自己旋转，要飞机自己做圆周运动来模仿雷达旋转，这让我想起一个笑话，一哥们装灯泡，不够高，就站在另一个哥们的肩膀上，把灯泡插进灯座后，对下面的哥们喊——你转啊，转啊！别笑，早期反潜机上的雷达的确是这么工作的。而且实际操作起来可以让更多人抓狂。
当时用在反潜机上的雷达是ASV MK I和MK II两个型号，本质上没太大的区别。首先在机身上装一个发射天线，发射一个波束宽度很大的探测电波，波束宽度指的是信号的张角，这样可以照顾飞行员，不用扭来扭去就可以监视很宽的一段水面。然后分别在机身左边和右边——通常在翅膀上各装一个接收天线。这样目标在左边则左边的天线收到的信号就大一些，反之则是右边的信号大一些。这两个信号并列显示在雷达屏幕上，雷达操作员告诉飞行员调整飞行方向直到两边的信号一样大了，就表示方向对了。估计当时雷达操作员对飞行员的命令就和上面那个哥们差不多——左，再左，右，好了！
不过事情还没完，由于海面杂波影响，雷达最近的探测距离差不多有1公里，一公里内目标回波要不淹没在海面杂波中，要不接收机就会被海面反射回来的杂波烧毁。所以在漆黑的夜里要发现1公里外的潜艇还需要借助更原始的工具——探照灯。这时飞机不但要飞向正确的方向，还要飞在正确的高度上，探照灯操作手和飞行员的对话也许就有点18+的味道了——上点、下点、哦好了。ASV雷达的屏幕，和电影上的差别可大了。
外链图片需谨慎，可能会被源头改可以看到有两个目标，靠下面那个近一点，同时有一点点偏左。靠上面那个远一点，偏左更厉害一些。
不过就是如此简陋的东西，一开始确把嚣张一时的U艇打懵了。在连续夜间损失了几条潜艇后，德军潜艇司令出了昏招，让潜艇在白天上浮充电，晚上潜伏航行。因为他感觉现在夜晚比白天要危险多了。但是，白天的损失更大，雷达白天也是能工作的，而且人眼足以更好地补充雷达最后那段盲区。
其实，德军要自己检讨一下。早在损失之前德军就缴获了一套上述的雷达设备，并装在自己的一架飞机上做了实验。不过他们同样遇到了雷达最后一公里的盲区问题，于是认为这种装备对潜艇没威胁。专家害死人啊。
还好德军的反应很快，猜到了是雷达在夜间搜索到了潜艇。于是专门为潜艇做了一批雷达信号接收机，这样早在飞机发现潜艇之前接收机就收到了雷达信号了。这些接收机很好做，因为接收信号是单程的，其灵敏度要求比雷达要低很多。而且潜艇对飞机没辙，只要知道附近有飞机在找自己，只能一潜了事，惹不起我还躲不起吗。这样，ASV雷达装备不久就再也找不到潜艇了。由于这段公案发生在德军潜艇进出大西洋的航道比斯开湾上，而且那个接收机的样子很像十字架，所以潜艇官兵把这玩艺叫做“比斯开湾十字架”，寓意丰富。
以上算是最早的一个电子战例，实际上德军使用的措施还不算不上电子对抗措施，而是一种电子支援措施。所谓电子支援措施一种利用敌方电磁辐射采取的军事支援行动，包括了对电磁波的截获、搜寻、定位和分析，完全是被动的。这次对抗只是电子战的一个序幕。从技术上看双方都是非常笨拙的。不过从德军开始的损失以及其后的安全，电子战一开始就显示了其血腥的一面。其后的一系列冲突中，在外行可能看不出精彩，然而血腥依旧。
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 从小就有个梦想，楼主给诊断一下看能否实现 小学6年级时班上搞"我长大了要发明个什么东西"的活动，那时就有了个梦想，直到现在都没忘。
当时设想如下：头戴钢盔样东西，钢盔顶上有个珠子样东西，可以监控周围物体移动，只要时速超过n米/秒，就有一束激光过去干掉它。
是否现在可以改良后实现？
比如，在大型集会上或者舰艇上，在某个建筑物上安装个雷达，接个固定激光发射器，监控周围物体移动，只要时速超过n米/秒，就有一束激光过去干掉它。
家园 兄台啊 你这坑，该填了吧。快赶上萨大了
家园 发现了！ 谢谢：作者意外获得【通宝】一枚鲜花已经成功送出。
此次送花为【有效送花赞扬，涨乐善、声望】
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家园 多路接收问题 小弟不才，也是看看信号处理，主要是在通讯里的，雷达的太深奥，不敢研究，但是有个问题，我来讨教一下楼主：
1. 主要讨论空军，美苏军机编队之后都是各机之间数据链连着，毛子就是有4机并飞，一个开主动的出去扫，剩下几个一起收，这种时候，那几个被动接收的是怎么处理？最后的信号处理是按照MISO，还是就是各自处理各自的？这个数据共享是什么样的？
2. 再比如就是大家一起飞，但是接收的不一定数据共享。如果几架飞机是一样型号的雷达，波形是一样的吗？对于同一个目标，反射回来的回波怎么分辨是谁发出去的？是不是波形里面编码？找了一本ieee special issue好像就是说雷达的，有个waveform lib design，但是觉得这个是针对不同应用的，不是针对互相识别的。麻烦楼主给说说。谢谢了！
- 复 多路接收问题
家园 这么说吧 一台雷达发送信号，其他几个雷达接受，这是所谓的多基地雷达的概念。在地面雷达网中有这种技术。但我还没听说过机载雷达有这样做的。通常的做法是一部雷达搜索，自己处理回波数据，然后将结果通过数据链传给其他单位。这点和我在PLA电子战序列中提到的使用“匙架”以及“松9”炮瞄雷达给制导雷达提供数据的概念是一回事，不过那时我们使用手工方式进行情报传递。
至于同型雷达之间的区分则是通过简单的工作频率差别完成。这个比较简单，麻烦的地方反而是多个不同的设备在一起的电磁兼容问题。
- 复 这么说吧
家园 明白不少 那就是我理解有误了,好像F22A也不能做到很好的实时数据链,但是找不到毛子飞机的情报.而且实际应用不少地方都是看到了一个编队只有一架开主动雷达.
还有下面的喜欢挑错也说了通过频率分辨不动雷达.这个我以前也想过,有两个疑问麻烦大家再给解惑一下:
1. 雷达的频率应该是仔细选择过的吧? 不同的目标应该有最佳波长. 是不是这些波长之间的差别不影响探测性能?
2. 还有个多普勒效应,我觉得对雷达是个非常重要的问题,同型号雷达在一起,多普勒效应会不会引起很大的不良后果?
谢谢大家!
- 复 明白不少
家园 雷达的频率选择一般和目标关系不大 影响工作频率选择的因素非常多，天线尺寸——这个对机载雷达很重要、元器件的工艺、对天气的敏感度——雨雾影响、杂波和噪声分布等等。另外还有雷达的用途——远程警戒、目标跟踪、制导还是其他都对工作频率有很大的影响。相反目标的性质影响对于厘米波雷达就没什么影响了，因为不管是什么目标都处于这些频率的光学区——即反射特性和光线基本一致。所以一部雷达工作频段确定后实际上是有很大的频率选择自由度的，这仅仅取决于高频部分的设计。
至于你说的多普勒频移相对厘米波雷达来说所占的带宽几乎是可以忽略不计的。举个例子，典型的X波段机载雷达工作频率在10G Hz左右，在10M的频率间隔下1G可以划分出100个信道供100部雷达使用，而目标的多普勒频移典型频偏只有100K的量级。对于PD雷达来说其相参滤波器的通带甚至只有几百赫兹。所以多部相通的雷达只要设定不同的工作频率即可避免干扰。
相反同一个平台上不同的设备由于距离近，通过谐波泄露，电源耦合等本地因素带来的问题比上面的更麻烦。
在实战中雷达的使用是有很多考虑因素的，而且通常是由几部不同的雷达共同完成的。比如远程警戒雷达提供预警和目标大致信息，跟踪雷达负责近实时地目标数据反馈，火控雷达为导弹或机炮提供射击诸元，制导雷达为导弹提供实时目标参数等等。如果再加上电子对抗和电子反对抗那就更热闹了。数据链就是在这些单位间传递数据用的。
其实很多数据是不需要实时传递的，也不可能实时传递，比如警戒雷达扫描一圈是需要时间的，即使是跟踪雷达在跟踪多目标的时候也是每隔几秒更新一次数据。所以一机开雷达然后通过数据链传递数据确实没必要实时，也不需要实时。这些数据通常都属于跟踪数据，到真要发射导弹的时候，如果是半主动雷达制导开火的载机还是需要打开自己的雷达照射目标的。即使是发射后不管的中远程导弹，中段制导也需要载机发送目标位置更新数据，雷达还是要开机的，不过可能不需要主瓣工作罢了。
- 复 多路接收问题
家园 抛砖引玉。 如果几架飞机是一样型号的雷达，波形是一样的吗？对于同一个目标，反射回来的回波怎么分辨是谁发出去的？是不是波形里面编码？主要还是频率分集。各雷达同时发射的信号频率是不一样的，即使是同一型号雷达。至于波形编码，现役机载PD雷达波形仍然是线性调频。
家园 【原创】闲扯雷达（三）——PLA的电子战之三 标题是电子战，看起来似乎应该是英雄本色的话题。然而这不过是想让这系列的东西不那么枯燥而已，实际上我对PLA导弹的技术细节远没看起来那么了解。若有说错的地方还请指正。
“屏幕上原本饱满圆润的枣核形回波突然发生了变化,不断地拉长,两端翘起变成一艘船的样子。”
以上是U-2使用了system-13电子对抗设备时在制导雷达屏幕上看到的情形，更严重的是射出去的导弹都打偏了。这种情形连续出现了好几次。把解放军的导弹兵郁闷得不行。总结会、讨论会、批评与自我批评、诸葛亮会等等会议，再加上多次的实验、练习。终于有一个参谋说这很可能是一种角度欺骗式干扰。
当我在《飞鸣镝》看到这段的时候,老实说我有些吃惊，吃惊的是这个参谋很专业啊。在许多小说、报告文学的描述中，给我的感觉就是当时的导弹部队不过是一群死记硬背的庄稼汉罢了。而这个参谋的表现让我发现搞导弹的怎么说也是一支高科技的部队，也许大家觉得我这里写的东西很简单，但是要知道那是60年代——对于IT人员来说那就是史前年代。而且就是现在，大多数无线电本科毕业的也不清楚什么是雷达的角度欺骗呢——老师没教过啊。那么我们来看看这是怎么回事，同时大家也看看掌握这个知识需要什么样的基础。
首先,我们需要知道雷达是怎么测量目标的方位角的。许多人以为雷达测角就是测量雷达波束扫到目标时天线转轴的偏角，这对于搜索雷达和远程警戒雷达基本是正确的。不过对于需要精确测量目标方位角的火控雷达、制导雷达这个精度就远远不能满足要求了。因为雷达波束的宽度一般是1度左右，而军队中角度的最小单位通常是以密位计算，中国的密位制是一个圆周6000密位，也就是一个密位为0.06度。通过雷达天线的旋转轴的偏角是达不到这个精度的，而且通过测量雷达信号回波最大的位置也无法满足这个精度。原因是雷达波束最大处的信号强度随偏角的改变并不明显。下图是一个典型的雷达波束图，或者用雷达术语叫天线方向图。图中反映雷达天线辐射强度随角度的变化关系。我们可以看到雷达波束并不是一根针状，而是和一根根大小不同棒球棍差不多。其中辐射最强那根“棒球棍”我们称之为主瓣，其他小“棒球棍”称之为副瓣。也就是除了雷达天线指向的方向之外，其他方向也是有辐射的。另外要注意，这个方向图是辐射接收都适用的，也就是说辐射方向强的地方接收灵敏度也高。这个特性给干扰带来很大的好处，嗯，关于这个我们下回分解。在图中我画了两组线段，分别表示来自不同角度的回波强度。可以看出两根红线的夹角和两根绿线的夹角基本一致，但是两根红线的长度差别比较小，而两根绿线的差别就比较大。这说明了在辐射强度最大的地方，雷达灵敏度对方向不敏感。所以用这个位置测角的误差就很大了。
外链图片需谨慎，可能会被源头改雷达测角的一个常用方式就是使用两个偏置的波束，如下图，图中的红点表示目标，可以看出这个目标在两个波束上的强度差别是很大的。通过计算这两个回波的强度就可以得出目标的精确方位，这个精度可以高于0.1度。另外，这两个回波强度的差别也可以提供一个偏转信号让雷达天线自动转向目标。如果大家还记得我在电子战序幕那节提到的ASV雷达就明白是怎么回事了。只不过那个偏转是手工的——雷达操作员指挥飞行员。而导弹的制导雷达是自动的。不过萨姆-2的制导雷达——“扇歌”和ASV还有一些区别，首先“扇歌”要测量两个维度的方向角——方位和仰角，所以要两幅天线。另外ASV用了三个天线来做这个事情，而扇歌早期雷达只用一个天线，它采用快速切换波束指向的方式来模拟两个接收天线，而且早期的扇歌雷达这个天线还负责发送测角信号。
外链图片需谨慎，可能会被源头改早期的“扇歌”制导雷达是下图的中的SNR-75M Fan Song B。没有顶端的两个碟状天线。
外链图片需谨慎，可能会被源头改这样目标如果接受到这些测角信号的话就知道被制导雷达跟踪上了，因为除非它正好在两个波束的中间，否则收到的雷达信号大小总是按一定的频率起伏。实际上U-2的System-12电子支援装置就是靠这个起伏的规律识别出制导雷达的。
以上这个雷达测角的方式称为序列波束测角，这种方法只能测得一个方向上的角度。而另外还有一种叫圆锥扫描的方式则可以测出两个方向的角度。其方法是让波束以一定的角度绕一个中心轴线做圆锥状的扫描，这时接受到的目标回波大小将会按正弦波的规律变化，这个正弦波的幅度代表目标的偏角大小，而相位则表示偏离的方向。还有一种测角方式叫单脉冲测角，其原理和序章中的ASV雷达类似，通过对进入几个不同指向的天线的回波大小进行计算直接获得偏角，不过这种方式需要多个接受天线，但是却很难干扰——或者说欺骗。而前面两种方式则比较容易受骗上当。
U-2安装的System-13就是一个针对“扇歌”雷达的欺骗装置。其原理很简单，打开这个装置之后，它就会按照“扇歌”雷达波束变化的规律发送和正常回波大小相反的信号，也就是说收到大信号时发送小回波，反之发送大回波。这样制导雷达的跟踪电路就被迷惑了，如果按照干扰装置返回的信号来改变指向的话就会离目标越来越远了。在雷达屏幕上那个“船”型的回波一端是真实回波，而另一端就是欺骗的回波。当欺骗回波大于实际回波的时候导弹肯定就打偏了。
怎么对抗这个干扰呢？也许我们会想搞个什么电路把这个欺骗回波滤掉，或者干脆让导弹直接打回波发出的信号等等。但是，当时的导弹兵想出的第一个方法却非常简单。他们发现从U-2发现被盯上到干扰出现大致有3-4秒的延迟，这个延迟判断为飞行员手工打开干扰装置的时间。也就是飞行员必须知道被制导雷达盯上才会打开干扰，这个装置不是一直打开的——废话，这个东西在干扰制导雷达的同时也在不断通报自己的位置，还费电。所以如果我们能欺骗System-12就可以让System-13无用武之地。通过对缴获的System-12进行分析，他们改变了制导雷达的脉冲重复频率（还是测角电波的扫描频率）。这样几架U-2就这样“不知不觉”地被打下来了。到最后，国产的红旗-2改变了制导雷达的工作体制，发射测角电波的时候不再周期性地改变波束方向，而是让接收天线周期性地改变波束方向。这样干扰机就不知道该怎么发送欺骗回波了，彻底解决了这个干扰问题，也击落了最后一架U-2。这个改进的制导雷达就是上图的SNR-75M Fan Song E，顶上带两个碟形天线的。