低截获概率雷达（LPI） 留言

低截获概率(LPI)一词被用来表示截获接收机探测到来自雷达系统的发射信号的概率很低，其他含义基本相同的术语还有低探测概率(LPD)和低发现概率(LPE)等，其目的是使雷达系统发射信号到达电子对抗支援系统(ES)的功率低于其检测阈值，而雷达系统同时仍能在其作用距离上有效检测目标：“看得到对方但不会被对方发现。”

在LPE的情况下，信号可能足够强到可以被检测到，但它因为太弱而无法识别。考虑目标自身携带雷达告警接收器的特定情况，雷达到截获接收机的距离与从雷达到目标的距离是相同的，此外，截获接收机和目标都位于同一个雷达天线波束内。

LPI雷达的设计目标

LPI雷达的设计目标是雷达能探测到目标的距离大于能够被截获接收机截获的距离。对于未来的空战，LPI是必不可少的。

在常规飞机上LPI能够避免电子对抗，在隐身飞机上，LPI额外增加攻击突然性和探测优势。在这两种类型的飞机中，LPI还会减少反辐射导弹击中的机会。

在讨论LPI雷达时，必须具体说明可使用的截获接收机的特性，同一个雷达对这类截获接收机来说是低截获雷达可能对另一个类型的接收机却不是。

最有效达到低截获目的的方法就是根本不发射雷达信号。这个策略可以通过在时间上限制雷达发射，并且控制雷达功率小到仅仅刚刚能够完成目标探测任务的程度。尽可能使用附带情报和侦察信息，通过仔细的任务规划，空勤人员可以让雷达只工作几分钟甚至几秒钟就能完成整个任务。

在空对空作战的情况下，机组人员有意识得持续使用飞机上的被动传感器是必要的，如RWR或ESM系统、红外搜索跟踪设备、前视红外设备。当探测到一个潜在的敌人飞机时，雷达可以开机用来完成距离测量和高精度的角度测量，这些都是被动设备无法完成的。但雷达应该只在短时间内进行操作，只搜索被动传感器指示的可能存在目标的区域。

因为雷达系统探测给定目标的距离与发射信号功率之间是四分之一次方的关系，而截获接收机能够探测到一个雷达的距离与该雷达的发射功率是平方根的关系，这样雷达截获接收机与雷达相比具有作用距离上的巨大优势。雷达设计者有以下几个方面可以克服截获接收机的这个优势。

采用相参积累降低峰值功率

要使截获接收机有效地探测到信号，必须根据到达角、射频、PRF和脉宽等参数来识别信号源。为了满足这一要求，目前的截获接收机通常检测单个脉冲。因此，它几乎不需要信号积累，它主要对辐射源的峰值发射功率敏感。

另一方面，雷达不受这种要求的限制。通过对接收到的长周期回波进行相干积累，探测目标所需的峰值功率可以大大降低，从而降低雷达信号的被检测概率。

采用扩展带宽来降低峰值功率

这是一种源自“扩频”通信系统的想法。在“扩频”系统中，采用发射机和接收器都已知的“扩展码”将功率分散到任意大的带宽范围内。不知道扩频码的截获接收机可能会发现通信信号的频谱密度低于热噪声，而没有注意到该信号的存在。

同样的思路也适用于雷达，但距离分辨率对信号带宽的依赖也必须考虑。相干处理带宽越宽，距离分辨率越高：dR=c/(2B)。

式中c是传播速度，B是在相干处理间隔的信号带宽（也称为瞬时带宽），这意味着雷达系统不能像通信系统那样使用任意宽的带宽。

例如，为了区分距离30米的两架紧密编队的战斗机，B必须在5MHz左右。下图显示了距离分辨率与带宽的关系。

假定B=1GHz，雷达的距离分辨率为15cm。这意味着目标回波在15cm范围内可分辨，称为距离单元。75米范围内目标的回波在将分布在500个距离单元上。这种在多个距离单元间的回波扩展减少了单个距离单元中的雷达散射截面（从而降低了可用的信噪比）。

由于这个原因和其他原因，雷达设计中需要使用适合其功能的距离分辨力。这通常导致选择10MHz或以下的相干带宽(10MHz对应于15m的距离分辨率)。从这个意义上说，现今没有所谓的“扩频”雷达，发射的信号也会被接收，所产生的距离分辨率取决于带宽。

战术雷达（预警、火力控制、目标获取、目标跟踪、空中拦截）具有典型的表中应用1和2的带宽要求，即10MHz以下。一些战术雷达和多功能雷达可能有成像模式（表中的应用3）。

在现代截获接收机中，每个信道的瞬时带宽通常选择接收机需要进行时间和到达角测量的最窄脉宽所对应的带宽。另一方面，雷达接收机瞬时带宽则需要与其发射信号匹配。当截获接收机采用数字信号处理，很可能会同时使用不同的信道带宽来检测不同类型的威胁信号。

虽然雷达的相干带宽一般由其功能决定，但频率捷变（载波频率从一个相干处理间隔到另一个相干处理间隔时发生改变）可以使雷达信号占据更宽的频带，从而使截获接收机完成任务变得更加困难。

采用高增益天线降低峰值功率

相比于雷达告警设备，能够使用大的定向天线是雷达的一个优势。当然在发射信号过程中，高增益天线对于雷达和雷达告警设备来说都是有好处的，但在接收过程中，雷达天线的大截获面积提供了高增益，在同样探测灵敏度下使用高增益天线要比使用低增益天线的雷达的峰值功率要低一些。

针对那些依靠探测雷达天线旁瓣发射信号的截获接收机，雷达天线除了具有高增益和大截获面积外，还具有主瓣增益与旁瓣增益相差很大的优点。这使得像EA系统接收机、地面DOA、ELINT系统以及反辐射武器等依赖于探测雷达天线旁瓣发射的截获接收机变得很复杂。

所有这些天线增益特性都可以用来换取降低峰值功率。受飞机尺寸的影响，机载雷达天线尺寸一般受到限制，且其副瓣的减小程度相对较小。为了实现LPI，峰值旁瓣增益应该比主瓣增益降低至少55分贝，相对于峰值主瓣增益。

实现LPI旁瓣峰值增益应尽可能低，比较低的情况下能够达到-55dB的量级。

其他降低峰值功率的方法

雷达中能够增加探测距离的同时用来降低发射的峰值功率的其他功能通常包括：

• 高占空比（连续波雷达系统达到100%的极限）；

• 低接收机噪声系数（类似的噪声系数也可用于截获接收机）；

• 低接收损耗。

可以指出，低传输损耗对LPI没有好处，因为除非雷达在最大距离工作，否则无论这些损耗如何，峰值发射功率都可以设置为LPI的期望水平。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）