车载射频传感器发展趋势分析

基于当前各类装备平台信息化设备的多功能多任务发展趋势，射频综合化一直以来在美国陆、海、空各军种中都受到极大重视和大力发展。在空军方面，针对机载航空电子系统的信息化要求越来越高的趋势，美国空军先后开展了“宝石柱”计划、“宝石台”计划和ISS计划（图5-13）。其研究成果已应用于F-16和F-35战机，形成装备。结果表明，在传感器领域采用通用模块、资源共享及重构设计概念后，航电系统的电路模块由63种减少到21种，造价和重量减少了一半，可靠性提高陔3倍，功耗降低了2/3。

在海军方面，1996年海军研究局启动先进多功能射频系统项目，后演变成为先进多功能射频概念（AMRFC），并于2004年通过了平台测试。该项目演示验证了各种舰载射频功能的综合集成。多功能、一体化的设计减少了舰船上天线的数量，大大提高了军舰的隐身性能。图5-14给出了多功能射频概念的示意图，以及在射频资源整合和功能综合集成后舰艇所具备的多项功能。

图5-13　美国空军射频综合化项目

图5-14　美国海军综合射频项目

在陆军方面，美军针对陆军装备的特殊性，也在积极地进行射频综合化研究。其首先在发展新一代战车系统时应用了综合射频雷达系统的概念，对坦克战车上的电子系统进行整合，以提高电子系统的综合性能，减少系统的空间和质量。典型的“未来战斗系统”，尽管因诸多原因下马，但其对战斗车辆的射频综合化具有典型的意义，并将研究成果应用于装备研发中。如图5-15所示，对战斗车辆的射频综合化整合了卫星通信系统、战斗识别系统、车际通信系统、前视防撞系统、多功能雷达系统、无线电通信系统等多个系统，通过相应的天线，在射频接收单元对这些系统的信息进行融合，最终在信息处理单元完成整车电子系统的信息综合。据统计，应用了综合射频传感器之后，其成本、体积、质量为原来独立系统的1/2，可靠性为3倍，功耗为2/3。

图5-15　美军新一代战车综合射频系统概念图

美陆军在综合射频方面的研究不仅局限于陆基车辆平台；在无人平台、火炮平台、防空平台和单兵装备等方面，美军方都在进一步论证完善综合射频系统概念，并致力于以统一的综合射频架构对整个陆军装备的信息化设备进行规划和整合，从而改善其目前陆军装备信息化和数字化发展过程中所面临的问题和困境。因此，目前车载平台射频传感器装备主要有以下几个发展趋势。

1.射频综合趋于功能可扩展、系统可重构

射频综合化的发展，将不仅是针对单个作战平台的综合，而且是针对作战体系中的多个作战平台的射频综合，将具备可扩展、可重构、多功能的特征。美国军方在发展射频综合化技术的基础上，非常注重对可扩展系统概念的研究和应用。2008年美国海军部门开展了Intop计划，以支持开发可扩展多功能综合射频系统。该系统采用模块化、开放式设计，能够通过基本孔径模块的扩展应用于多级军舰、陆基雷达和无人机平台的集成电子战、雷达和通信功能的可扩展多功能综合孔径。在相关报道中，其构建了囊括护卫舰、武器定位雷达和无人机3种平台的作战场景，将基本孔径单元的扩展和重构用于护卫舰、地基武器定位雷达和无人机（C-RAM作战场景）的多功能孔径，实现了3种不同平台雷达、电子战和通信等多种功能的综合，并构建出3种平台协同作战的联合作战模式，如图5-16所示。

图5-16　可扩展多功能综合射频系统(www.xing528.com)

（a）作战场景；（b）功能说明；（c）联合作战方式

美国海军为满足新一代战舰探测的需求，提出双波段雷达概念（图5-17），即前端采用工作于两种波段（X波段和S波段）的AESA有源电扫描阵列天线，与后端的共用设备构成一体化综合雷达系统，实现本舰协同探测能力，系统包括了AN/SPY-3型X波段多功能雷达（雷声公司研制）、AN/SPY-4型S波段远程体搜索雷达（洛·马公司研制）。

图5-17　DBR双波段雷达

美国空军启动的MP-RTIP项目（多平台雷达技术插入计划），将对空和对地探测综合在一起，采用AESA有源电扫描阵列雷达，通过射频组件的不同扩展形式应用于不同平台。其中，应用在“全球鹰”无人机的雷达系统采用4片射频组件构成，固定翼机E10A和直升机平台的雷达系统则采用10片射频组件构成。

2.战场感知趋于组网化、协同化、综合化

传统的车载多传感器信息融合系统，基本集中在单车多传感器融合方面。这种系统一方面易于受敌方打击，导致被攻一点而伤全身的局面；另一方面，受车载系统体积和功耗限制，各种探测系统也难以做到协调统一工作。随着无线网络技术，特别是低功耗无线自组织网络技术的飞速发展，利用多车构成网络化的多传感器融合系统成为可能。这种网络化的系统极大地增强了系统的可扩展性和可维护性，增强了系统的灵活性，并且可方便地进行信息共享，使得分布式的融合系统结构更易于实现，提高了系统的可靠性、故障容错能力和抗打击能力，且基于网络的信息融合系统允许融合中心具有处理远程传感器测量数据的能力，扩大了探测范围。因此，网络化的多传感器融合系统已经成为一个重要的发展趋势，其应用范围和作用在不断扩大。

3.电子对抗趋于分布式、协同化

坦克装甲车辆在新的作战环境下的防护需求不断提升，在传统装甲被动防护的基础上，主动防护系统逐步被认可和接受，并在近些年得到了较大发展，一向不重视地面武器主动防护系统发展的西方国家也一改前例，在2004年和2006年的“欧洲萨托利陆军装备展览会”上，法国和德国都展出了各自设计的主动防护系统。由此不难看出，坦克装甲车辆主动防护系统已经成为坦克装甲车辆防护的发展趋势。

主动防护系统是坦克装甲车辆用于拦截、摧毁或者干扰敌方来袭弹药的智能化自卫系统，分为以弹药对抗为主的“硬杀伤”和以干扰对抗为主的“软杀伤”两种类型。其中“软杀伤”手段由于其较高的作战效费比，更是受到了各军事强国的重视。

但目前干扰系统在集群作战中受到了较大的限制。例如，在某次对抗试验中，1部干扰机可以对4部雷达形成有效干扰，而4部干扰机却无法对10部雷达形成有效干扰，依然使得武器系统能够达到火力发射条件，多部干扰机的干扰效果竟然小于单部干扰效果的简单叠加。究其原因，在于多部干扰机形成的干扰网络，没有进行数据融合、形成统一的威胁态势，从而无法对网络中的干扰机进行有效的任务规划，使得干扰机在选择干扰目标时，具有一定的盲目性。在多部雷达独立工作的情况下，多部干扰机尚不能达到预期的干扰效果。目前，随着雷达组网系统的出现，雷达的探测精度得到了进一步提高，抗干扰性能也大幅提升。例如，集中式雷达组网系统可以根据同源检测准则剔除假目标；分布式雷达组网系统可以根据航迹关联消除由于干扰而形成的虚假航迹；同时，在受到压制类干扰时，雷达组网系统采用无源侦察可以得到精度稍低的目标探测结果，用以应对采用距离-速度欺骗干扰的平台自卫干扰机。

4.信息传输向多样化、网络化发展

传统装甲平台的通信方式以低速率的语音通话为主。在现代战争中，为了满足陆军空、天、地，有人无人，以及车间等不同协同作战需求，未来陆航机载平台需要发展多样化网络通信能力，包括：发展自组网通信，满足车间协同作战时实时高容量信息传输需求；发展无人控制保密数据链，实现己方有人对无人的绝对控制和战争感知信息的实时共享；发展远距离空地数据链和卫星通信，实现空、天、地战场行动的协调一致。