無源定位雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理和發(fā)展趨勢(shì)

一.無源雷達(dá)的名稱討論

無源雷達(dá)(passive radar)，是指這種雷達(dá)沒有輻射源，它是借用空間已有的電波，照射到目標(biāo)所形成的回波來探測(cè)目標(biāo)。

從雷達(dá)的基本原理，從經(jīng)典型式的雷達(dá)，來看如今廣受關(guān)注的無源雷達(dá)，這兩者的區(qū)別在于其組成部分。經(jīng)典雷達(dá)都是由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生所需頻段的電波，經(jīng)天線輻射到空間，照射待測(cè)目標(biāo)。后者卻無發(fā)射機(jī)，照射目標(biāo)的電波是借助空間已有的電波，這稱作雷達(dá)以外的輻射源。這種雷達(dá)稱作無源雷達(dá)，也稱作外輻射源雷達(dá)(external sources)。由于雷達(dá)自身不輻射電波，這就導(dǎo)致雷達(dá)定位方法、信息處理等相關(guān)問題也隨之改變。

相控陣?yán)走_(dá)

無源定位雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理

從雷達(dá)本身看，它是無輻射源，實(shí)際上是有源，這源是外部輻射源。另外，這種雷達(dá)是一種隱形雷達(dá)，雷達(dá)的克星反輻射導(dǎo)彈是追蹤雷達(dá)輻射波，並對(duì)此實(shí)施攻擊。無源雷達(dá)不向空間輻射電波，也就會(huì)讓反輻射導(dǎo)彈找不到雷達(dá)所在地，因此無源雷達(dá)就是真實(shí)意義上的隱形雷達(dá)，無須采用隱身材料和減小雷達(dá)裝置夲身的散射、反射和繞射波。

除此而外，這種雷達(dá)可以看成被動(dòng)雷達(dá)，因?yàn)樗遣恢鲃?dòng)發(fā)射，是被動(dòng)接收。

無源雷達(dá)還稱作無源隱蔽雷達(dá)和無源相干雷達(dá)。這是基于它使用機(jī)會(huì)輻射源或協(xié)同輻射源工作，這是將來自輻射源的直達(dá)波與由運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的反射波相關(guān)聯(lián)，由已知的收、發(fā)位置作為橢圓面的兩個(gè)焦點(diǎn)，構(gòu)成橢面。再通過使用多個(gè)輻射源和多個(gè)接收機(jī)，以確定多個(gè)橢面相互交叉點(diǎn)。並確定目標(biāo)方向。最終獲取目標(biāo)位置信息。

總之，以無源雷達(dá)冠名較確切，好與有源雷達(dá)相區(qū)別。而其它名稱沒有唯一性。外輻射源可以多個(gè)，不像早先僅利用唯一外輻射源。

二.無源雷達(dá)的源頭

1.無源雷達(dá)的概念是怎樣形成的呢？

早在1922年，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（ＮＲＩ）有兩位研究人員：Taylor和Young

在進(jìn)行電波傳播試驗(yàn)時(shí)，用兩部電子裝置，發(fā)射60MHz連續(xù)波信號(hào)，在無意中發(fā)現(xiàn)了河中正在航行的木制船，這一收獲成了他們?cè)囼?yàn)的副產(chǎn)品。

1930年，美國(guó)海軍研究室Hyndland等人，在利用測(cè)向儀試驗(yàn)時(shí)，偶然間捕捉到3.2公里外的一架飛行的飛機(jī)，使用頻率為33MHz。

1932年，Taylor、Young和Hyndland一同用兩部電子設(shè)備，如同現(xiàn)在的雙基地雷達(dá)的簡(jiǎn)單配置，探測(cè)到80公里外的飛機(jī)。

2.無源雷達(dá)的誕生

在這些工作的基礎(chǔ)上，1933年6月，他們申報(bào)了題為“通過無線電波探測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的系統(tǒng)”的專利。該專利的要點(diǎn)是：利用一部無線電發(fā)射臺(tái)，發(fā)射連續(xù)波信號(hào)，另外配置兩部接收裝置，分別置于兩地，來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的回波信號(hào)的多普勒頻移，從而確定該物體位置。

應(yīng)當(dāng)指出的是，學(xué)術(shù)界認(rèn)為雷達(dá)的創(chuàng)始人是1917年，羅伯特·沃特森·瓦特（Robert Watson-Watt）成功設(shè)計(jì)雷暴定位裝置,宣告雷達(dá)的誕生。

而1922年，英國(guó)馬可尼（M.G.Marconi）在無線電工程師學(xué)會(huì)（IRE）領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)，提出船用防撞雷達(dá)測(cè)角的建議。發(fā)表演說的題目是可防止船只相撞的平面測(cè)角雷達(dá)。他提岀的船用雷達(dá)的時(shí)間也是1922年，與美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的工作，有一定的相關(guān)性，但他們都是獨(dú)立工作的。

1935 年,英國(guó)的 Arnold Wilkins 首次借助外部輻射源進(jìn)行了雷達(dá)探測(cè)研究，這就是著名的 Daventry 試驗(yàn)。這是無源雷達(dá)的真正意義上的試驗(yàn)。這次試驗(yàn)在英格蘭中部的北安普敦郡Daventry鎮(zhèn)，采用的輻射源是Daventry和BBC(1.8-30MHz)發(fā)射臺(tái)，頻段為短波，接收裝置分別設(shè)置在兩部運(yùn)輸車上，探測(cè)距離12公里外，目標(biāo)是英國(guó)皇家空軍（ＲＡＦ）Heyford重型轟炸機(jī)。收、發(fā)間距10公里。

在此試驗(yàn)完成后，于次年成立新型雷達(dá)研究所，命名為Ｂａｗｄｓｅｙ，所長(zhǎng)由羅伯特.沃森擔(dān)任。此后，英國(guó)在東南海岸部署一系列雷達(dá)，其中沿Ｃｈａｎｎｅ１海岸部署的就是無源雷達(dá)。

3.無源雷達(dá)的實(shí)用化

在二戰(zhàn)期間，雷達(dá)得到快速發(fā)展，無源雷達(dá)走向?qū)嵱没?943年，首次用于戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境的雙基地外輻射源雷達(dá)是德國(guó)研制的“KleinKeidelberg”雷達(dá)，以英國(guó)海岸警戒雷達(dá) Chain Home 的發(fā)射機(jī)為輻射源，通過安裝在丹麥的接收機(jī)來搜尋目標(biāo)的反射信號(hào)，這種接收機(jī)抗干擾性能較好。對(duì)從英國(guó)起飛的戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行探測(cè)和定位，能探測(cè)到450 公里外的戰(zhàn)機(jī)，精度較差大約為 10km，但在當(dāng)時(shí)很好的完成了對(duì)盟軍轟炸機(jī)的預(yù)警任務(wù)。

三.無源雷達(dá)的“休眠”期

二戰(zhàn)后，全球大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)全面結(jié)束，后來美蘇處于冷戰(zhàn)。我國(guó)自建國(guó)至改革開放以前，經(jīng)歷了抗美援朝戰(zhàn)爭(zhēng)，到六十年代，經(jīng)歷文革，在這一段時(shí)間，全國(guó)主要圍繞“兩彈一星”的研制，就是文革期間也沒有停止。

改革開放以后，國(guó)內(nèi)各行業(yè)協(xié)會(huì)相繼恢復(fù)工作，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流全面展開。從這方面看，我國(guó)雷達(dá)學(xué)界對(duì)無源雷達(dá)關(guān)注很少。但從國(guó)際環(huán)境看，戰(zhàn)爭(zhēng)推動(dòng)武器發(fā)展力量減弱，各主要國(guó)家轉(zhuǎn)向空間開發(fā)。

20世紀(jì)50年代中期，研制出實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。20世紀(jì)50年代末期，美國(guó)研制了有源相控陣?yán)走_(dá)。1964年，美國(guó)安裝了第一部空間軌道監(jiān)視雷達(dá)，用于監(jiān)視人造地球衛(wèi)星或空間飛行器。70年代，英、法、日、意、德、瑞典等也都裝備了相控陣?yán)走_(dá)。

衛(wèi)星上天，導(dǎo)彈射程不斷更新，花樣愈來愈多，而雷達(dá)的發(fā)展也伴隨著這些研制工作開展和創(chuàng)新。有源雷達(dá)是發(fā)展的總趨勢(shì)。另外，雷達(dá)夲身沒有感受到威脅。自身安全問題不突出。但到八十年代以后，有伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)等，隱身飛機(jī)、電子干擾、反輻射導(dǎo)彈的出現(xiàn)，雷達(dá)倍受威脅，雷達(dá)隱身問題愈加突出，雷達(dá)機(jī)動(dòng)、多站布防、雷達(dá)開機(jī)受限等推出，加上數(shù)字技術(shù)、成像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子器件小型化和集成化及模塊化飛速發(fā)展，給無源雷達(dá)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，提供了重要條件。

四.為什么無源雷達(dá)倍受關(guān)注

自二戰(zhàn)以來，德國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)、法國(guó)、日本、瑞典、加拿大等國(guó)都在研制和發(fā)展自己的隱身技術(shù)。就美國(guó)而言已有的隱身飛機(jī)和隱身無人機(jī)就超過20種，典型的隱身飛機(jī)有Ｆ-117Ａ、Ｂ-2Ａ、Ｆ-22、F-35等。還有隱身導(dǎo)彈、隱身艦艇等。

在以往的巴拿馬戰(zhàn)爭(zhēng)、海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，Ｆ-117Ａ和Ｂ-2Ａ顯示出很強(qiáng)的隱身能力，像幽靈一般，神出鬼沒，創(chuàng)下了輝煌戰(zhàn)績(jī)。它顯示岀隱身戰(zhàn)機(jī)具有以往沒有的突防能力、攻擊能力，效費(fèi)比大大提高，也標(biāo)示著高科技大大增強(qiáng)了戰(zhàn)斗力，給未來的空防系統(tǒng)提出了新的更高要求。

2014年2月，英國(guó)國(guó)防部和BEA系統(tǒng)集團(tuán)聯(lián)合對(duì)外宣布首架隱形無人戰(zhàn)機(jī)“雷神”。該機(jī)可與美X-47Ｂ和法國(guó)研制的“神經(jīng)元”無人機(jī)相提並論。這一研制動(dòng)向表明：無人機(jī)以隱身技術(shù)武裝，再加上飛行速度的提升，使其突防能力大增，將成為未來戰(zhàn)場(chǎng)的主力軍。無人機(jī)系統(tǒng)有可能成為全球打擊的有效工具。另外，高超音速飛行器的加速研制，這些變化給空防系統(tǒng)提出了新的巨大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代有源雷達(dá)面臨如下威脅：隱身飛行器、電子干擾、超低空突防、反輻射導(dǎo)彈、臨近空間的高超音速飛行器。實(shí)際上是隱身技術(shù)、高超音速技術(shù)、電子干擾組合使用于各種飛行器身上，再在戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)上靈活機(jī)動(dòng)，例如導(dǎo)彈變軌，子母彈，高超音速飛行器的自主飛行，無人機(jī)的“感知化”，無人機(jī)低空突防等，這給地面防空系統(tǒng)，特別是雷達(dá)，帶來的沖擊和挑戰(zhàn)是巨大的，其應(yīng)對(duì)策略必須有大的變革。

過去的局部戰(zhàn)爭(zhēng)的警示和現(xiàn)代的導(dǎo)彈、無人戰(zhàn)機(jī)、高超音速飛行器等突防能力的巨大威脅，迫使雷達(dá)變革，適應(yīng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。應(yīng)對(duì)這些威脅無源雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生，勢(shì)在必然。雖然它不是現(xiàn)在才有的雷達(dá)，但它卻富含了現(xiàn)代科技的新元素、新成果，也是多學(xué)科融合的產(chǎn)物。

五.無源雷達(dá)的發(fā)展

1974 年，美國(guó)的 Marko 等人利用調(diào)頻廣播臺(tái)作為外部輻射源，雙基地接收設(shè)置的無源雷達(dá)來測(cè)定目標(biāo)的位置。該系統(tǒng)利用互相關(guān)技術(shù)測(cè)量目標(biāo)反射信號(hào)相對(duì)于外輻射源直達(dá)波信號(hào)的延遲時(shí)間，得到目標(biāo)所在的等距離橢圓，再結(jié)合反射信號(hào)的到達(dá)角測(cè)量，即可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。

七十年代，捷克臺(tái)斯拉公司進(jìn)行了無源被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的研究，于 1987 年推出了“塔瑪拉（TAMARA）”系統(tǒng)，據(jù)稱在 1995 年的波黑戰(zhàn)爭(zhēng)中，塞族利用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)美國(guó)的 F-16 戰(zhàn)機(jī)，并將其擊落；另?yè)?jù)報(bào)道，1999 年參加科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)的一架 F-117 隱形戰(zhàn)機(jī)，被南聯(lián)軍用薩姆-3 導(dǎo)彈擊落，而發(fā)現(xiàn)該隱形戰(zhàn)機(jī)的正是“塔瑪拉”雷達(dá)。該系統(tǒng)的外輻射源是探測(cè)目標(biāo)自身的輻射。它更新后的移動(dòng)型，就是 1998 年推出的“維拉（VERA）”系統(tǒng)，可同時(shí)跟蹤200 批空中目標(biāo)。

1986 年，英國(guó)倫敦學(xué)院大學(xué)（UCL）的 Griffiths 等人，首次利用電視臺(tái)信號(hào)作為外輻射源，接收為雙基地設(shè)置的無源雷達(dá)進(jìn)行了研究，對(duì)信號(hào)檢測(cè)中的若干問題進(jìn)行了分析，并指出外輻射源波形的模糊函數(shù)是研究的關(guān)鍵，它決定著距離分辨率、距離模糊間隔、距離旁瓣水平及多普勒的分辨率。

1989年，IEEE國(guó)際雷達(dá)會(huì)議文獻(xiàn)透露，Ｅ.Ｇａｉｇ.Ｔｈｏｍｐｓｏｎ的文章指出：利用預(yù)警機(jī)Ｅ-３Ａ的ＡＷＡＣＳ系統(tǒng)和聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)作非合作式輻射源，並利用無源探測(cè)方式，探測(cè)飛行目標(biāo)。

1992 年，Griffiths 等人提出將衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的電視信號(hào)作為無源雷達(dá)的輻射源，接收端由接收衛(wèi)星電視信號(hào)的直達(dá)波信道和接收目標(biāo)反射波的回波信道組成，對(duì)兩路信號(hào)做相關(guān)處理，之后利用非相干積累來提高處理增益。研究表明對(duì)于 100km 外 RCS=20的目標(biāo)，要達(dá)到虛警率和90%檢測(cè)概率，需要 80dB 的處理增益，然而由于相干積累和非相干積累的時(shí)間間隔分別受目標(biāo)多普勒頻移和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離偏移的限制，對(duì)于速度為 200m/s 的民航飛機(jī)卻只能達(dá)到 45dB 的處理增益。該項(xiàng)試驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)在可能的距離上檢測(cè)到真實(shí)目標(biāo)。

1994 年，在法國(guó)召開的國(guó)際雷達(dá)學(xué)術(shù)會(huì)議上，三篇基于電視信號(hào)作為外部輻射源的無源雷達(dá)論文的發(fā)表，標(biāo)志著無源雷達(dá)的研究進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。之后，隨著信號(hào)處理方法和器件的更新，以及成熟信號(hào)處理技術(shù)的引入，世界上出現(xiàn)了幾套典型的外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)。

1994 年，法國(guó)國(guó)家航空研究局 研制了以電視臺(tái)作為外部輻射源的多基地雷達(dá)試驗(yàn)系統(tǒng)。輻射源是位于巴黎附近的電視臺(tái)，接收站位于帕萊素，采用兩副八木定向天線。該系統(tǒng)采用 5 個(gè)發(fā)射臺(tái)，僅利用多普勒信息進(jìn)行定位和跟蹤，由于系統(tǒng)跟蹤算法需要較高的信噪比，只探測(cè)到距離接收站 5 km 的目標(biāo)。

1994 年，英國(guó)防御研究局的 Howland 研制了一套以電視臺(tái)作為外部輻射源的無源雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)把法國(guó)雷恩的電視音頻調(diào)幅載波作為輻射源，接收設(shè)備包括一對(duì)八木天線和一套數(shù)字接收機(jī)，通過測(cè)量多普勒頻移和到達(dá)角（DOA）信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。試驗(yàn)結(jié)果表明運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)和跟蹤算法，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì) 260km內(nèi)空中目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤。

德國(guó)研制的無源雷達(dá)系統(tǒng)，則把美國(guó)的全球定位衛(wèi)星和俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星作為外輻射源。由于導(dǎo)航系統(tǒng)由多個(gè)衛(wèi)星組成，可提供多個(gè)外輻射源，因此該系統(tǒng)可使用靈活的相控陣接收天線。研究結(jié)果表明，要探測(cè)到距離接收站 1 公里遠(yuǎn) RCS=10的目標(biāo)，接收機(jī)需要70dB 的信號(hào)處理增益。

美國(guó)華盛頓大學(xué)研制的 Manastash Ridge 雷達(dá)是一部用于對(duì)大氣層和電離層進(jìn)行氣象探測(cè)和成像的無源探測(cè)雷達(dá)。該雷達(dá)以西雅圖的調(diào)頻廣播電臺(tái)為輻射源，采用兩個(gè)接收站：位于華盛頓大學(xué)內(nèi)的參考接收站,用來接收電臺(tái)的直達(dá)信號(hào)，此接收站采用指向增益為 5dB 的對(duì)數(shù)周期天線；位于 115km 外 Manastash 山的接收站則捕獲目標(biāo)散射信號(hào)，此接收站采用簡(jiǎn)單的重疊偶極子天線。該系統(tǒng)用 GPS 來完成兩接收站間的時(shí)間和頻率同步，曾成功的探測(cè)到 240km 處的目標(biāo)。

1998 年美國(guó)洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）公司 研制成功的“沉默哨兵”（Silent Sentry）,是一種達(dá)到實(shí)用化的無源探測(cè)雷達(dá)。以商業(yè)調(diào)頻電臺(tái)和電視信號(hào)作為外輻射源。該系統(tǒng)的接收站由相控陣天線、大動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字接收機(jī)、每秒千兆次浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能并行處理器和三維戰(zhàn)術(shù)顯示器組成，通過測(cè)量目標(biāo)的到達(dá)角、多普勒頻移和目標(biāo)信號(hào)與直達(dá)波信號(hào)到達(dá)接收站的時(shí)間差，利用無源相干定位（PCL）技術(shù)來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位與跟蹤。“沉默哨兵”系統(tǒng)的信號(hào)源數(shù)據(jù)庫(kù)存貯了全球 5.5 萬個(gè)商用電臺(tái)、電視臺(tái)的位置與頻率信息，因此該系統(tǒng)可在世界大多數(shù)區(qū)域使用。該系統(tǒng)對(duì) RCS 為 10的目標(biāo)的探測(cè)距離可達(dá) 220km，定位精度達(dá)到警戒雷達(dá)的要求，但還不能滿足跟蹤雷達(dá)的要求。

近年來，美國(guó)又研制出了第三代“沉默哨兵”系統(tǒng)，新系統(tǒng)的相控陣天線采用仿生學(xué)原理，仿照蒼蠅360°“復(fù)眼”結(jié)構(gòu)，將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達(dá)站基座上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全方位全天候的監(jiān)視。“沉默哨兵”分為固定站系統(tǒng)和快速部署系統(tǒng)，另外，該雷達(dá)還可安裝在飛機(jī)和艦船上，能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等空中目標(biāo)的高精度探測(cè)，能對(duì) 200 多個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)同時(shí)跟蹤，并能區(qū)分出間隔 15m 的兩個(gè)目標(biāo)。該系統(tǒng)還曾捕獲 250km 外美國(guó)空軍的 B-2 隱身轟炸機(jī)。

此外，1999 年美國(guó)伊力諾依大學(xué)通過傳感器陣列測(cè)量調(diào)頻廣播和電視信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射的回波，利用貝葉斯方法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的聯(lián)合跟蹤和識(shí)別。另外，該大學(xué)還研究了無源雙（多）基地雷達(dá)的成像算法，采用直接傅立葉重構(gòu)（DFT）和基于 wigner-ville 分布（WVD）算法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像，選用 22 個(gè)電視臺(tái)和調(diào)頻電臺(tái)作為輻射源，利用仿真數(shù)據(jù)研究了成像算法以及發(fā)射臺(tái)的位置和系統(tǒng)配置的選擇對(duì)成像質(zhì)量的影響。

進(jìn)入二十一世紀(jì)，外輻射源雷達(dá)發(fā)展迅速，許多國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)紛紛把外輻射源雷達(dá)作為研究的重點(diǎn)，所利用的外輻射源信號(hào)形式也日益廣泛。

2001 年P(guān)oullin提出將 COFDM 調(diào)制的 DAB 和 DVB 電視信號(hào)作為外輻射信號(hào)，隨后他證實(shí)該無源雷達(dá)對(duì)目標(biāo)具有可檢測(cè)性；

Saini 等對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的模糊函數(shù)進(jìn)行了研究，提出一種失配濾波方法來消除模糊函數(shù)中的干擾旁瓣。

Capria 等利用基于 DVB 電視信號(hào)的無源雷達(dá)對(duì)靠近海岸的移動(dòng)船只進(jìn)行了探測(cè)試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)基于DVB-T 的無源雷達(dá)的可行性。

Conti 等提出一種改善 DVB-T 無源雷達(dá)距離分辨率的方法，使 DVB-T 無源雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的成像和識(shí)別變的可行。2001 年德國(guó)西門子公司研制了利用 GSM 蜂窩基站發(fā)射信號(hào)的無源雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對(duì)飛機(jī)和汽車進(jìn)行成功探測(cè)，還可安裝在預(yù)警機(jī)上，對(duì)大型空中目標(biāo)探測(cè)距離超過100km。

另外新加坡、意大利等國(guó)也正在研究基于 GSM 的無源雷達(dá)。由于 GSM信號(hào)帶寬的限制，該無源雷達(dá)的距離分辨率較差約為 1.8km，而第三代（3G）蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) CDMA 的帶寬約為 1.2MHz，相應(yīng)的距離分辨率可達(dá) 122m，因此，基于CDMA信號(hào)的無源雷達(dá)的研究也相繼出現(xiàn)。

2007年Guo 等提出基于 WiFi信標(biāo)信號(hào)的無源雷達(dá)，利用 WiFi 信號(hào)探測(cè)到室外低噪環(huán)境下的目標(biāo)，隨后他們又對(duì)室內(nèi)強(qiáng)噪聲環(huán)境下的目標(biāo)探測(cè)進(jìn)行了研究。

Mojarrabi 等研究了以 GPS 為照射源的無源雷達(dá)，并在理論上計(jì)算出該雷達(dá)的最大探測(cè)距離約為 214km。

另外NAVSYS 公司利用含 109 個(gè)單元的相控陣接收天線和數(shù)字波束控制，通過提高信號(hào)增益來檢測(cè)微弱的 GPS 信號(hào)，該天線相對(duì)于單個(gè)天線的增益提高了 20dB，可檢測(cè)到單個(gè)天線檢測(cè)不到的信號(hào)。

除了對(duì)多種外輻射信號(hào)進(jìn)行研究之外，有學(xué)者還在外輻射源雷達(dá)的基礎(chǔ)上提出了新概念，譬如南非的 Inggs 提出無源相干認(rèn)知雷達(dá)的概念，該雷達(dá)由多個(gè)接收站多種輻射源（包括 FM, 手機(jī)蜂窩基站，WiFi，其他雷達(dá)等）組成，可在干擾、復(fù)雜地形環(huán)境下達(dá)到提高雷達(dá)性能的目的。各種利用不同外輻射信號(hào)的無源雷達(dá)可利用感知的方法，檢查頻譜的占用情況及感知外輻射源所處的位置信息，以改善系統(tǒng)的覆蓋性能；

波蘭的 Kulpa 提出 MIMO 無源相干定位雷達(dá)的概念，把 MIMO的概念及信號(hào)處理技術(shù)引入無源雷達(dá)，可增大雷達(dá)的監(jiān)視范圍和減少無源雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)。

國(guó)內(nèi)在上世紀(jì)七十年代末，曾進(jìn)行過利用調(diào)幅廣播能量探測(cè)目標(biāo)的研究，受限于當(dāng)時(shí)軟硬件的發(fā)展水平，僅做了一些相關(guān)試驗(yàn)，未能形成實(shí)用的系統(tǒng)。

從 2000年起，西安電子科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、南京理工大學(xué)以及中電科技集團(tuán)38研究所等單位陸續(xù)對(duì)基于調(diào)頻廣播、電視和 GSM手機(jī)信號(hào)的外輻射源雷達(dá)進(jìn)行了研究,并取得了階段性進(jìn)展，其中西安電子科技大學(xué)利用調(diào)頻廣播信號(hào)首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn) 240km 以上目標(biāo)實(shí)時(shí)航跡觀測(cè)和跟蹤。

六.無源雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，無源雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展可以歸納為以下幾方面，以探討其發(fā)展趨勢(shì)：

(1)無源雷達(dá)的外輻射源

無源雷達(dá)外輻射源信號(hào)有兩類和三種，即探測(cè)目標(biāo)如飛機(jī)和導(dǎo)彈自身攜帶的雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、應(yīng)答機(jī)等輻射源；另一類是自由空間己有的、長(zhǎng)期使用的電波輻射源，如電視、調(diào)頻廣播等，后者又包含已方的輻射源，也包含敵方非合作式的輻射源。

無源雷達(dá)常用外輻射源信號(hào)主要有：

調(diào)頻廣播信號(hào)（ＦＭ）和電視信號(hào)（ＴＶ）；早年廣播是模擬信號(hào)，如今是數(shù)字廣播信號(hào)。

同樣電視信號(hào)也是如此,如今是數(shù)字電視地面廣播信號(hào)。目前，基于地面電視、數(shù)字調(diào)頻廣播作為外輻射源的無源雷達(dá)已引起世界一些國(guó)家的廣泛重視。

在外輻射源類型上的更新主要是移動(dòng)通信、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、衛(wèi)星通信的信號(hào)。例如，手機(jī)蜂窩基站，WiFi， GSM 蜂窩基站。

新加坡、意大利等國(guó)正在研究基于 GSM 的無源雷達(dá)?；贑DMA信號(hào)的無源雷達(dá)的研究也相繼出現(xiàn)。

2001 年，Poullin提出將 COFDM 調(diào)制的 DAB 和 DVB 電視信號(hào)作為外輻射源信號(hào)，隨后他證實(shí)該無源雷達(dá)對(duì)目標(biāo)具有可檢測(cè)性。Saini 等對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的模糊函數(shù)進(jìn)行了研究，提出一種失配濾波方法來消除模糊函數(shù)中的干擾旁瓣。

模糊函數(shù)是信號(hào)研究的關(guān)鍵，它決定著距離分辨率、距離模糊間隔、距離旁瓣水平及多普勒的分辨率。

2007年，Guo 等提出基于WiFi信標(biāo)信號(hào)的無源雷達(dá)，利用 WiFi 信號(hào)探測(cè)到室外低噪環(huán)境下的目標(biāo)，隨后他們又對(duì)室內(nèi)強(qiáng)噪聲環(huán)境下的目標(biāo)探測(cè)進(jìn)行了研究。

導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)；Mojarrabi 等研究了以GPS信號(hào)為外輻射源的無源雷達(dá)，無線通信信號(hào)（包括低軌衛(wèi)星信號(hào)和高軌衛(wèi)星信號(hào)）等。

應(yīng)當(dāng)指出的是，外輻射源類型己擴(kuò)展為多種型式，這些源能照射的空間，己由低空向中空和高空發(fā)展，或許不久的將來朝臨近空間發(fā)展。另外，無源雷達(dá)使用地點(diǎn)己由固定式擴(kuò)展為移動(dòng)式，而移動(dòng)式已包括車載、艦船載和機(jī)載。這就意味著無源雷達(dá)系統(tǒng)要考慮建立外輻射源的數(shù)據(jù)庫(kù)，將己有的外在輻射源的主要參數(shù)、波形特征存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備急需。例如美國(guó)洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)“沉默哨兵”系統(tǒng),外輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)存貯了全球 5.5 萬個(gè)商用電臺(tái)、電視臺(tái)的位置與頻率信息，因此該系統(tǒng)可在世界大多數(shù)區(qū)域使用。

(2)無源雷達(dá)的工作頻段；

主要有以下幾種：

1.無源雷達(dá)的工作頻段在30ＭＨｚ到3ＧＨｚ，這類輻射源包括2.數(shù)字音頻廣播（ＤＡＢ，174～240ＭＨＺ）；3.調(diào)頻廣播（ＦＭ，88～108ＭＨｚ）；美國(guó)華盛頓大學(xué)研制的無源探測(cè)雷達(dá),調(diào)頻電臺(tái)為外輻射源；4.數(shù)字視頻地面廣播（ＤＶＢ一Ｔ，30～300ＭＨｚ和300～3ＧＨｚ）；5.衛(wèi)星通信；6.衛(wèi)星電視ＤＢＳ；7.全球定位導(dǎo)航ＧＰＳ,GPS信號(hào)具有較高的安全性和全天候工作等優(yōu)勢(shì)，GPS信號(hào)的無源雷達(dá)尚處于探索階段。

(3)無源雷達(dá)的接收天線型式；

無源雷達(dá)的接收天線型式與外輻射源類別、工作頻段、探測(cè)距離、目標(biāo)特性緊密相關(guān)。

1994 年，法國(guó)國(guó)家航空研究局；英國(guó)防御研究局釆用八木定向接收天線。

1994 年，英國(guó)防御研究局釆用八木定向接收天線,這對(duì)于電視信號(hào)作為外輻射源的接收天線是較好的選擇。

德國(guó)研制的無源雷達(dá)系統(tǒng)采用相控陣接收天線。

美國(guó)華盛頓大學(xué)研制無源雷達(dá)的對(duì)數(shù)周期接收天線和重疊偶極子天線。

美國(guó)洛克希德·馬?。↙ockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)采用相控陣接收天線。

美國(guó)洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)第三代“沉默哨兵”系統(tǒng)，所用的相控陣接收天線，采用仿生學(xué)原理，仿照蒼蠅360°“復(fù)眼”結(jié)構(gòu)，將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達(dá)站基座上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全方位全天候的監(jiān)視。

(4)無源雷達(dá)的信息處理及其算法

美國(guó)洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)采用每秒千兆次浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能并行處理器。

美國(guó)伊力諾依大學(xué)利用貝葉斯方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的聯(lián)合跟蹤和識(shí)別。另外，該大學(xué)還研究了無源雙（多）基地雷達(dá)的成像算法，采用直接傅立葉重構(gòu)（DFT）和基于 wigner-ville 分布（WVD）算法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像。

應(yīng)當(dāng)指出的是，采用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)和跟蹤算法,關(guān)系到對(duì)空中目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤距離。還關(guān)系到對(duì)目標(biāo)的顯示和成像。

(5)無源雷達(dá)的顯示與成像；

美國(guó)洛克希德·馬?。↙ockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)采用大動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字接收機(jī)和三維戰(zhàn)術(shù)顯示器.

美國(guó)伊力諾依大學(xué)利用仿真數(shù)據(jù)研究了成像算法以及發(fā)射臺(tái)的位置和系統(tǒng)配置的選擇對(duì)成像質(zhì)量的影響。

(6)無源雷達(dá)的主要探測(cè)對(duì)象(包括飛機(jī)、導(dǎo)彈)

應(yīng)當(dāng)指出的是，無源雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)要包含無人機(jī)，而無人機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，使其具有大、中、小型；高速和超高速，甚至要考慮探測(cè)高超音速飛行器；低空、高空和臨近空間，還有艦船等。

(7)無源雷達(dá)的主要性能

1994 年，英國(guó)防御研究局對(duì) 260km內(nèi)空中目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤。

1994 年，法國(guó)國(guó)家航空研究局探測(cè)到距離接收站 5 km 的目標(biāo)。

1998 年,捷克臺(tái)斯拉公司推出的“維拉（VERA）”系統(tǒng)，可同時(shí)跟蹤200 批空中目標(biāo)。是二戰(zhàn)期間德國(guó)研制的“Klein Keidelberg”雷達(dá),能探測(cè)到450 公里外的戰(zhàn)機(jī)，精度較差大約為 10km.

1994 年，法國(guó)國(guó)家航空研究局研制的系統(tǒng)跟蹤算法需要較高的信噪比，只探測(cè)到距離接收站 5 km 的目標(biāo)。

美國(guó)華盛頓大學(xué)研制無源雷達(dá),探測(cè)到 240km 處的目標(biāo)。用 GPS 來完成兩接收站間的時(shí)間和頻率同步.

美國(guó)洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá),通過測(cè)量目標(biāo)的到達(dá)角、多普勒頻移和目標(biāo)信號(hào)與直達(dá)波信號(hào)到達(dá)接收站的時(shí)間差，利用無源相干定位（PCL）技術(shù)來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位與跟蹤。對(duì) RCS 為 10的目標(biāo)的探測(cè)距離可達(dá) 220km，

近年來，美國(guó)洛克希德·馬?。↙ockheed Martin）公司 研制的無源雷達(dá)第三代“沉默哨兵”系統(tǒng)，所用的相控陣接收天線，采用仿生學(xué)原理，仿照蒼蠅360°“復(fù)眼”結(jié)構(gòu)，將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達(dá)站基座上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全方位全天候的監(jiān)視。

“沉默哨兵”分為固定站系統(tǒng)和快速部署系統(tǒng)，另外，該雷達(dá)還可安裝在飛機(jī)和艦船上，能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等空中目標(biāo)的高精度探測(cè)，能對(duì) 200 多個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)同時(shí)跟蹤，并能區(qū)分出間隔 15m 的兩個(gè)目標(biāo)。該系統(tǒng)還曾捕獲 250km 外美國(guó)空軍的 B-2 隱身轟炸機(jī)。

總之，無源雷達(dá)的主要技術(shù)指標(biāo)體現(xiàn)在：探測(cè)距離遠(yuǎn)、高精度、實(shí)時(shí)探測(cè)多目標(biāo)（包括飛機(jī)、導(dǎo)彈）、全方位、全天候的監(jiān)視、可以固定式和快速移動(dòng)式並存、可安裝在地面、飛機(jī)和艦船上。

(8)無源雷達(dá)的研究熱點(diǎn)

無源雷達(dá)無法準(zhǔn)確控制外輻射信號(hào)的波形和發(fā)射方向，目標(biāo)回波信號(hào)受到較強(qiáng)的地雜波和多路徑干擾，無源雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行微弱目標(biāo)檢測(cè)時(shí)存在一定的困難。有效的干擾抑制技術(shù)成為無源雷達(dá)微弱目標(biāo)檢測(cè)過程中急待解決的關(guān)鍵課題.目前抑制這些干擾的方法是合理配置系統(tǒng)、優(yōu)化天線設(shè)計(jì)、接收站的地形選擇和信號(hào)處理方法等。

電磁干擾的抑制是電磁兼容學(xué)科的研究范疇，可采用接地、濾波、屏蔽等多種方法綜合處理。

多平臺(tái)和單平臺(tái)情況下，利用到達(dá)方向、到達(dá)時(shí)間差、多普勒頻率差、相位變化率 等多個(gè)參數(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無源定位的方法、定位算法、定位精度和性能的研究，也已成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。

多站數(shù)據(jù)融合、多傳感器檢測(cè)的多參數(shù)數(shù)據(jù)融合、多頻段同時(shí)輻照目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)優(yōu)化和數(shù)據(jù)融合、超寬帶接收數(shù)據(jù)融合等技術(shù)更新，以提高無源雷達(dá)的探測(cè)和跟蹤精度和分辡率。

雷達(dá)系統(tǒng)的電子掃描速度和數(shù)據(jù)采集速率己成為諸多領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸，尚難攻克這一難題。

(9)無源雷達(dá)的應(yīng)用

無源雷達(dá)的應(yīng)用既可用于軍事，也可作民用。它主要包括：

監(jiān)視港口、機(jī)場(chǎng)、發(fā)電廠、水廠和其它要害部門；空中交通管制；軍事上可以反隱身飛機(jī)；反隱身巡航導(dǎo)彈；抗反輻射導(dǎo)彈；抗敵方偵察；反干擾；反低空突防；

總之，無源雷達(dá)具有隱蔽性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、造價(jià)低廉、抗敵方偵察和反隱身等特點(diǎn)。無源雷達(dá)具有反偵察、反干擾、反隱形飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈、抗反輻射導(dǎo)彈、反低空突防方面等諸多優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)代雷達(dá)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。因而受到了各國(guó)的重視。能夠在極為惡劣的戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中生存,因而引起了業(yè)內(nèi)專家和軍事專家的廣泛關(guān)注。

對(duì)輻射源目標(biāo)的無源定位在航海、航空、航天、電子戰(zhàn)等領(lǐng)域都具有十分重要的地位和作用。