预警机中的顺风耳：无线电侦察对抗与测向技术

预警机中的顺风耳：无线电侦察对抗与测向技术1996年4月22日凌晨4时,俄罗斯空军苏-25飞机在距目标40千米的地方发射了两枚DAB-1200反辐射导弹,击中了正在通话的车臣总统杜达耶夫,杜达耶夫和4个贴身保镖命丧黄泉。

事后据法国专家们分析认为,俄罗斯情报机构利用装有无线电侦察设备的A-50预警机,截获了杜达耶夫的手机通信, 分析了杜达耶夫电话的频率,利用简单的无线电测向法连续进行两三次定位,确定了通话位置后发射导弹。

那么,无线电测向法是怎么回事?无线电侦察设备有什么神通?它们用到了哪些基本技术?这就是我们今天的话题。

" T2 S2 O9 ^( F; B' L! }* |. ^: I2 A/ y+ b* r' S) D躲在暗处的“**”9 @% _" v9 o6 g6 k7 w$ C- V6 U0 \% N$ C9 W0 N7 j人们常把侦察设备比作现代战争的耳朵。

因为侦察设备在工作时,不需要自身发射无线电波就可以侦收到敌方无线电波的辐射,是无源的。

就像人耳不能发声,但可以听到别人的发声。

侦察设备的这个特点,使得它在战场中有着雷达无以比拟的优点——隐蔽性。

雷达就像战争中的“大嗓门”,虽然自己发出的“声音”(也就是无线电波)可以传得很远,却容易被敌方的“耳朵”听见,从而被导弹或炮弹攻击。

由于侦察设备本身“不出声儿”,敌方很难发现侦察设备的位置, 避免了被攻击的危险,同时又能先敌发现。

这就是为什么侦察设备在现代战争中应用得越来越广的原因之一。

8 {$ Y+ j% I. n, O侦察设备工作时像人耳一样,需要弄清楚它侦听到的“声音”是从哪个方向传来的,叫作“测向”。

这里所说的“声音”是个比喻的说法,主要有三类。

一类是敌方通信设备的通话,发出的可能是真正能听到的“声音”——明话(没有加密的话音)或密话(加了密的话音)。

在侦收到密话后,还需要解密才能获取敌方的战场情报。

看过美国大片《风语者》的读者一定还记得,为降低被破译的风险,采用土著语作为密码的情景。

第二类,就是敌方通信设备传输的数据, 一般都是加了密的数码形式。

这两类信息的侦察,都叫作通信侦察(CSM)。

另一类则是敌方雷达的辐射,听不到“声音”,因此叫作雷达侦察,又叫作电子侦察(ESM)。

但这些方法侦察到的信息载体实际上都是无线电波信号,因此,测量它们的方向所用到的基本道理和方法是相同的,主要有最大信号法、比幅、干涉仪和到达时间差法四种。

/ R1 S3 L+ p7 k侦察设备在侦收敌方的无线电信号时,需要依赖天线。

如果天线对某个方向上照过来的电波辐射反应最强烈,也就是接收机的输出信号最强,就表明天线对这个方向上电波的接收能力更好,我们称为“有方向性天线”。

如果天线对任何方向上照过来的电波辐射反应能力相同,接收机的输出信号强度都一样,这种天线称为“全向天线”。

对于一个有方向性的侦察天线来说,接收电磁波的能力在空间的分布像一片片梅花瓣,其中一个花瓣特别长(就是“主瓣”)。

当我们用它对准某个方向的敌方雷达时,侦察设备的输出就将大大强过这个天线的其它花瓣的输出,可以认定敌方雷达的所在方向。

这种测向方法叫“最大信号法”,优点是简单。

但是,我们事先并不知道哪个方向上会有敌方雷达,须接收天线旋转进行空间搜索,并对准雷达。

如果敌方雷达在空间扫描,侦察设备的天线也在旋转,很有可能两者的主瓣始终无法相会。

因此,预警机上基本不用这种测向方法。

2 M" ^& f# a# e7 n: b9 X: n3 V# A5 S3 o1 H为克服上述测向方式的缺点,人们将多个天线组成一个天线阵,每个天线的指向都不同,合起来又能够覆盖全方位空间。

由于天线阵中的每个天线在接收到同一无线电波信号时,接收机的输出强度不一样,通过比较分析,可以确定所侦收到的雷达辐射最有可能来自哪个方向,这就是比幅测向法。

优点是同时有多个天线接收敌方的无线电波,天线不用旋转,因此,用的时间非常短。

缺点是,每个天线都要有一个接收通道,设备要复杂一些。

6 G7 O. A: s& w, Q为进一步提高方向测量的准确度,人们发明了“干涉仪测向”法,这个名称来自于我们在高中物理中所学的“双缝干涉”现象:将一个光源从与之等距的双缝中射出,在远处的光屏上可以看到有的地方条纹较亮,有的地方条纹较暗,原因在于从双缝射出的两束光到达光屏的路程不一样,相位也不一样,在光屏上同相相加(波峰和波峰相加)的地方比较亮,反相相加(波峰和波谷相加)的地方则比较暗。

干涉仪测向的道理与此类似,利用的也是波的相位。

敌方通信或雷达辐射出的无线电波,本质上和光波一样,都是电磁波。

从同一点出发的电磁波,分别到达两个不同的天线时,由于它相对这两个天线的方向不同,所以,走过的路程也不一样,到达天线时的相位也不一样。

两个相位的差别,与辐射源(例如敌方的通信设备或雷达)相对于侦察设备的方位有关,测出差别,就测出了辐射源的方位。

$ d9 I, Q: @9 P“到达时间差法(DTOA)”的基本道理与干涉仪测向类似,不同的是测到达时间差。

因为如果敌方雷达距两个接收天线的方向不同,它所辐射出的电波被天线接收时,所走的路程不一样,在电波速度一样的情况下,到达天线所用的时间不一样。

由于时间差比相位差测得更准,因此,测向也最准。

当两个接收天线的距离(专业上称为“基线”)拉得越开时,电波到达这两个天线的时间差就越明显,测得就更准。

因此,在预警机上应用时,把不同的接收天线分别放在飞机的极限位置,如翼尖、机头和机尾。

8 P# k! ~1 A( `& u5 w- p; l/ q2 ]- Z; b3 t4 v7 Z1 }, B3 d辐射源的方向测出后,在预警机的显示屏上会显示出一条从辐射源到侦察设备的射线,端点是侦察设备,指向辐射源所在的方向,这条射线被称为“方位线”, 取其英文名字字头缩写(LOB)的谐音,俗称“萝卜线”。

9 M+ j3 D7 b- D6 h美国的E-2C是世界上第一种配备无线电侦察设备的预警机,目前E-2D上的无线电侦察设备采用的就是比幅和干涉仪相结合的技术,分别用于对方位的粗略测量和精确测量。

, T3 @% ?* ^) H- v6 H* A世界上第一种采用时差测向技术的预警机是以色列的“费尔康”,“海雕”是“费尔康”的迷你版。

由于时差测向技术与基线长度有关,可以想像, “海雕”的时差测向精度比“费尔康”低一些。

- F @! X8 W5 j( K9 D: J3 s$ ^: G/ U1 C4 K. b交叉才能定位6 ?( _) a( p0 A- {. T: u4 J7 [+ |/ s e一般情况下,无线电侦察设备只能测出辐射源辐射电波的方向,并不能测出辐射源距侦察设备有多远,就像入耳听到一个很微弱的声音,它既可能是说话者在近处以较小的嗓门发出的,也可能是说话者在较远处以大嗓门发出的。

" Y% N, k$ p* ?: L. ~8 i为测出辐射源距侦察设备的距离,可以用三角定位法。

对于预警机来说,在某个位置时,预警机可以测量出某一个辐射源相对于预警机的方向,形成一条萝卜线。

由于预警机是运动的,当它飞到另一个位置再测量时,又形成一条萝卜线,两条萝卜线相交的交点位置就是辐射源所在。

由于先后两次测量的位置连线及两次的萝卜线构成了一个三角形,所以,俗称“三角定位”或“交叉定位”。

8 k3 i u2 v( ]/ H5 u. R) {9 s需要说明的是,三角定位法是针对辐射源固定不动的情况,如对地面雷达的定位。

当辐射源运动时。

如战斗机雷达,理论上也可以进行定位,但需要获得其它一些运动参数,目前还停留在理论研究阶段。

' P# t; L' e" d, L1 [/ R, G7 F6 i, a% a5 O! m* Y0 K. X d调谐的收音机——侦察设备对频率的测量+ ?$ w" N- K) ]" m6 g' ?3 K" f8 _% X7 `) a4 u1 O3 r, i, ^; X6 a" B0 N* C测向是无线电侦察设备的第一大本领,第二大本领是可以对侦收到的无线电波进行频率测量。

) ] W2 @6 f5 V$ L, J/ }9 u7 Y. y# t在进行频率测量时,最简单的方法是把侦察设备的接收机看成收音机。

当收音机调谐到某个我们能听到清晰声音的广播电台时,收音机面板上的频率数字就指明了这个广播的频率,这就是收音机测量频率的过程。

侦察设备对频率的测量也可以用这种被称为“超外差”的办法。

此时,我们把敌方的无线电电子设备所可能覆盖的频率范围看作一个很宽的门(比如说频率范围从2千兆赫到18千兆赫,相当于门的宽度为16千兆赫),侦察设备测量频率的过程相当于用一个较窄的频率范围(例如10兆赫)作为滑动的一个窗口,在很宽的门内滑动,当某个雷达或通信设备的电波信号频率落在这个窗口内时,接收机的输出会最强(就像收音机此时的声音输出最为清晰一样),这个频率就是电波信号的频率。

. H# k+ h( S1 Q0 ?2 }超外差收音机式的测频方法只能接收持续时间很长的信号,因为窗口始终在滑动,只有敌方辐射源电波信号的持续时间足够长,才可能在某个时刻落入到滑动的窗口中。

为测量持续时间很短的辐射信号,人们发明了一种可以永远处于等待状态的接收机,相当于同时开了很多窗口,不论信号何时出现,都可以落入众多窗口之一。

被逮住的电波信号经过两条不同传输路径送入处理器,电波信号因不同的传输路程差异,在到达处理器时形成相位差,与信号的频率成正比,测出了相位差,就可以测出电波的频率。

这种方法下,多个窗口对应多个接收支路,或者称多个信道,专业上就叫做信道化接收机。

这种接收机理论上性能最好,但是设备最复杂。

) Y2 d$ K8 A8 ~2 U前面讲过,侦察设备相比于雷达,显著的特征是隐蔽性。

此外,侦察设备还有一个明显区别于雷达的特征,就是所侦察的信号的频率,来自于什么方向,具有什么样的特性,都是侦察设备无法预先知道的。

所以,不管是测向还是测频,侦察设备必须撒开一张大网,希望能够网住每一个可能来到的信号,不希望有“漏网之鱼”。

例如,侦察设备的主要对象之一——雷达,有可能工作在超短波波段,波长为75厘米,也有可能工作在x波段,波长1.5厘米。

而侦察设备所采用的天线,处于侦察设备的最前线,因此,要求天线必须在各个方向上、针对不同波长的电波,都要有很好的接收本领,专业上分别叫作“全向性”和“宽带性”, 或者叫“宽开性”。

9 I8 B K3 k( A8 X0 N8 @6 s, x M2 v$ M) q: A7 G建立“犯罪嫌疑人”的“指纹”库8 M, Q6 A/ D7 U0 I* N9 d9 h K* N/ F/ F读者都知道,公安部门的办案民警侦察每一起刑事案件时,都会录下犯罪嫌疑人的指纹,并把它们放入到数据库中,以便为新的刑事案件提供对比依据。