第1章 绪论
辐射源的无源测向与定位技术是获取情报的重要手段，属于电子战中电子侦察的范畴。本章主要介绍电子战、电子侦察的基本概念，以及无源测向与定位的概念与发展概况。
1.1 电子战与电子侦察
电子战是现代战争的重要形式之一，其基本概念是在电磁空间领域，交战双方围绕电磁频谱的控制权、使用权而展开一系列较量，其主要目的是获得电磁频谱的控制权、使用权，削弱和破坏敌方对电磁频谱的控制权、使用权。电子战的应用范围较为宽泛，贯穿于信息产生、传输、利用的全过程。按照涉及的主要技术，电子战可分为雷达、通信、光电、导航、敌我识别、计算机网络、指挥控制网络等电子战系统；按照使用范围，电子战可分为战术、战略级别的电子战系统，分别针对不同的战术、战略目标和对手；按照使用流程，电子战又可分为电子侦察、电子攻击、电子防御三种。
电子侦察是利用电子设备对敌方通信、雷达、导航和电子干扰等设备所辐射的电磁信号进行接收、识别、分析和定位，从中获取情报，或以此为依据实施电子对抗和反对抗的措施。显然，对辐射源信号的无源测向与定位，是电子侦察的重要内容。根据任务和用途的不同，电子侦察可分为电子情报侦察和电子支援侦察。
电子情报侦察属于战略侦察，是通过有长远目的的预先侦察来截获对方的电磁辐射信号，并精确测定其技术参数，全面地收集和记录数据，进行综合分析和核对，以查明对方辐射源的技术特性、地理位置、用途、能力、威胁程度、薄弱环节，以及敌方武器系统的部署变动情况和战略战术意图等，从而为战时进行电子支援侦察提供信息，为己方有针对性地使用和发展电子对抗技术、制定军事作战计划提供依据。为了不断监视和查清对方的电子环境，电子情报侦察通常需要对同一地区和频谱范围进行反复侦察，而且要求具有即时的与长期的分析和反应能力。但是，它主要着眼于新的、不常见的信号，同时证实已掌握的信号，并了解其变化情况。由电子情报侦察所收集的情报力求完整准确，利用它可以建立包括辐射源特征参数、型号、用途和威胁程度等内容的数据库，并不断以新的数据对现行数据库进行修改和补充。
电子支援侦察属于战术侦察，是根据电子情报侦察所提供的情报在战区进行实时侦察，以迅速判明敌方辐射源的类型、工作状态、位置、威胁程度和使用状况，为及时实施威胁告警、规避、电子干扰、电子反干扰、引导和控制杀伤武器等提供所需的信息，并将获得的现时情报作为战术指挥员制订当前任务的基础，以支援军事作战行动。对电子支援侦察的主要要求是快速的反应能力、高效的截获概率，以及实时的分析和处理能力。
电子侦察不是直接从敌方辐射源的使用者或设计者获得情报，而是在离辐射源很远处，依靠直接对敌方辐射源的快速截获与分析来获取有价值的情报。电子侦察本身并不辐射电磁能量，因而具有作用距离远、侦察范围广、隐蔽性好、保密性强、反应迅速、获取信息多、提供情报及时和情报可靠性高等特点。但是，电子侦察也有其局限性，主要是完全依赖于对方的电磁辐射，而且在密集复杂的电磁环境中信息处理的难度较大。
1.2 无源测向与定位
根据电子侦察的定义，电子侦察既要完成对信号本身参数的测量与识别；也要完成对信号辐射源位置属性的测量与掌握，包含对目标的测向与定位。显然，对目标的无源测向与定位是电子侦察的重要内容之一。相比于传统的雷达系统，无源测向与定位系统具有定位作用距离远、成本低、隐蔽性强的优势，因此具有重要的理论和实践意义。在现代电子战中，其主要作用体现在：通过确定目标位置了解敌方的军事部署，掌握敌方的态势信息，有利于反辐射导弹的引导攻击。因而，无源测向与定位技术一直是近年来研究的热点。
从概念上来讲，无源定位是指在观测站自身不发射任何电磁波信号的条件下，完全被动地接收辐射源目标的电磁波(包括可见光和红外线)，测量这些电磁波的各项参数，然后确定目标的位置和运动状态信息。因此，无源定位系统具有很好的隐蔽性。同时，无源定位系统由于单程接收目标发射(也可能是反射或散射)的直射波，可以获得比雷达远得多的侦察距离，这使得该系统可以在雷达作用距离以外就能提早发现目标，具有更远的探测距离。无源定位是现代一体化防空系统、机载对敌、对海攻击及对付隐身目标的重要组成部分，对于提高武器系统在电子战环境下的生存能力和作战能力具有重要作用，同时在航海、航空、宇航、侦察、测控等方面扮演着重要角色。除此之外，从物理结构上来讲，无源定位由于只需要接收，不需要发送，因此成本较低。
从技术上来讲，无源定位一般都是在一定观测量基础上完成的。按照观测量的不同，常见的无源定位体制可分为基于波到达方向(direction of arrival， DOA)、到达时间差(time difference of arrival， TDOA)和到达频率差(frequency difference of arrival， FDOA)，以及联合其中两种或者三种观测信息的定位体制。昀常见的基于 DOA的定位系统是单站测角定位法、多站测角交叉定位法；昀常见的基于 TDOA的定位系统是三站/四站时差定位法；仅仅利用 FDOA观测量的定位系统并不常见，因为 FDOA一般都是和 TDOA伴随发生的。常见的包含 FDOA观测量的是多站时频差定位系统，典型的应用是双星时频差定位。在联合多观测量的定位体制中，昀常见的是测角与时差相结合的定位法，测角与时频差相结合的定位等。
无源测向是无源定位的前提之一，既可以辅助定位，也可以独立工作，其主要作用如下：
(1)用于分选信号流。为了抗干扰、反侦察等，雷达的各项信号参数如载频、重频、脉宽等目前趋向于快速随机变化，使得同一雷达发射的脉冲串中，唯有方位参数是较稳定的。这是因为雷达载体的运动速度不可能太大，在雷达发射一串脉冲的时间内，相邻脉冲到达角一般变化不大，从而根据方位参数容易分选不同雷达发射的脉冲串。
(2)作为定位的必需参数。在测角交叉定位中，对辐射源进行无源定位需要两台(或更多台)侦察设备，将其配置在不同位置上，对同一雷达分别测出方位参数，进而利用交叉定位方法，确定雷达的位置。
(3)在方位上引导干扰机。为了将干扰能量集中在威胁雷达所在的空域，需要由侦察设备测向系统给干扰设备提供雷达的方位参数。
(4)为反辐射导弹或告警和回避系统提供雷达的角度信息。反辐射导弹和窄视野系统(如电视跟踪系统、激光测距仪等)通常只需要侦察系统提供的角度(方位角、俯仰角)信息就可以工作。告警和回避也是各种机动设备必备的自卫手段。
1.3 无源测向与定位发展概况
辐射源无源定位技术是获取情报的重要手段，因其在战场的重要应用，受到国内外的广泛关注。随着技术的不断进步，系统的反应速度、定位精度及复杂环境适应能力等方面得到了显著提高，在现代军事电子系统中的作用不断提升。
20世纪60年代，无源定位系统得到了足够的重视和长足发展。为了对付美军的雷达制导导弹，捷克开始研究无源定位系统，尤其是其第三代无源定位探测系统“塔玛拉”。1999年3月27日，据公开报道，美军一架 F-117“夜鹰”隐形战斗轰炸机被击落，该系统打破了 F-117隐形的金身。第三代无源定位探测系统由四个观测站组成，分别是中心观测站，左右两观测站及地面雷达，其截获目标的电磁信号，提取目标到达各观测站相对中心站的 TDOA，从而快速计算后确定目标、实施打击。这是典型的基于 TDOA的长基线多站无源定位系统[1]。
随着无源定位技术的发展，继“塔玛拉”之后，捷克又研究了其相同定位体制的升级产品“维拉”-E，该升级产品具有精确的电磁信号“指纹”识别系统，昀大探测距离达450km，并且能够同时跟踪200个辐射源目标[2]，如图1-1和图1-2所示。另外，与“维拉”-E相似的“铠甲”无源定位探测系统也包括三个观测站和一个中心处理站，其中心处理站具有强大的数据存储、处理能力，而且机动性较强，如图1-3所示。利用了联合 DOA和 TDOA定位体制，可对多种目标，如多普勒雷达、火控雷达等发出的电磁信号进行识别，尤其是对空中目标的识别率可达90%[3]。
图1-1 “维拉”-E无源雷达探测系统
俄罗斯研制的“卡尔秋塔”无源定位探测系统利用单站旋转天线昀大信号测向法、三站交叉定位体制进行目标探测，测向精度优于0.7°，昀大探测距离能到650km，可对机载、舰载和陆基电子设备的100种辐射信号进行接收、分析与识别[4]。随后，以色列研制出 EL-L8300G无源定位系统，该系统是一种高精度测角装备，利用三站短基线联合 TDOA和旋转天线实现单脉冲测角对目标定位，其测角精度为0.4°，方位覆盖100°，可以自动跟踪80个机载雷达目标[5]。
图1-2 “维拉”-E无源雷达探测系统工作示意图
图1-3 “铠甲”无源定位探测系统
1990年，海湾战争期间，美军 RC-12系列飞机参加了实战，如图1-4所示。该侦察机搭载了军用级别的空中信号情报采集和定位系统，包含了改进的“护栏 V”(improved guardrail-V， IGR-V)、通信高精度空中机载定位系统(communication high accuracy airborne location system， CHAALS)，以及高级快读记录遥测装置(advanced quicklook， AQL)。后来又出现 CHAALS的拓展版，其具有强大的目标指示能力，由于运用了 TDOA和 FDOA联合定位参数信息，并且采用了先进的电子技术和分布式处理技术来改进性能，大大减小了其多平台下数据传输、处理的负担，可以在战场中针对高价目标实施精准定位和打击[3]。
图1-4搭载空中信号情报采集和定位系统的 RC-12系列飞机
1991年8月，波音公司向美国军方交付首架 F-16CJ(Block 50)战斗机，如图1-5所示。该战机是优秀的轻型战斗机，后来美国向希腊出口的 F-16CJ战斗机已获准装备 AN/ASQ-213高速反辐射导弹(high-speed anti-radiation missile， HARM)瞄准系统(HARM targeting system，HTS)。该系统主要结合采用 TDOA定位技术的 R6型及 FDOA定位技术的 R7型，提升了对“时敏目标”的快速定位能力，而且系统原为美国空军研制的专用接口吊舱载系统，重约40.8kg，装在 F-16CJ战斗机的吊架上，可检测、识别和定位雷达辐射源，为 AGM-88“哈姆”HARM发射时提供数据，使“哈姆” HARM依据这些参数以昀有效的“距离已知”方式攻击雷达辐射源[6]。
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