外辐射源雷达概述

1 研究背景与意义

雷达面临的四大挑战：

（1）隐身目标的威胁

隐身飞机、隐身导弹和隐身舰艇和无人机的出现使得雷达散射截面积成百上千倍的减小，增加了雷达发现目标的难度。

（2）低空与超低空目标的威胁

战术导弹和战略巡航导弹等低空、超低空目标的入侵也给雷达探测带来了重大挑战。（3）反辐射摧毁的威胁

反辐射导弹利用敌方雷达的电磁辐射进行制导并将其摧毁，是电子对抗中对雷达硬杀伤最有效的武器。为应对日益恶化的外部电磁环境，雷达往往需要发射更大的功率以达到同样的探测性能，从而增加了被发现甚至被摧毁的风险。

（4）强电子干扰

传统雷达一般采用收发共置的布站方式，其发射电磁波一旦被敌方发现和定位，就极容易被干扰，进而丧失整个武器战争系统的重要信息来源。

外辐射源（无源）雷达因能克服上述问题而引起人们的广泛关注。外辐射源雷达分为两大类：第一类是基于目标的红外辐射或自身发射的电磁波来对其探测，目标发射的电磁波主要来源于雷达、应答机、通信电台、导航仪、有源干扰机等通讯电子设备；第二类是利用广播信号、电视信号、手机信号、卫星导航信号等非合作照射源来探测目标。当目标静默（不发射电磁波）时，利用第一类外辐射源雷达通过电磁波来探测目标就无法实现。对于第二类外辐射源雷达，即使目标静默，也能探测到目标，因此对此类外辐射源雷达的研究成为热点。

外辐射源雷达的优势：

（1）反隐身特性

隐身目标一般只大幅度减少鼻锥±30°范围之内后向散射的RCS，前向与侧向的散射还是很强。外辐射源雷达是一种双基地雷达，它可以通过接收目标前向与侧向的散射回波信号来探测隐身目标。其次，外辐射源信号多数工作在甚高频、超高频等波段，波长较长，隐身飞机表面的吸波材料对该波段电磁波的作用极差；再者，外辐射源雷达在形式上属双（多）基地雷达，可探测到隐身飞机前向和侧向的散射信号，具有空域上反隐身的特点。因此，外辐射源雷达具有探测隐身目标的能力。

（2）探测低空与超低空目标

外辐射源雷达利用各种民用或商用信号作为照射源，频率一般较低，波长较长，因此照射源能够通过衍射穿过低空障碍物探测到目标。并且广播信号、卫星导航信号等外辐射源信号多采用高塔架设，向下发射波束，能够很好地覆盖低空范围，从而具有一定的超低空探测能力。

（3）抗反辐射导弹

外辐射源雷达不发射电磁波，因此不容易被敌方的侦察系统发现。此外，第三方辐射源具有数量大、地域分布广的特点，受反辐射导弹的攻击概率低，具有很强的生存能力和抗打

（4）抗干扰

外辐射源雷达没有配备专用的发射机，而是借助于其它通信广播基站作为发射站，无法被电子侦察设备所发现，也使其免受其它电子干扰源的影响。并且没有其它主动发射雷达容易受广播、通信信号干扰问题的困扰。

（5）绿色环保，无电磁污染

外辐射源雷达本身并不发射电磁波，不需进行频谱规划，是一种绿色环保、无电磁污染的电子装置。此外，随着无线通信和数字广播技术的发展，可被利用的辐射源越来越多。外辐射源雷达本身并不发射电磁波，不需进行频谱规划，是一种绿色环保、无电磁污染的电子

（6）覆盖范围广，组网潜力大

目前可以用的外辐射源有广播信号、电视信号、手机信号、卫星导航信号等，随着无线通信的发展，可利用的外辐射源形式将更加丰富，覆盖范围也将更加广。利用多种外辐射源信号进行协同探测，可提升雷达的探测性能和抗打击摧毁的能力。同时探测系统可根据需要合理组网，以弥补外辐射源雷达单站探测威力和精度不高的缺陷。

（7）低成本与机动性强

外辐射源雷达无需体积大且成本高的发射设备，只需要一套接收系统，具有成本低、灵活性好、易维护、便于快速部署和撤离的特点，设备体积小带来的优点是易承载，除了地面建站之外，还可将外辐射源雷达系统进行车载、舰载、机载等方式装配。

外辐射源雷达的缺点：

1.发射功率低

民用信号追求大面积覆盖，往往采用低增益全向辐射模式，导致了信号功率很低，从而限制了外辐射源雷达的探测威力。

2.发射信号不可控

外辐射源雷达的信号源不是专门为雷达设计的，其功率、增益、调制方式、天线方向系数等因素都不可控，增加了信号处理的难度。

3.信噪比低

外辐射源雷达接收到的目标回波能量通常比直达波、多径等杂波低30~60 dB，增大了回波获取的难度，因此需要更加先进的信号处理技术。

2 研究历史与现状

2.1 国外研究概况

1922年，美国海军研究室的Taylor博士和其助手Young在进行60 MHz的无线电波传播实验时，偶然接收到了船只经过收发点中间位置时的信号。这被认为是历史上第一次通过无线电波探测到目标。

1935年，英国国家物理实验室利用BBC电台辐射的无线电短波信号（波长约为49 m）探测到12公里外的Heyford轰炸机，这被认为是历史上第一次通过无线电探测到飞行目标。该研究引起了英国国内广泛关注，之后英国建立了Chain home警戒雷达网。

二战期间，德国在丹麦部署了Klein Keidelberg雷达，利用英国Chain home警戒雷达网发射的雷达信号探测从英国起飞的战斗机群，完成了对盟军轰炸机的预警。该雷达最远观测450公里之外的飞机，但测距精度较差，约为10公里左右。

同一时期，前苏联、意大利、日本等国也相继开展了基于外辐射源的连续波体制的双基地雷达的研究。

随着1936年雷达天线收发转换开关的发明和1940年高功率脉冲磁控管的发明，人们的研究重点转移到单基地雷达，双基地雷达在之后的40多年的时间里陷入了低谷，在此期间对外辐射源雷达的研究很少，值得一提的是捷克研制的外辐射源雷达系统。

1987年，捷克研制出了“塔玛拉（TAMARA）”系统，该系统利用目标自身发射的电磁波

信号为照射源，可实时跟踪空中500批目标。据报道，在1995年的波黑战争中，塞族利用该系统发现美国的F-16 战机并将其击落；另据报道，在1999 年的科索沃战争中，一架美国的F-117 隐形战机被南联盟用萨姆-3 导弹击落，而发现该隐形战机的正是“塔玛拉”雷达。

1994 年，在法国召开的国际雷达会议上，三篇基于电视信号的外辐射源雷达论文的发表标志着外辐射源雷达的研究进入了一个全新的阶段。之后，随着高速数字信号处理器件、现代信号处理理论的发展，以及信号检测与估计技术的逐渐成熟，外辐射源雷达的研究进入一个全新的阶段，世界上出现了几套典型的外辐射源雷达系统。

1998年，美国Lockheed Martin公司成功研制出“沉默哨兵”（Silent Sentry）系统。该系统是世界上第一种商业化和实用化的雷达系统，利用50~800 MHz的FM广播和电视信号作为外辐射源，方位覆盖范围为60°~360°，俯仰覆盖范围为50°空域。每秒钟可进行8次数据更新，对10m2目标探测距离达到220 km，能同时跟踪200多个目标。公开报道的第一代系统为固定站，第二代系统发展成为更加灵活机动的雷达车，系统的数据库储存了全世界5.5万多个调频广播台和电视台的位置与频率信息，因此其可以工作于世界大多数的地区。2004年推出了最新的第三代“沉默哨兵”系统，对于散射面积为10m2的目标，探测距离可以达到550 km，能对200 多个目标实现同时跟踪，并能区分出间隔15 m的两个目标，方位覆盖范围为0°~360°，俯仰覆盖范围为60°空域。

2005年，法国THALES公司研制出Homeland Alerter 100（HA100）外辐射源雷达系统，该系统利用FM信号为外辐射源，还可以拓展DAB、AVB和DVB-T等多种民用信号，作用距离超过200km、方位向360°、俯仰向90°以及1.5s 的数据更新速率。

2000年之前，外辐射源雷达采用的信号多为FM广播信号、电视信号等模拟信号，随着数字广播、数字电视以及数字通信网络的发展和普及，数字信号逐渐取代模拟信号，自2000年之后，基于数字体制的外辐射源雷达成为了研究热点。

2007年至2009年，德国凯希德公司研发出PARADE外辐射源系统，目前该系统仍在不断升级和完善中。PARADE早期采用了频率为88~108 MHz，带宽为100 KHz的调频广播作为工作波形；随后增加了以频率范围为174~240 MHz，带宽为1.5 MHz的数字音频广播（DAB）作为工作波形的系统模块；2009年增加以频率范围为470~862 MHz，带宽为7.6 MHz的数字地面电视广播（DVB-T）系统模块。最新的PARADE采用FM/ DAB/ DVB-T照射信号，引进了跨带数据融合技术，将各子体统模块化并集成装配到机动车辆使得系统具有很好的灵活性。系统采用多波段融合能够提高距离分辨率，使距离分辨率达到了调频子系统不能达到的30米。

另外，1999年，McIntosh发明了利用GPS作为外辐射源的雷达探测系统；2000年，Tsui 发明了利用GLONASS作为外辐射源的被动探测系统；2005年，Saini和Cherniakov提出了基于数字电视信号的外辐射源雷达；2008年，Guo和Chetty提出基于wifi的外辐射源雷达，实现了在室外弱杂波环境下对低速运动目标的成像。随着民用或商用信号种类的增多以及现代数字信号处理水平的不断提升，越来越多的第三方信号被用于外辐射源雷达的研究中。

2.2 国内研究概况

国内外辐射源雷达的研究最早起步于70年代，但受限于当时的软硬件水平，仅作了一些初步的理论分析和试验验证，没有形成实用的系统。从2000年起，西安电子科技大学，北京理工大学，国防科技大学，南京理工大学，武汉大学，中电14、38所等单位先后开展了外辐射源雷达的研究，利用的外辐射源包括模拟数字电视信号、手机信号、卫星导航信号等，并且取得一系列重要的研究成果。

西安电子科技大学研制了利用调频（FM）广播作为外辐射源的雷达系统。该系统采用