1.3　双/多基地雷达探测技术的发展

1.3.1　双/多基地雷达信号理论

双/多基地雷达发展至今，采用过的信号形式包括步进频连续波、伪随机编码连续波、线性调频连续波（LFMCW）、单载频脉冲、线性调频（LFM）脉冲信号等。早期的双/多基地雷达均采用连续波，主要利用在目标穿越雷达基线过程中，接收机内目标回波信号与直达波信号的多普勒频率差异，通过平方律检波，提取目标回波信号与直达波信号之间的差拍信号来检测目标，对目标的运动参数估计主要是通过组成双基地前向散射雷达网来实现的。

现代双基地雷达多采用脉冲、伪随机编码连续波、大时宽-带宽积的LFM信号以及LFMCW信号。由于国内外学者在脉冲信号特点和系统体制等方面均有深入的研究，所以双/多基地雷达大多采用脉冲信号。Tsao研究了脉冲体制的双基地雷达模糊函数，得出了模糊函数形状受目标位置影响的结论。陈卫东等人建立了宽带条件下的双基地雷达目标回波模型，进而提出了宽带双基地雷达模糊函数，但其没有考虑加速度因素。以赵宏钟等人提出的单基地雷达加速度模糊函数概念为基础，张南研究了双基地雷达几何配置对加速运动目标探测性能的影响，提出了双基地雷达距离-速度-加速度模糊函数的概念，并以单载频矩形脉冲信号为例，给出了在不同几何配置情况下的速度模糊图和加速度模糊图。Ivan Bradaric等人以多基地雷达距离-速度模糊函数为工具，对多基地雷达系统进行分析和设计，通过波形选择、传感器部署、接收机信号加权这三种方式以及其联合使用来改善雷达系统的性能，例如分辨能力，从而达到了改善目标分辨性能的目的。但这些研究仅关注空间非相关多基地雷达，对于空间相关的情况并没有考虑。Thomas Derham等人研究了空间相干和非相干多基地雷达的模糊函数，采用一种新的绘图方式表现多基地雷达的分辨率。这些工作为双基地雷达在信号处理和波形设计方面提供了理论依据。

1.3.2　双/多基地雷达超低空目标探测技术

根据前向散射原理，目标的前向散射雷达截面积与双基地角密切相关，当双基地角接近180°时，目标的RCS达到最大值。双基地雷达由于采用收、发分置方式，在对低空目标探测时，具有单基地雷达无法比拟的优势。

国防科技大学孙仲康教授团队在20世纪90年代，研究了空地双基地雷达系统分别在无干扰和有干扰条件下的探测范围。进入21世纪，空军工程大学张小宽等人分析了双基地雷达对金属椭球体的低空探测能力，指出在低空范围内，双基地雷达探测弱信号目标的能力明显优于单基地雷达。该团队进一步对临近空间双基地雷达的探测范围进行了分析，但是该配置下超低空区域的双基地角相对较小，不利于对超低空目标的探测，同时在临近空间配置大功率的发射机会有极大的成本和被发现的概率。但以上研究对双基地角接近180°时的雷达的探测性能尚未深入分析。李根等人综合考虑了双基地角接近180°及不同双基地角下目标RCS等因素，分析了距离探测精度随双基地角的变化关系，发现地基双基地雷达的探测盲区主要分布在超低空区域，而空地双基地雷达将探测盲区转移到了低空和中低空区域。因此，用空地双基地雷达作为现役单基地雷达的超低空补盲雷达有极大的应用价值。

1.3.3　双/多基地雷达空中弱目标探测技术

自1981年美国宣布成功研制F117隐身飞机以来，隐身与反隐身技术的研究引起了先进国家的高度重视。从隐身目标特性来看，其隐身原理主要通过减小探测雷达仰视和前视时的雷达有效散射截面积来实现。研究表明，各类隐身飞行器的RCS均很小，均在零点几平方米量级及以下，但是在雷达侧视或俯视时，RCS将增大，尤其对于各类飞机，相对于鼻锥向，其正侧向的RCS值将增大10～100倍。同时，隐身目标对探测雷达的隐身效果随频段而变化。因此，通过选择合适的工作频段，利用双/多基地雷达探测体制从上方进行俯视探测，利用运行在不同轨道面的天基雷达，能够提高探测空中目标尤其是弱目标、隐身目标的能力。

总体而言，针对空中弱目标、隐身目标探测，主要有天发-机收双/多基地雷达探测、天发-地收双/多基地雷达探测、机发-机收双/多基地雷达探测等模式。

1985年，有人曾提出过一种天基战术防空监视雷达的设想，发射站是20m的S波段相控阵雷达，放在地球同步轨道上，利用一个或多个地面接收站接收信号。1997年，美国罗姆空军基地和MITRE公司提出了多种天-地双基地雷达系统方案，在距地面36000km的上空建立卫星照射平台，并利用无人驾驶飞机或低轨卫星作为接收站，构成天地双/多基地雷达探测系统。德国对双基地雷达的研究在20世纪90年代以后正在全面迎头赶上。1995年，针对以GPS导航卫星为发射源的多基地雷达系统开展了研究。2002年，Hugh D.Griffiths等人以2002年欧空局发射的ENVISAT卫星上携带的合成孔径雷达ASAR作为发射源，接收机固定于地面上，开展了目标探测实验。

随着双/多基地雷达弱目标、隐身目标探测的优势逐渐显现，国内学者也展开了广泛研究。空军工程大学张小宽等人根据隐身目标的电磁散射特性和雷达相关技术参数，定义双基地反隐身探测覆盖系数和保精度系数，构建了基于这2个参数的双基地制导雷达反隐身探测效能评估模型。进一步以F117A为典型隐身目标，研究了计算隐身目标双基地雷达探测区域的方法。王喜等人以机载平台作为基地，综合火控雷达技术和双基地雷达体制提出机-机双基地雷达系统，分析了该系统在抗隐身目标、抗干扰、抗欺骗等方面的优势。

近20年来，利用广播电视、通信基站、导航和通信卫星、无线局域网络等照射源进行目标探测的无源雷达逐渐受到人们重视，并成为新型探测技术的研究重点。无源雷达系统可以双基地模式工作，也可以多基地模式工作。美军无源雷达探测态势图如图1.5所示。

图1.5　美军无源雷达探测态势图

在无源雷达系统中，以通信卫星作为外辐射源是研究天-地双/多基地雷达的一个非常重要的方面。1992年前后，Hugh D.Griffiths等人公布了利用卫星直播电视信号作为发射信号的天地双基地雷达方案。美国在2012年研究了双基地雷达被动定位系统，发射机选用地球同步轨道的XM广播卫星，载频为S波段，带宽为2MHz。基于广播卫星的双基地雷达接收系统如图1.6所示。

此外，利用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）信号的天地双/多基地雷达探测系统受到越来越多的关注。GNSS包括GPS（Global Position System）、伽利略（Galileo）、格洛纳斯（GLONASS）、北斗等卫星导航系统。目前，美国NASA、科罗拉多大学、约翰斯·霍普金斯大学，法国空间技术实验室，英国萨里大学，日本东京大学，澳大利亚新南威尔士大学等，都对导航卫星的反射信号进行了深入细致的研究。其中，美国和英国的研究工作在国际上处于领先地位，且美国NASA已把该研究计划列入最有发展前途的新技术项目之一。

图1.6　基于广播卫星的双基地雷达接收系统

1.3.4　双/多基地雷达密集多目标检测与分辨技术

利用双/多基地雷达的空间分集特性有望有效解决不可分辨测量的问题，但这方面的研究到目前为止比较有限。Nadarajah Nandakumaran考虑如下复合双基地雷达配置：在一个单基地雷达系统（发射机和接收机协同配置）的基础上，添加第二个（双基地）接收机，单基地雷达系统作为首要的探测传感器，而双基地接收机辅助其对目标进行探测。从而，发射机关注区域被单基地雷达接收机的圆环形距离单元和双基地雷达接收机的椭圆环形距离单元划分为栅格。基于当前常规雷达系统距离上的高分辨性，假设这些栅格足够用以分辨目标（即假设每个栅格最多存在一个目标），融合两个接收机的信号建立似然函数，使两个接收机接收信号的似然比最大化的对应于某栅格的目标的幅度被确定后，将这个最优值与门限进行比较即可得出最后的探测结果。其不足之处在于只考虑了Swerling Ⅱ型目标和目标径向距离信息的利用，对于如何改善探测性能没有作进一步的研究。

当前的研究有一些利用双/多基地雷达改善目标定位和分辨率的例子，Thomas A.Seliga等人利用多基地雷达消除多路径假目标的影响；Shaun R.Doughty讨论了多基地雷达分辨率的概念，并和单基地雷达的情况进行了比较：通过数据融合可以有效地改善雷达的距离分辨率，文中用到的数据是俯仰方位上的距离信息，对二维或三维速度信息的融合利用是可以进一步拓展的工作。闵涛等人提出了基于距离信息的T/R-R复合双基地雷达信号融合方法，利用复合双基地雷达径向距离上的信息解决一维角度上的不可分辨性，并在此基础上，进一步研究了多基地雷达密集多目标检测方法和空间多基地雷达分辨能力提高方法。

归纳起来，双/多基地雷达密集多目标探测主要利用多基地雷达系统的空间分集特性，使得其在密集多目标存在性检测等方面相比单基地雷达具备一定的优势，有望在目标起伏、噪声影响比较大的情况下取得更好的性能。