1.2　机载网络化雷达概述

机载网络化雷达是基于“网络赋能”的思想，将不同体制、不同频段、不同极化方式、不同工作模式且部署在不同空域的多部机载雷达通过机间数据链路联网，将系统内各雷达探测信息进行融合处理，提高覆盖区域的综合探测能力及各部雷达的战场生存能力，持续为己方提供战场实时态势感知信息，形成全方位、立体化的分布式协同作战体系[15-19]。机载网络化雷达弥补了单平台雷达先天探测能力不足的缺陷，可按照实际作战需要灵活调整网络内各雷达节点的工作状态与工作模式，实现时域、频域、空域的协同工作，从而完成对目标的探测、跟踪、定位、识别、打击等功能。

机载网络化雷达借鉴了无线多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）通信的分集思想，通过利用分集增益能够有效对抗目标雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）起伏、抑制杂波与干扰、提高分辨率等，从而提升雷达系统的目标检测、跟踪、识别和参数估计等性能，并具有较强的抗摧毁能力、抗干扰能力、反隐身能力和抗低空/超低空突防能力[20]。同时，机载网络化雷达还具有空间分集、波形分集、频率分集和极化分集等优势，大大拓展了雷达的应用范围[21]。研究表明，分集增益是机载网络化雷达性能优势的根源，传统的单基地相控阵雷达只能从单一视角和维度对目标进行探测，获得的感兴趣目标特征信息较少。而机载网络化雷达能够从多视角、多维度提取目标特征信息，并通过多维信息联合处理获得目标更全面、更本质的特征[22,23]。此外，机载网络化雷达还具有一些独特优势，如功能性更强、冗余性更好、任务执行更高效及经济性更优等。

在网络化雷达系统或分布式MIMO雷达概念出现之前，英、俄、美、法、澳大利亚等国已经对双/多站雷达体制开展了一定的研究，并取得了显著成果[24-28]。1939年9月，英国在英格兰东南沿海地区建造了世界上最早的对空警戒雷达网络——“本土链”雷达网，该网络由20个地面雷达站组成，如图1.1所示。“本土链”雷达网工作频率为22～28MHz，最大目标探测距离为250km。在第二年夏天抗击纳粹德国大规模空袭英国的“不列颠空战”中，英国正是靠“本土链”雷达网在每次德军空袭时赢得了二十分钟宝贵的预警时间。

1961年，苏联采用3部单基地脉冲雷达构建了非相参多基地雷达系统，对反弹道导弹试验中的弹头和拦截器进行精确跟踪，该系统具有独立的信号接收和点迹级的信息融合特点[29]。苏联还在莫斯科周围部署了“橡皮套鞋”反弹道导弹系统，该系统采用单基地雷达组网方式，由7部“鸡笼”远程警戒雷达、6部“狗窝”远程目标精确跟踪/识别雷达和13部导弹阵地雷达组成，主要用于拦截洲际弹道导弹或低轨卫星，保护克里姆林宫不受核攻击威胁[30]。苏联“狗窝”雷达阵地如图1.2所示。

20世纪60年代，美国建立并应用于国土防御体系中的SPASUR系统就是一部多基地远程监视防御雷达系统，担负远、中、近程的战略防御任务[31]。从1978开始，美国林肯实验室和DARPA联合开展了组网雷达研究计划，该计划包含5部远程监视雷达。由远程监视雷达组成的系统将所有雷达的输出信息通过窄带数据链路传输到作战信息融合中心，从而实现战场实时、透明的信息共享[29]。美国“铺路爪”远程预警雷达如图1.3所示。

20世纪70年代末，为了解决雷达探测隐身目标和提高雷达的抗ARM能力，法国航空航天局提出了采用MIMO天线的综合脉冲孔径雷达（Synthetic Impulse and Aperture Radar，SIAR）系统。由于该系统采用米波波长大孔径稀疏布阵，宽脉冲发射，并用数字方法综合形成天线阵波束和窄脉冲，故它综合性能优良，不仅具有米波雷达在反隐身和抗ARM能力等方面的优点，还克服了传统米波雷达角分辨率差、测角精度低和抗干扰能力不足的缺点。法国的SIAR系统如图1.4所示[32]。另外，法国CETAC防空指挥中心将虎-G远程警戒雷达与霍克、罗兰特和响尾蛇导弹连的制导雷达及高炮连的火控雷达联网，以实现空情预警、目标探测与跟踪、威胁评估、指挥控制、火力分配等功能，并且能够用于对近程防空系统和超近程防空系统的战术控制。

澳大利亚的“金达莱”作战雷达网络（JORN）是世界著名的超视距网络化雷达系统，如图1.5所示，自建成以来一直处于不断的升级改造中[33]。2019年3月，随着澳大利亚国防部官方宣称，澳大利亚国防科学家已成功开发出可覆盖整个高频段的颠覆性“共用孔径”接收机，并确定将其直接应用于“金达莱”作战雷达网络的重大升级，这标志着“金达莱”作战雷达网络第六阶段的升级工作已正式步入实质性阶段。除采用新型接收机外，本阶段的升级还将对探测仪和应答器网络、系统界面等进行重要改造。

经历了多次升级改造后，“金达莱”作战雷达网络在处理速度、数字化程度、灵敏度和精确度等方面有了长足的进步。目前，该雷达网络可同时对3700km的海岸线和9×106km2的海域实施监视，涵盖爪哇岛部分地区、巴布亚新几内亚全境直至印度洋中部，作战范围达1000～3000km。有分析资料显示，如果天气条件良好，该雷达网络甚至可探测到4000km以外区域，向北可覆盖朝鲜半岛。

2019年10月，俄罗斯军方表示，将在未来五年内建成三座“沃罗涅日”远程预警雷达，俄北部的沃尔库塔、俄西北部的奥列涅戈尔斯克和俄西南部的塞瓦斯托波尔，预计分别于2021年、2022年和2025年建成。“沃罗涅日”是俄罗斯自主研发的第三代大型相控阵反导预警雷达，是俄罗斯导弹预警雷达网中的骨干装备，包含M型、VP型和DM型3种型号，如图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，对目标的定位精度略高。“沃罗涅日”系列雷达的性能与美国“铺路爪”远程预警雷达相似。3部“沃罗涅日”雷达服役后，俄罗斯将建成以“沃罗涅日”系列雷达为基础的导弹预警网络，强化对北极和欧洲方向的预警能力，实现国土边境全面预警覆盖。

2021年5月，俄罗斯空天军的新型“叶尼塞”（Yenisei）雷达正式服役[34]。该雷达采用全数字化有源相控阵体制，结合主动探测和被动探测，具备防空预警、反导探测和无线电侦测能力，如图1.7所示。与旧型“叶尼塞”雷达相比，新型“叶尼塞”雷达包括主雷达和无源定位器两部分，无源定位器与主雷达长距离分置，可有效应对敌方对主雷达的干扰，且敌方干扰强度越大，无源定位精度越高。旋转模式下该雷达可实现对空探测距离600km、高度100km；扇区扫描模式下该雷达可以跟踪弹道导弹，并向S-400/S-500系统的火控雷达传送目标指示信息。

同年7月，美国海军研究实验室宣布完成“灵活分布式阵列雷达”（FlexDAR）首轮外场试验。FlexDAR样机如图1.8所示。试验中，使用了两部异地部署的FlexDAR，验证了多波束同时收发、天线副瓣电平、数据吞吐等技术指标，证实FlexDAR在探测距离、跟踪精度、电子防护等方面达到了预定目标。FlexDAR具有雷达通信电子战多功能集成、信号级分布式协同探测、软件定义等特点。两部雷达协同后，每部雷达的探测距离可以提升0.4倍，覆盖范围增加1倍。此次试验的成功，标志着经过多年的探索性研究，这种创新型的网络化、分布式、多功能雷达技术取得了突破性进展。

2021年11月，美国海军研究实验室开展了海上组网雷达协同探测演示试验。试验中，两部SPY-6雷达模拟器通过分布式探测功能实现对目标的协同探测，生成了完整的目标态势信息。SPY-6雷达由美国雷声公司研制，是美海军下一代舰载防空反导雷达（AMDR）系统中的S波段雷达，用于远距离搜索探测、空中威胁与导弹识别等，如图1.9所示。AMDR将替代“宙斯盾”系统中的SPY-1雷达，未来将装备美海军几乎所有主战舰艇。通过组网协同，SPY-6雷达可实现更大范围的探测覆盖，提升对目标航迹跟踪的精度和连续性，提高对机动目标、密集编队目标的跟踪识别能力，改善对隐身目标、弹道导弹、高超声速目标的探测能力。

同年12月，DARPA启动了“分布式雷达成像技术”项目，旨在演示验证以编队飞行的合成孔径雷达卫星簇能够实现的先进能力。“分布式雷达成像技术”项目示意图如图1.10所示。该项目包含编队飞行与数据收集、算法研究两个技术领域，通过两颗以上编队飞行的合成孔径雷达卫星采集数据，演示验证处理算法。分布式合成孔径雷达相比传统单基地雷达具有以下优点：一是视角多样，可获取目标多角度散射信息；二是可灵活调整发射端和接收端的基线距离，满足高程和距离测量精度要求；三是可同时实现高分、宽幅成像。该项目研发的技术将赋能太空领域“马赛克战”概念的实现。

近年来，网络化雷达系统也吸引了越来越多的国内科研机构与团队开展研究工作，清华大学[35,36]、西安电子科技大学[37,38]、电子科技大学[39,40]、南京理工大学[41]、国防科学技术大学[42]等多所高校的专家、学者从2007年至今，在网络化雷达系统及分布式MIMO雷达目标检测、协同跟踪、参数估计、目标成像和信号设计等诸多方面开展了理论与试验平台研究。