1.2　機載網絡化雷達概述

機載網絡化雷達是基于“網絡賦能”的思想，將不同體制、不同頻段、不同極化方式、不同工作模式且部署在不同空域的多部機載雷達通過機間數據鏈路聯網，將系統內各雷達探測信息進行融合處理，提高覆蓋區域的綜合探測能力及各部雷達的戰場生存能力，持續為己方提供戰場實時態勢感知信息，形成全方位、立體化的分布式協同作戰體系[15-19]。機載網絡化雷達彌補了單平臺雷達先天探測能力不足的缺陷，可按照實際作戰需要靈活調整網絡內各雷達節點的工作狀態與工作模式，實現時域、頻域、空域的協同工作，從而完成對目標的探測、跟蹤、定位、識別、打擊等功能。

機載網絡化雷達借鑒了無線多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）通信的分集思想，通過利用分集增益能夠有效對抗目標雷達散射截面（Radar Cross Section，RCS）起伏、抑制雜波與干擾、提高分辨率等，從而提升雷達系統的目標檢測、跟蹤、識別和參數估計等性能，并具有較強的抗摧毀能力、抗干擾能力、反隱身能力和抗低空/超低空突防能力[20]。同時，機載網絡化雷達還具有空間分集、波形分集、頻率分集和極化分集等優勢，大大拓展了雷達的應用范圍[21]。研究表明，分集增益是機載網絡化雷達性能優勢的根源，傳統的單基地相控陣雷達只能從單一視角和維度對目標進行探測，獲得的感興趣目標特征信息較少。而機載網絡化雷達能夠從多視角、多維度提取目標特征信息，并通過多維信息聯合處理獲得目標更全面、更本質的特征[22,23]。此外，機載網絡化雷達還具有一些獨特優勢，如功能性更強、冗余性更好、任務執行更高效及經濟性更優等。

在網絡化雷達系統或分布式MIMO雷達概念出現之前，英、俄、美、法、澳大利亞等國已經對雙/多站雷達體制開展了一定的研究，并取得了顯著成果[24-28]。1939年9月，英國在英格蘭東南沿海地區建造了世界上最早的對空警戒雷達網絡——“本土鏈”雷達網，該網絡由20個地面雷達站組成，如圖1.1所示。“本土鏈”雷達網工作頻率為22～28MHz，最大目標探測距離為250km。在第二年夏天抗擊納粹德國大規模空襲英國的“不列顛空戰”中，英國正是靠“本土鏈”雷達網在每次德軍空襲時贏得了二十分鐘寶貴的預警時間。

1961年，蘇聯采用3部單基地脈沖雷達構建了非相參多基地雷達系統，對反彈道導彈試驗中的彈頭和攔截器進行精確跟蹤，該系統具有獨立的信號接收和點跡級的信息融合特點[29]。蘇聯還在莫斯科周圍部署了“橡皮套鞋”反彈道導彈系統，該系統采用單基地雷達組網方式，由7部“雞籠”遠程警戒雷達、6部“狗窩”遠程目標精確跟蹤/識別雷達和13部導彈陣地雷達組成，主要用于攔截洲際彈道導彈或低軌衛星，保護克里姆林宮不受核攻擊威脅[30]。蘇聯“狗窩”雷達陣地如圖1.2所示。

20世紀60年代，美國建立并應用于國土防御體系中的SPASUR系統就是一部多基地遠程監視防御雷達系統，擔負遠、中、近程的戰略防御任務[31]。從1978開始，美國林肯實驗室和DARPA聯合開展了組網雷達研究計劃，該計劃包含5部遠程監視雷達。由遠程監視雷達組成的系統將所有雷達的輸出信息通過窄帶數據鏈路傳輸到作戰信息融合中心，從而實現戰場實時、透明的信息共享[29]。美國“鋪路爪”遠程預警雷達如圖1.3所示。

20世紀70年代末，為了解決雷達探測隱身目標和提高雷達的抗ARM能力，法國航空航天局提出了采用MIMO天線的綜合脈沖孔徑雷達（Synthetic Impulse and Aperture Radar，SIAR）系統。由于該系統采用米波波長大孔徑稀疏布陣，寬脈沖發射，并用數字方法綜合形成天線陣波束和窄脈沖，故它綜合性能優良，不僅具有米波雷達在反隱身和抗ARM能力等方面的優點，還克服了傳統米波雷達角分辨率差、測角精度低和抗干擾能力不足的缺點。法國的SIAR系統如圖1.4所示[32]。另外，法國CETAC防空指揮中心將虎-G遠程警戒雷達與霍克、羅蘭特和響尾蛇導彈連的制導雷達及高炮連的火控雷達聯網，以實現空情預警、目標探測與跟蹤、威脅評估、指揮控制、火力分配等功能，并且能夠用于對近程防空系統和超近程防空系統的戰術控制。

澳大利亞的“金達萊”作戰雷達網絡（JORN）是世界著名的超視距網絡化雷達系統，如圖1.5所示，自建成以來一直處于不斷的升級改造中[33]。2019年3月，隨著澳大利亞國防部官方宣稱，澳大利亞國防科學家已成功開發出可覆蓋整個高頻段的顛覆性“共用孔徑”接收機，并確定將其直接應用于“金達萊”作戰雷達網絡的重大升級，這標志著“金達萊”作戰雷達網絡第六階段的升級工作已正式步入實質性階段。除采用新型接收機外，本階段的升級還將對探測儀和應答器網絡、系統界面等進行重要改造。

經歷了多次升級改造后，“金達萊”作戰雷達網絡在處理速度、數字化程度、靈敏度和精確度等方面有了長足的進步。目前，該雷達網絡可同時對3700km的海岸線和9×106km2的海域實施監視，涵蓋爪哇島部分地區、巴布亞新幾內亞全境直至印度洋中部，作戰范圍達1000～3000km。有分析資料顯示，如果天氣條件良好，該雷達網絡甚至可探測到4000km以外區域，向北可覆蓋朝鮮半島。

2019年10月，俄羅斯軍方表示，將在未來五年內建成三座“沃羅涅日”遠程預警雷達，俄北部的沃爾庫塔、俄西北部的奧列涅戈爾斯克和俄西南部的塞瓦斯托波爾，預計分別于2021年、2022年和2025年建成。“沃羅涅日”是俄羅斯自主研發的第三代大型相控陣反導預警雷達，是俄羅斯導彈預警雷達網中的骨干裝備，包含M型、VP型和DM型3種型號，如圖1.6所示，其中，M型和VP型均工作于米波段，而DM型工作于分米波段，對目標的定位精度略高。“沃羅涅日”系列雷達的性能與美國“鋪路爪”遠程預警雷達相似。3部“沃羅涅日”雷達服役后，俄羅斯將建成以“沃羅涅日”系列雷達為基礎的導彈預警網絡，強化對北極和歐洲方向的預警能力，實現國土邊境全面預警覆蓋。

2021年5月，俄羅斯空天軍的新型“葉尼塞”（Yenisei）雷達正式服役[34]。該雷達采用全數字化有源相控陣體制，結合主動探測和被動探測，具備防空預警、反導探測和無線電偵測能力，如圖1.7所示。與舊型“葉尼塞”雷達相比，新型“葉尼塞”雷達包括主雷達和無源定位器兩部分，無源定位器與主雷達長距離分置，可有效應對敵方對主雷達的干擾，且敵方干擾強度越大，無源定位精度越高。旋轉模式下該雷達可實現對空探測距離600km、高度100km；扇區掃描模式下該雷達可以跟蹤彈道導彈，并向S-400/S-500系統的火控雷達傳送目標指示信息。

同年7月，美國海軍研究實驗室宣布完成“靈活分布式陣列雷達”（FlexDAR）首輪外場試驗。FlexDAR樣機如圖1.8所示。試驗中，使用了兩部異地部署的FlexDAR，驗證了多波束同時收發、天線副瓣電平、數據吞吐等技術指標，證實FlexDAR在探測距離、跟蹤精度、電子防護等方面達到了預定目標。FlexDAR具有雷達通信電子戰多功能集成、信號級分布式協同探測、軟件定義等特點。兩部雷達協同后，每部雷達的探測距離可以提升0.4倍，覆蓋范圍增加1倍。此次試驗的成功，標志著經過多年的探索性研究，這種創新型的網絡化、分布式、多功能雷達技術取得了突破性進展。

2021年11月，美國海軍研究實驗室開展了海上組網雷達協同探測演示試驗。試驗中，兩部SPY-6雷達模擬器通過分布式探測功能實現對目標的協同探測，生成了完整的目標態勢信息。SPY-6雷達由美國雷聲公司研制，是美海軍下一代艦載防空反導雷達（AMDR）系統中的S波段雷達，用于遠距離搜索探測、空中威脅與導彈識別等，如圖1.9所示。AMDR將替代“宙斯盾”系統中的SPY-1雷達，未來將裝備美海軍幾乎所有主戰艦艇。通過組網協同，SPY-6雷達可實現更大范圍的探測覆蓋，提升對目標航跡跟蹤的精度和連續性，提高對機動目標、密集編隊目標的跟蹤識別能力，改善對隱身目標、彈道導彈、高超聲速目標的探測能力。

同年12月，DARPA啟動了“分布式雷達成像技術”項目，旨在演示驗證以編隊飛行的合成孔徑雷達衛星簇能夠實現的先進能力。“分布式雷達成像技術”項目示意圖如圖1.10所示。該項目包含編隊飛行與數據收集、算法研究兩個技術領域，通過兩顆以上編隊飛行的合成孔徑雷達衛星采集數據，演示驗證處理算法。分布式合成孔徑雷達相比傳統單基地雷達具有以下優點：一是視角多樣，可獲取目標多角度散射信息；二是可靈活調整發射端和接收端的基線距離，滿足高程和距離測量精度要求；三是可同時實現高分、寬幅成像。該項目研發的技術將賦能太空領域“馬賽克戰”概念的實現。

近年來，網絡化雷達系統也吸引了越來越多的國內科研機構與團隊開展研究工作，清華大學[35,36]、西安電子科技大學[37,38]、電子科技大學[39,40]、南京理工大學[41]、國防科學技術大學[42]等多所高校的專家、學者從2007年至今，在網絡化雷達系統及分布式MIMO雷達目標檢測、協同跟蹤、參數估計、目標成像和信號設計等諸多方面開展了理論與試驗平臺研究。