超级军网闲扯雷达
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/20 20:44:16
从中国余数定理开始
有一堆桃子，两个人分多一个，三个人分少一个，五个人分多两个，请问一共有多少个。很久以前碰到过这个题目，不过当时不知道这是大名鼎鼎的中国余数定理的一个例题，只是当作大人作弄我们这些个小聪明的一种手段。知道这个定理的时候是很久之后的事情了……
再次相遇是在雷达技术的课本中。
跳跃性有点大，事情是这样的。我们知道雷达是靠接收反射的回波来发现目标的，不过光发现目标还不够，雷达通过回波要分析出目标的其它信息，最常用目标信息的就是距离和方位。方位先做个坑留下，我们看雷达是怎么测距的。
测距大家可能觉得很简单，不过就是发一个信号出去，然后等待回波，然后记录发出信号和收到回波的时间差，然后计算无线电波在这段时间里传输的距离再除以二（折返）不就可以了吗。理论上是这样，但实际操作起来就有些不同。实际雷达的测距是持续进行的，对于脉冲多普勒雷达来说，发出去的信号是一系列连续的脉冲，接收的回波也是一系列的脉冲。如果每秒发送的脉冲数量——脉冲重复频率——多到一定程度之后。回波脉冲有可能会在若干个周期后才收到，在无法确定回波脉冲是由哪个发送脉冲得到的情况下，也就无法测定目标距离了，这种情况术语称为距离模糊。图 1 显示了这种情况，目标回波是隔了两个脉冲周期才传回来的，无法知道到底是第一个还是第二个脉冲的回波，因此目标距离可能的数值就不止一个了。
图 1
有人会说，如果记下在接收回波前共发送了多少个脉冲不就解决问题了吗？这个方法在示意图中看上去好像是可行的，但是在实际中无法做到。因为你无法知道发现目标时到底是哪个脉冲起作用。示意图中暗示了是第一个脉冲发现了目标，然而也可能是第二个。比如隐身飞机接近到一定距离后打开弹舱向你发射导弹。另外由于干扰或其它的一些原因我们很可能会丢失若干回波。所以在发送的脉冲没有标记的时候，高脉冲重复频率肯定会带来距离模糊。典型的脉冲多普勒体制的雷达，工作在高脉冲重复频率是，其重复频率都在 100kHz 以上，也就是每个脉冲的间隔小于 3 公里。只要目标距离超过 1.5 公里，就会出现距离模糊。
还有人会说，那我把脉冲重复频率降下来不就解决了？的确是这样，如果脉冲重复频率小于 1.5K Hz，那么距离小于 100 公里的目标就不存在（测）距离模糊的问题。不过脉冲重复频率的选择对于现在常用的脉冲多普勒体制雷达（PD 雷达）是一个很重要的参数。高的脉冲重复频率有其不可多得的好处。
图 2
图二显示的是高脉冲重复频率的 PD 雷达的回波频谱，其中 f0 是雷达的工作频率，fR 是脉冲重复频率。以这些频率为中心由于雷达本身的运动——机载雷达——总有一段频谱是有杂波存在的，这些杂波的存在会降低雷达发现目标的能力。从图中可以看出如果脉冲重复频率越高则这些杂波频谱拉开的距离就越大，这样无杂波的范围也就越大。目标频谱如果落在这些无杂波频谱范围内则雷达发现目标的能力就比较高。因此如果我们不怕距离模糊的话，发现目标的能力就还大大提高，这也是 PD 雷达的一个优点。事实上采取一些措施在高脉冲重复频率下是能够解决距离模糊的问题的，这些方法称为距离解模糊。
其中一个方法就是利用中国余数定理（终于绕回来了）。其方法如下，采用多个（通常是两个或三个）不同的脉冲重复频率分别对目标进行测距，虽然在这些脉冲重复频率下都存在距离模糊，但问题变成了文章开头的余数问题。实际目标距离是脉冲空间间隔的整倍数与回波在脉间延迟的空间间隔之和的一半。这个倍数我们不清楚，但是在多个不同脉冲空间间隔的帮助下我们可以解出这个不定方程。19 世纪高斯给出了这个方程的解法，然而在南北朝的时候中国的《数书九章》就给出了一般算法，所以这个算法也称为中国余数定理。
PD 雷达距离解模糊的方法还有好几种，其中一种是连续改变脉冲重复频率使得目标回波落在脉冲间隔中间，通过对频率求导可以得到正确的距离，但是精度比较低。另一种方式就是用某种方式为发出去的脉冲加上标记，这样就可以知道回波到底是哪个脉冲的结果。常用的方式有线性载波调频和正弦波载波调频。不过前者测量精度依赖于调频线性度和变化率，后者则反应较慢。
线性载波调频由于响应较快适合于边搜索边测距模式，正弦波载波调频则适合于连续测距模式。两者精度都只有千米级，而不像上述方法可以得到 10 米量级的精度。同时如果有多目标的话线性调频方式还是会出现模糊或距离幻影。
闲扯雷达之二——频段命名的来历
专业人士喜欢讲术语，这些黑话常把外行唬得一愣一愣的。无线电作为一个相对”古老”的行业其术语还是比较优雅的，很多可以直接从字面上理解。不像 IT 界每个月都要冒些新鲜玩意出来，任何语言学家也要头疼。不过这一专业也曾有语无伦次的时候，其中一个例子就是各波段的命名。
估计大家都听过什么高频、甚高频、超高频、特高频、极高频等等术语，但谁能搞清楚哪个更”高”呢？再深入一些，大家也许听过比如 X 波段、C 波段、Ku 波段等等，但谁知道这些波段指的是什么？其实这些名称反应了无线电技术有过一段飞速发展时间，混乱的命名记录了曾经的概念爆发。
在雷达行业中，以雷达工作频率划分为若干的波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、L 波段、S 波段、C 波段、X 波段、Ku 波段、K 波段和 Ka 波段。这些命名追究起来是非常有趣的。
首先高频不”高”，所谓的高频段指的是频率在 3M-30M 之间的无线电波，波长从 100 米到 10 米。这个波段也称为短波波段，相应的还有中波、长波、超长波等等，但雷达最低使用的频率就是这个了，所以这里不再讨论更低频率的波段。最早的雷达使用的就是这个频段，因为就当时（二战前夕）的技术来说这是能够得到可靠的大功率器件的最高频率了。在当时来看倒符合”高”频的定义，短短几十年这个频段再称为高频就有点名不副实了。比如，在高中时我们几个无线电爱好者就可以搞出工作在 30M 业余频段的手持式对讲机了。而且相对于后来我们做的 150M 对讲机而言，这类对讲机的制作和调试要简单很多，不需要专门的仪器，一块万用表就可以搞定了。由于相对的技术难度小，工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰，许多短波电台用的也是这个频段，毕竟使用电磁波的不光是雷达还有通信设备以及娱乐设备——电台。这点我自己也是深有体会，一开始的时候一瓦的对讲机可以保证 1 公里的通信范围，两年后要维持这个范围就必须加大到 5W ——太多人玩了。
除了干扰大之外，高频段还有一个弱点在于其波长太长，对于小物体来说电磁波的反射效应很小，按现在的说法就是雷达截面积很小，或者说对于高频雷达是”隐身”的。但是大不列颠空战依赖的就是这些雷达。并且它们的确完成了赋予的任务。
当然工作在这个波段还是有些好处的，由于高空电离层可以反射高频波段的信号，使得这些信号可以超视距传播，因此这个波段对超视距雷达是有足够的吸引力的。
既然历史原因让不太高的高频窃取了高频波段的名称，那么更高的频率就只好使用其它名字了，所以高频之上的另一个频段用了甚高频（VHF）。其中英文缩写的 VH 是 Very High 的意思，其频率范围是 30M 到 300M，其波长范围是 1 米到 10 米，因此这个波段又称为米波波段。事实上这个波段的雷达载 20 世纪 30 年代就有了，由此可见技术发展的速度。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上，如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。这可能是让早已淘汰的波段起死回生的一个契机。不过这个波段的问题和高频波段一样，大量的通信和广播也使用这个频段，所以干扰也是很大的。
再往上跑我们就来到超高频波段了（UHF），UH 是 Ultra High 的缩写——大家可以看出这个命名是多么无奈了吧。此波段的频率是 300M 到 1G，波长从 0.3 米到 1 米，这个波段一般也称为分米波波段，二战早期的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的，可见在 20 年不到的时间里雷达频段一下子跳了 3 个台阶。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中，并在二战后期投入实用。从这个频段开始雷达终于可以避开干扰较大的”低”频了，由于这个频段的频率范围宽所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松的相互避开。同时由于频段范围宽，再用波长长度如分米、厘米、毫米等方式就比较粗糙了。所以分米波和厘米波根据各自的特点和用途在 1G 以上的频率细分为几个用字母表达的波段，这就是在兵器知识中经常听到的 C 波段、X 波段等等波段了。
具体的 L 波段频率范围是 1GHz 到 2GHz，波长从 30cm 到 15cm，L 的意思表示远距离，这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在 200 英里以上的空中交通管制雷达。
S 波段的频率范围是 2GHz 到 4GHz，波长从 15cm 到 7.5cm。S 的意思是短（Short）指波长短——命名的混乱之一。波长短可以比较容易做到窄波束，用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用，不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性，所以气象雷达也多工作在这个频段上。
C 波段频率范围是 4G 到 8G，波长从 7.5cm 到 3.75cm 之间，C 是英文 compromise 的缩写，即妥协、折中的意思。和什么折中呢？这里指的是 S 波段和 X 波段（8G-12.5G）两个波段的折中。而 X 波段的 X 则表示这个曾经是一个保密频段（二战期间）。这里我们再次看到命名的随意和混乱。X 波段的用途很广，军用和民用雷达都经常使用这个频段，由于频率很高其天线尺寸可以做得很小，警用雷达测速就是一个例子——小到大多数人都没有留意。
Ku、K、Ka 波段指 12.5-40G 的频段。其中 K 是德文 Kurz，意思也是短（Short）……，这个波段早期是二战期间发展起来的厘米波雷达，频率是 24G。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振波长，也就是辐射出去的能量要被水蒸气吸收掉不少——微波炉的加热原理。因此为了避开这个谐振频率，把 K 段分成 Ku（小于谐振频率的波段）和 Ka（大于谐振频率的波段）两个波段。其中 Ku 是 12-18GHz，Ka 是 24-40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量，由于还存在大气衰减因素。其作用距离通常比较短。
电子战序幕
雷达技术最看热闹的 也许就是干扰和反干扰了，或者用时髦一点的词——电子战。电子战是一个统称，具体的内容包括电子支援措施（ESM），电子对抗措施（ECM）和电子反对抗措施（ECCM）。在这里我们看到中文表达的一个好处了，电子反对抗措施 ECCM 英文全称是 Electronic Counter-Counter Measures——反反措施，听着都觉得别扭。不过人家是电子战的祖宗。针对雷达的电子战最早是从二战开始，据本人不可靠的知识，和这个扯得上关系的应该是著名的“比斯开湾十字架”。
U 艇舰桥上的比斯开湾十字架
话说，二战时最出彩的海军恐怕要算德国的潜艇部队了，U 艇、狼群战术是令约翰牛肝颤的词儿，一度曾掐断了新旧两大陆的水上交通，几乎让日不落帝国倾家荡产，连当裤子的当铺也找不到——为增加反潜力量，丘吉尔打算用两块海外殖民地换美国破旧的驱逐舰，就这条件也差点的通不过美国国会的支持。哎，扯远了。
潜艇怕什么？深水炸弹？你得知道我再哪你才能扔啊。只要潜到水下，基本上潜艇就对当时所有的探测手段免疫。那时候的声纳技术也不过关，水面舰艇单凭声纳和潜艇捉迷藏还指不定谁捉谁呢。不过那时候的潜艇有一个麻烦，就是一段时间后必须浮出水面充电、透气——实际上现在的常规潜艇也一样。这就是消灭他们的机会了。不过这些潜艇的艇长都不是傻瓜，总是在黑夜上浮。夜幕和厚厚的水层一样起到很好的隐蔽作用。因此雷达上场了，对于雷达来说没有黑夜白天之分。水面舰艇最早装了雷达，不过一来速度不快，一个晚上也巡逻不了多大的地方，二来雷达安装高度不够，海面也会反射雷达信号——这个术语称为杂波，海面杂波，所以反潜效果不好。飞机就正好解决了这两个问题，不过雷达上飞机可不是一件容易的事情。40 年前后能用的雷达多是米波雷达，光天线就快赶上小型战斗机的机翼了，只有大型飞机勉强装的上。装上后还不能自己旋转，要飞机自己做圆周运动来模仿雷达旋转，这让我想起一个笑话，一哥们装灯泡，不够高，就站在另一个哥们的肩膀上，把灯泡插进灯座后，对下面的哥们喊——你转啊，转啊！别笑，早期反潜机上的雷达的确是这么工作的。而且实际操作起来可以让更多人抓狂。
当时用在反潜机上的雷达是 ASV MK I 和 MK II 两个型号，本质上没太大的区别。首先在机身上装一个发射天线，发射一个波束宽度很大的探测电波，波束宽度指的是信号的张角，这样可以照顾飞行员，不用扭来扭去就可以监视很宽的一段水面。然后分别在机身左边和右边——通常在翅膀上各装一个接收天线。这样目标在左边则左边的天线收到的信号就大一些，反之则是右边的信号大一些。这两个信号并列显示在雷达屏幕上，雷达操作员告诉飞行员调整飞行方向直到两边的信号一样大了，就表示方向对了。估计当时雷达操作员对飞行员的命令就和上面那个哥们差不多——左，再左，右，好了！不过事情还没完，由于海面杂波影响，雷达最近的探测距离差不多有 1公里，一公里内目标回波要不淹没在海面杂波中，要不接收机就会被海面反射回来的杂波烧毁。所以在漆黑的夜里要发现 1 公里外的潜艇还需要借助更原始的工具——探照灯。这时飞机不但要飞向正确的方向，还要飞在正确的高度上。
ASV 雷达的屏幕，和电影上的差别可大了.可以看到有两个目标，靠下面那个近一点，同时有一点点偏左。靠上面那个远一点，偏左更厉害一些
不过就是如此简陋的东西，一开始确把嚣张一时的 U 艇打懵了。在连续夜间损失了几条潜艇后，德军潜艇司令出了昏招，让潜艇在白天上浮充电，晚上潜伏航行。因 为他感觉现在夜晚比白天要危险多了。但是，白天的损失更大，雷达白天也是能工作的，而且人眼足以更好地补充雷达最后那段盲区。
其实，德军要自己检讨一下。早在损失之前德军就缴获了一套上述的雷达设备，并装在自己的一架飞机上做了实验。不过他们同样遇到了雷达最后一公里的盲区问题，于是认为这种装备对潜艇没威胁。专家害死人啊。
还好德军的反应很快，猜到了是雷达在夜间搜索到了潜艇。于是专门为潜艇做了一批雷达信号接收机，这样早在飞机发现潜艇之前接收机就收到了雷达信号了。这些接收机很好做，因为接收信号是单程的，其灵敏度要求比雷达要低很多。而且潜艇对飞机没辙，只要知道附近有飞机在找自己，只能一潜了事，惹不起我还躲不起 吗。这样，ASV 雷达装备不久就再也找不到潜艇了。由于这段公案发生在德军潜艇进出大西洋的航道比斯开湾上，而且那个接收机的样子很像十字架，所以潜艇官兵把这玩艺叫做“比斯开湾十字架”，寓意丰富。
以上算是最早的一个电子战例，实际上德军使用的措施还不算不上电子对抗措施，而是一种电子支援措施。所谓电子支援措施一种利用敌方电磁辐射采取的军事支援行动，包括了对电磁波的截获、搜寻、定位和分析，完全是被动的。这次对抗只是电子战的一个序幕。从技术上看双方都是非常笨拙的。不过从德军开始的损失以及其后的安全，电子战一开始就显示了其血腥的一面。其后的一系列冲突中，在外行可能看不出精彩，然而血腥依旧。
PLA 的电子战之一
比斯开湾的十字架是一个最原始的电子支援措施（ESM），这是一个宽带接受机，接收频率从 100MHz 到 500MHz，自然包括了工作频率在 150MHz 到 200MHz 的 ASV Mk II 雷达。U 艇的艇长要庆幸自己生活在一个好时代，那时战场上的电磁环境一点也不复杂，在这么宽的频率范围中居然只有一种对他们有威胁的雷达。我们把时间推后 20 年——20 年不到吧，就是以一穷二白著名的中国天空上也布满了好几种不同的雷达电波。这可是一件令人惊诧的事情。更令人惊诧的是我们还拥有当时世界上最先进对空导弹系统，虽然只有不多的几个营，不多的几枚导弹。虽然这些都不是我们制造的，但是操作这些导弹的都是黄皮肤、黑眼睛、黑头发的中国人。令人惊诧的事情还没完，世界上第一个对空导弹的战果居然也落在这群人的手里。当然第一个战果不是 U-2 而是 RB-57，是一种由轰炸机改装的高空侦察机。第一个 U-2 的战果是半年后苏联获得的。不过击落 U-2 战果最多还是中国，有记录的 U-2 战斗损失是 7 架，其中 5 架散落在这块古老的大地上。遗憾的是驾驶这些 U-2 的同样是黄皮肤、黑眼睛的中国人。
扯得有点偏了，不过不知为何写到这些东西心里总有点迷惘。
U-2 即使是现在也是数得上的一种高级侦察机，其优势在于飞得高，实用升限超过 20,000 米，在当时没有任何一种战斗机可以飞到和它相同的高度，只有导弹可以击落它。而除了飞得高这个优势之外，在机动性和速度上 U-2 就乏善可陈了，而且它也没携带任何武器。因此这决定了它和对空导弹的较量中只能使用电子战。PLA 在取得第一个 U-2 战果后很快就遇到了这个问题。在很多记述中，我们都看到只要导弹的制导雷达一开机 U-2 就能发现，然后简单地做一个规避机动，隐蔽设伏的导弹部队就只能望空兴叹。这点和上文提到的“比斯开湾十字架”是多么的相似。很明显在 U-2 上有一套制导雷达的预警装置。这套装置后来在击落的 U-2 上找到，是一个叫 System-12 的盒子——U-2 上有许多不同的”盒子”，它不但能截获导弹制导雷达的信号，还可以在座舱屏幕上给出雷达的方位。这点要比前文的“比斯开湾十字架”先进很多，飞行员可以以此决定规避的方向。
和“比斯开湾十字架”相比，System-12 对雷达波是有选择的。它只截获制导雷达的信号，对其他的雷达信号则不予理睬。在这点上是很聪明的，因为那时我们还拥有许多其他型号的雷达——远程搜索雷达、警戒雷达、指挥高炮的炮瞄雷达等等。但是这些雷达对 U-2 都没有威胁，凭借其飞行高度它不会把老掉牙的高炮放在眼里，同样搜索雷达也无法对导弹进行制导。所以它只需要关心能控制导弹的制导雷达信号，听到这个信号就表示被射高同样达 20,000 米，射程达 45 公里的萨姆-2 导弹盯上了。如果它像“比斯开湾十字架”那样对很宽的频率范围内的所有雷达信号都报警的话，那么就什么事也别干了。我看到河里有人提议多装几个类似的制导雷达不就可以把 U-2 吓跑了吗？这个提议在理论上好像可行，不过 System-12 对雷达信号的识别能力要远远超过其前辈。你不把信号模拟得维俏维妙它是不认账的。而如果你能模仿出来，那么在当时的技术条件下就和制造出一个真实的制导雷达系统差不多了。
我们当时装备的导弹大家都知道是萨姆-2，即后来的国产红旗-1 和红旗-2，红旗-2 是取消了核弹仓的萨姆-2 导弹。构成萨姆-2 导弹营除了发射架上的导弹外，还有其他大量的设备，包括了远程预警雷达——”匙架”（苏联型号 P-18），制导雷达——”扇歌”，还有其他的发电车、指挥车、工程车等等。
萨姆-2 导弹使用的是无线电指令制导，也就是说导弹本身只是一枚可控火箭。其他的包括目标发现、锁定、截击航路运算等等的操作全部是在地面完成的。没有这些东西导弹不过一个花架子。
P-18“匙架”预警雷达
P-18“匙架”预警雷达。用于早期预警，将目标的方位、距离等信息传递给指挥部配合制导雷达发现目标。其作用距离越 275 公里。不过其精度较低无法直接配合导弹工作。因此 U-2 对它不屑一顾。
“扇歌”制导雷达。萨姆-2 导弹的核心，它负责目标高度、方位、距离的高精度测定，同时向导弹发送无线电制导指令，按条令，只要它开机发现目标 6-8 分钟后导弹就可以发射。不过 PLA 最后把这个时间压缩到 8 秒以下！U-2 怕的就是这个。
仔细看这个制导雷达，你说上面有多少个天线？
估计不少人会答是三个。不过正确答案是五个！其中三个碟子很好认，单独飘出来的那个是无线电指令制导用的，用来向导弹发送制导指令。最顶上两个碟子，左边是水平发射天线，右边是垂直发射天线，分别用来发射精确测定目标的方位角和仰角的信号。另外两个天线是一横一竖两块大铁片。在两碟子下面那块是水平收发天线，右边帖着那块则是收发天线。最早的型号没有上面两个碟子。我知道的国产红旗-2 用的就是这个，但是早期我们用的是不是这个就不太清楚了。
从结构上我们也可以看出制导雷达要比预警雷达复杂，在内部其技术就更复杂了。因为它需要精确地给出目标的三维数据。精确到什么程度呢？其方位角和仰角必须在 0.1 度以内。而预警雷达的角度精度一般只有 1 度，甚至更大。因此这部雷达的收发机制是很不一样的。System-12 就是靠这个特征区分出制导雷达的电波。这些特征粗略讲就是雷达工作频率、脉冲重复频率和扫描频率。和“比斯开湾十字架”大撒把地接收一大段频率的信号不同，这些数据都必须事先精确测定。
对于导弹部队来说上述数据都是最高机密，而且我们的导弹部队也是轻易不开制导雷达的，就是防止敌人将这些数据记录回去分析。那么这些数据是怎么被美国人知道的呢？
也许有人认为随便监听一下就知道了。确实是监听到的，不过事情并不那么简单。在《电子战 60 例》中有类似的章节介绍，你会发现为获得这些数据背后所付出的代价。首先制导雷达的作用距离不远，其次目标没进入射程是不会开机的。所以要监听的话，即使作为纯接收机的监听距离比雷达作用距离大，也不见得可以获取到需要的数据。直接监听的代价通常是朝闻道，夕死可矣。在和平年代的电子情报收集有时候也是血淋淋的，大家都知道王伟当时拦截的是什么飞机吧。人家还没进入你的领空呢。不过，有大量的情报都是在不经意间泄露的，比如演习，比如例行的设备测试。美国发现苏联在古巴部署导弹的一个原因就是部署后的导弹一次雷达测试。
不管怎么说，现在”扇歌”制导雷达的数据人家已经知道了，并且以此作出了预警系统。现在摆在 PLA 年轻的导弹部队面前就是日后的热门战争——电子战。
PLA 的电子战之二
通过分析有人发现，U-2 也不是一下子就能发现制导雷达的信号的，大概要在开机后 20 秒才会做出反应。所以如果能把开机时间压缩在 20 秒，准确地说就是把锁定的时间压缩到 20 秒内，那么 U-2 是无法做出反应的，而 20 秒后导弹已经发射出去了，就算有反应也都迟了。当然这要求把接敌距离压缩到 39 公里以内，否则 U-2 还是有机会逃出导弹的打击范围的。这就是后来有名的近快战法，所谓近就是接敌距离近，快就是锁定快。
这 20 秒的时间也说明一个问题，就是早期的雷达预警设备存在处理速度的问题。这也就是上面说过的理论和实际之间的差别了。当然现在就好多了。
U-2 作为近快战法的目标其实是很不错的，因为它没携带武器，放近点打没什么危险，而且它的速度不快，机动性也差，进了导弹射程基本上是没跑的。后来用这个方法对付携带反辐射导弹的战斗轰炸机就相当刺激了。利用的也是反辐射导弹需要一段锁定时间，在反辐射导弹的导引头锁定雷达之前，抢先锁定载机。这是一场双方拼速度和胆量的比赛，如果地空导弹先锁定了载机，那么对方只好带着沉重的反辐射导弹做机动规避。反过来的话雷达要不关机，要不就挨炸。所以作为反辐射导弹有一个很重要的指标就是导引头的锁定时间。
现在看来，当时的 PLA 导弹部队算是抓住了电子战中的一个本质——信息处理速度。和 System-12 这个预警装置比赛锁定速度。从一开始双方的差距来看（2 分钟对 20 秒），老毛子的电子技术要稍逊一筹。不过较量早在这之前就已经开始，由于雷达参数泄密方面老毛子先失一局，自然后面的比赛就被动了。
有人可能会想，换一个工作频率不就可以了吗？事情并不那么简单，雷达的工作频率一般只能在一个小范围内变化，即使是现在的跳频雷达或者说频率捷变雷达其频率变化的范围也不是无限制的。雷达工作频率选择牵涉的问题非常多，这里只举一个例子——天线。不说不同频段的发射机需要不同形状的天线，即使频率只改变 10% 也需要对发射机和天线之间的匹配回路重新进行调整，否则天线的损耗是无法接受的，最坏的情况下还会烧毁发射机。打个不太恰当的比方，开车时小范围的速度变化通过油门可以控制，大范围的变化就需要换档了，天线匹配回路的调整就相当于换档。但是最佳匹配是需要复杂的运算的，这个比调整变速箱的转速比要复杂很多。所以一个型号的雷达工作频率变化范围不会太大。因此在频率参数泄露的情况下，对应的雷达预警设备只需要搜索比较窄的一段频率就可以轻易截获雷达信号了。幸好在当时的技术条件下，这个搜索还是需要 20 秒左右的时间。这样就留了一个不是机会的机会给我们的导弹部队。
当时官兵们想了许多匪夷所思的方法，甚至把主意打到营长的指挥口令上。不过从我的角度上看他们最大的成就就是找到了缩短制导雷达跟踪时间的方法。那么所谓的锁定是怎么回事呢？
所谓的锁定就是雷达能够自动指向目标，在萨姆-2 防空系统下，制导雷达必须能自动跟上目标的机动，地面的导弹发射架则随动于制导雷达的指向，导弹发射后就能进入制导雷达的波速中，这样雷达就同时测出导弹和目标的位置。位于地面的制导系统自动计算导弹的最佳飞行弹道，向导弹发送遥控指令，引导导弹飞向目标。在这个过程中制导天线必须精确地跟踪目标。一旦精确的自动跟踪状态建立，那么我们就称为锁定。导弹就可以随时发射了。
要让制导雷达锁定目标需要许多繁琐的步骤，首先远程的预警雷达要不断地通报目标的各项参数，距离、方位、高度等等。在导弹营中配有一台”匙架”远程预警雷达可以提供目标的距离和方位，有时还会加上一台测高雷达获取目标的高度数据。这些数据定时通报给指挥部，除了大长官之外其他人可就忙咯。他们需要把上述数据解算成制导雷达的指向，让制导雷达在一开机就能捕捉到目标。由于预警雷达和制导雷达通常不在同一个地方，这个坐标换算可是让当时大多数高中没毕业的 PLA 头疼了很久。当然这些解算过程还是有机器辅助的，不过却不是我们常用的电子计算器，而是令人眼花缭乱的电路、指示灯、开关、仪表。由于远程预警雷达的数据精度不高，当制导雷达开机的时候还是需要操作员手动搜索一阵才能抓到目标的，这个动作是由三个瞄准手完成，三个人分别负责方位、仰角和距离。当三人都把目标锁在各自的截获波门内，才可以让雷达进入自动跟踪状态，至此锁定完成。当时的雷达是非常原始的，因此他们不能指望用鼠标或操纵杆上的”苦力帽”来选择目标。那时候他们大致是使用下图的 A 显来跟踪目标的。
雷达的 A 显，横坐标可以使距离、方位或角度。目标以脉冲的方式显示在上面的横线上，下面的横线是一个示意图，实际未必是这样。瞄准手必须让目 标脉冲落在下面横线的凹槽里，这个凹槽雷达术语叫波门或截获波门。一旦锁定成功，雷达的电路会自动让截获波门跟踪目标脉冲。（此图来自 http://www.radartutorial.eu）
从以上可以看出要把锁定时间缩短到8秒的难度有多大。由于预警雷达的数据精度不够，所以正常情况下制导雷达开机后还需要手工搜索一阵，由于制导雷达的波束宽度比较窄，扇歌雷达的搜索波束宽度只有 7 度左右，相当于用一根拇指粗细的管子来搜索天空那样，如果误差比较大的话，找起来就很费劲。因此决定锁定时间的关键就在于预警数据的准确性以及数据通报的及时性。几乎所有的书籍、文章大多将其时间缩短放在发射动作的安排和频繁的练习上，只有某些文章轻描淡写地提到他们用炮瞄雷达来做早期的预警。虽然前者功不可没，但是后面这个动作才是关键！因为炮瞄雷达可以提供比远程警戒雷达精确得多的目标数据，这样大多数时候只要制导雷达一开机就抓到目标了。个人认为这才是近快战法的核心。
现在回过头来看，我们在第一次成功的电子战中就运用了系统工程的方法。方向是正确的，从这个角度上看我们的电子战水平一开始的起点并不低。从我们的解决方法中可以看到许多现代电子战技术的雏形。比如雷达组网——这个是现在也在不断发展的概念，及时地情报传递——数据链就是做这种事情的。
美国的科技发展还是很快的，在这个预警系统被破解之后，很快又搞出了一个 System-13，和 System-12 不同，这个不再是被动的电子支援措施。 而是一个正式的电子对抗措施（ECM）。它是一个干扰设备，专门干扰萨姆-2 的制导雷达，而且这玩意用的是一种比较先进的思路，它的原理是欺骗而不是暴力的噪声压制。所以 PLA 的导弹兵没高兴太久又要面对世界领先的高科技手段了。
PLA 的电子战之三
“屏幕上原本饱满圆润的枣核形回波突然发生了变化，不断地拉长，两端翘起变成一艘船的样子。”
以上是 U-2 使用了 system-13 电子对抗设备时在制导雷达屏幕上看到的情形，更严重的是射出去的导弹都打偏了。这种情形连续出现了好几 次。把解放军的导弹兵郁闷得不行。总结会、讨论会、批评与自我批评、诸葛亮会等等会议，再加上多次的实验、练习。终于有一个参谋说这很可能是一种角度欺骗式干扰。
首先，我们需要知道雷达是怎么测量目标的方位角的。许多人以为雷达测角就是测量雷达波束扫到目标时天线转轴的偏角，这对于搜索雷达和远程警戒雷达基本是正确的。不过对于需要精确测量目标方位角的火控雷达、制导雷达这个精度就远远不能满足要求了。因为雷达波束的宽度一般是 1 度左右，而军队中角度的最小单位通常是以密位计算，中国的密位制是一个圆周 6,000 密位，也就是一个密位为 0.06 度。通过雷达天线的旋转轴的偏角是达不到这个精度的，而且通过测量雷达信号回波最大的位置也无法满足这个精度。原因是雷达波束最大处的信号强度随偏角的改变并不明显。下图是一个典型的雷达波束图，或者用雷达术语叫天线方向图。图中反映雷达天线辐射强度随角度的变化关系。我们可以看到雷达波束并不是一根针状，而是和一根根大小不同棒球棍差不多。其中辐射最强那根”棒球棍”我们称之为主瓣，其他小”棒球棍”称之为副瓣。也就是除了雷达天线指向的方向之外，其他方向也是有辐射的。另外要注意，这个方向图是辐射接收都适用的，也就是说辐射方向强的地方接收灵敏度也高。这个特性给干扰带来很大的好处，嗯，关于这个我们下回分解。在图中我画了两组线段，分别表示来自不同角度的回波强度。可以看出两根红线的夹角和两根绿线的夹角基本一致，但是两根红线的长度差别比较小，而两根绿线的差别就比较大。这说明了在辐射强度最大的地方，雷达灵敏度对方向不敏感。所以用这个位置测角的误差就很大了。
雷达测角的一个常用方式就是使用两个偏置的波束，如下图，图中的红点表示目标，可以看出这个目标在两个波束上的强度差别是很大的。通过计算这两个回波的强度就可以得出目标的精确方位，这个精度可以高于 0.1 度。另外，这两个回波强度的差别也可以提供一个偏转信号让雷达天线自动转向目标。如果大家还记得我在电子战序幕那节提到的 ASV 雷达就明白是怎么回事了。只不过那个偏转是手工的——雷达操作员指挥飞行员。而导弹的制导雷达是自动的。不过萨姆-2 的制导雷达——”扇歌”和 ASV 还有一些区别，首先”扇歌”要测量两个维度的方向角——方位和仰角，所以要两幅天线。另外 ASV 用了三个天线来做这个事情，而扇歌早期雷达只用一个天线，它采用快速切换波束指向的方式来模拟两个接收天线，而且早期的扇歌雷达这个天线还负责发送测角信号。
早期的”扇歌”制导雷达是上图的中的 SNR-75M Fan Song B。没有顶端的两个碟状天线
这样目标如果接受到这些测角信号的话就知道被制导雷达跟踪上了，因为除非它正好在两个波束的中间，否则收到的雷达信号大小总是按一定的频率起伏。实际上 U-2 的 System-12 电子支援装置就是靠这个起伏的规律识别出制导雷达的。
以上这个雷达测角的方式称为序列波束测角，这种方法只能测得一个方向上的角度。而另外还有一种叫圆锥扫描的方式则可以测出两个方向的角度。其方法是让波束以一定的角度绕一个中心轴线做圆锥状的扫描，这时接受到的目标回波大小将会按正弦波的规律变化，这个正弦波的幅度代表目标的偏角大小，而相位则表示偏离的方向。还有一种测角方式叫单脉冲测角，其原理和序章中的 ASV 雷达类似，通过对进入几个不同指向的天线的回波大小进行计算直接获得偏角，不过这种方式需要多个接受天线，但是却很难干扰——或者说欺骗。而前面两种方式则比较容易受骗上当。
U-2 安装的 System-13 就是一个针对”扇歌”雷达的欺骗装置。其原理很简单，打开这个装置之后，它就会按照”扇歌”雷达波束变化的规律发送和正常回波大小相反的信号，也就是说收到大信号时发送小回波，反之发送大回波。这样制导雷达的跟踪电路就被迷惑了，如果按照干扰装置返回的信号来改变指向的话就会离目标越来越远了。在雷达屏幕上那个”船”型的回波一端是真实回波，而另一端就是欺骗的回波。当欺骗回波大于实际回波的时候导弹肯定就打偏了。
怎么对抗这个干扰呢？也许我们会想搞个什么电路把这个欺骗回波滤掉，或者干脆让导弹直接打回波发出的信号等等。但是，当时的导弹兵想出的第一个方法却非常简单。他们发现从 U-2 发现被盯上到干扰出现大致有 3-4 秒的延迟，这个延迟判断为飞行员手工打开干扰装置的时间。也就是飞行员必须知道被制导雷达盯上才会打开干扰，这个装置不是一直打开的——废话，这个东西在干扰制导雷达的同时也在不断通报自己的位置，还费电。所以如果我们能欺骗 System-12 就可以让 System-13 无用武之地。通过对缴获的 System-12 进行分析，他们改变了制导雷达的脉冲重复频率（还是测角电波的扫描频率）。这样几架 U-2 就这样”不知不觉”地被打下来了。到最后，国产的红旗-2 改变了制导雷达的工作体制，发射测角电波的时候不再周期性地改变波束方向，而是让接收天线周期性地改变波束方向。这样干扰机就不知道该怎么发送欺骗回波了，彻底解决了这个干扰问题，也击落了最后一架 U-2。这个改进的制导雷达就是上图的 SNR-75M Fan Song E，顶上带两个碟形天线的。
转载空军之翼文章敬请保留本文链接：http://www.afwing.com/weapon/about-radar.html从中国余数定理开始
有一堆桃子，两个人分多一个，三个人分少一个，五个人分多两个，请问一共有多少个。很久以前碰到过这个题目，不过当时不知道这是大名鼎鼎的中国余数定理的一个例题，只是当作大人作弄我们这些个小聪明的一种手段。知道这个定理的时候是很久之后的事情了……
再次相遇是在雷达技术的课本中。
跳跃性有点大，事情是这样的。我们知道雷达是靠接收反射的回波来发现目标的，不过光发现目标还不够，雷达通过回波要分析出目标的其它信息，最常用目标信息的就是距离和方位。方位先做个坑留下，我们看雷达是怎么测距的。
测距大家可能觉得很简单，不过就是发一个信号出去，然后等待回波，然后记录发出信号和收到回波的时间差，然后计算无线电波在这段时间里传输的距离再除以二（折返）不就可以了吗。理论上是这样，但实际操作起来就有些不同。实际雷达的测距是持续进行的，对于脉冲多普勒雷达来说，发出去的信号是一系列连续的脉冲，接收的回波也是一系列的脉冲。如果每秒发送的脉冲数量——脉冲重复频率——多到一定程度之后。回波脉冲有可能会在若干个周期后才收到，在无法确定回波脉冲是由哪个发送脉冲得到的情况下，也就无法测定目标距离了，这种情况术语称为距离模糊。图 1 显示了这种情况，目标回波是隔了两个脉冲周期才传回来的，无法知道到底是第一个还是第二个脉冲的回波，因此目标距离可能的数值就不止一个了。
图 1
有人会说，如果记下在接收回波前共发送了多少个脉冲不就解决问题了吗？这个方法在示意图中看上去好像是可行的，但是在实际中无法做到。因为你无法知道发现目标时到底是哪个脉冲起作用。示意图中暗示了是第一个脉冲发现了目标，然而也可能是第二个。比如隐身飞机接近到一定距离后打开弹舱向你发射导弹。另外由于干扰或其它的一些原因我们很可能会丢失若干回波。所以在发送的脉冲没有标记的时候，高脉冲重复频率肯定会带来距离模糊。典型的脉冲多普勒体制的雷达，工作在高脉冲重复频率是，其重复频率都在 100kHz 以上，也就是每个脉冲的间隔小于 3 公里。只要目标距离超过 1.5 公里，就会出现距离模糊。
还有人会说，那我把脉冲重复频率降下来不就解决了？的确是这样，如果脉冲重复频率小于 1.5K Hz，那么距离小于 100 公里的目标就不存在（测）距离模糊的问题。不过脉冲重复频率的选择对于现在常用的脉冲多普勒体制雷达（PD 雷达）是一个很重要的参数。高的脉冲重复频率有其不可多得的好处。
图 2
图二显示的是高脉冲重复频率的 PD 雷达的回波频谱，其中 f0 是雷达的工作频率，fR 是脉冲重复频率。以这些频率为中心由于雷达本身的运动——机载雷达——总有一段频谱是有杂波存在的，这些杂波的存在会降低雷达发现目标的能力。从图中可以看出如果脉冲重复频率越高则这些杂波频谱拉开的距离就越大，这样无杂波的范围也就越大。目标频谱如果落在这些无杂波频谱范围内则雷达发现目标的能力就比较高。因此如果我们不怕距离模糊的话，发现目标的能力就还大大提高，这也是 PD 雷达的一个优点。事实上采取一些措施在高脉冲重复频率下是能够解决距离模糊的问题的，这些方法称为距离解模糊。
其中一个方法就是利用中国余数定理（终于绕回来了）。其方法如下，采用多个（通常是两个或三个）不同的脉冲重复频率分别对目标进行测距，虽然在这些脉冲重复频率下都存在距离模糊，但问题变成了文章开头的余数问题。实际目标距离是脉冲空间间隔的整倍数与回波在脉间延迟的空间间隔之和的一半。这个倍数我们不清楚，但是在多个不同脉冲空间间隔的帮助下我们可以解出这个不定方程。19 世纪高斯给出了这个方程的解法，然而在南北朝的时候中国的《数书九章》就给出了一般算法，所以这个算法也称为中国余数定理。
PD 雷达距离解模糊的方法还有好几种，其中一种是连续改变脉冲重复频率使得目标回波落在脉冲间隔中间，通过对频率求导可以得到正确的距离，但是精度比较低。另一种方式就是用某种方式为发出去的脉冲加上标记，这样就可以知道回波到底是哪个脉冲的结果。常用的方式有线性载波调频和正弦波载波调频。不过前者测量精度依赖于调频线性度和变化率，后者则反应较慢。
线性载波调频由于响应较快适合于边搜索边测距模式，正弦波载波调频则适合于连续测距模式。两者精度都只有千米级，而不像上述方法可以得到 10 米量级的精度。同时如果有多目标的话线性调频方式还是会出现模糊或距离幻影。
闲扯雷达之二——频段命名的来历
专业人士喜欢讲术语，这些黑话常把外行唬得一愣一愣的。无线电作为一个相对”古老”的行业其术语还是比较优雅的，很多可以直接从字面上理解。不像 IT 界每个月都要冒些新鲜玩意出来，任何语言学家也要头疼。不过这一专业也曾有语无伦次的时候，其中一个例子就是各波段的命名。
估计大家都听过什么高频、甚高频、超高频、特高频、极高频等等术语，但谁能搞清楚哪个更”高”呢？再深入一些，大家也许听过比如 X 波段、C 波段、Ku 波段等等，但谁知道这些波段指的是什么？其实这些名称反应了无线电技术有过一段飞速发展时间，混乱的命名记录了曾经的概念爆发。
在雷达行业中，以雷达工作频率划分为若干的波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、L 波段、S 波段、C 波段、X 波段、Ku 波段、K 波段和 Ka 波段。这些命名追究起来是非常有趣的。
首先高频不”高”，所谓的高频段指的是频率在 3M-30M 之间的无线电波，波长从 100 米到 10 米。这个波段也称为短波波段，相应的还有中波、长波、超长波等等，但雷达最低使用的频率就是这个了，所以这里不再讨论更低频率的波段。最早的雷达使用的就是这个频段，因为就当时（二战前夕）的技术来说这是能够得到可靠的大功率器件的最高频率了。在当时来看倒符合”高”频的定义，短短几十年这个频段再称为高频就有点名不副实了。比如，在高中时我们几个无线电爱好者就可以搞出工作在 30M 业余频段的手持式对讲机了。而且相对于后来我们做的 150M 对讲机而言，这类对讲机的制作和调试要简单很多，不需要专门的仪器，一块万用表就可以搞定了。由于相对的技术难度小，工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰，许多短波电台用的也是这个频段，毕竟使用电磁波的不光是雷达还有通信设备以及娱乐设备——电台。这点我自己也是深有体会，一开始的时候一瓦的对讲机可以保证 1 公里的通信范围，两年后要维持这个范围就必须加大到 5W ——太多人玩了。
除了干扰大之外，高频段还有一个弱点在于其波长太长，对于小物体来说电磁波的反射效应很小，按现在的说法就是雷达截面积很小，或者说对于高频雷达是”隐身”的。但是大不列颠空战依赖的就是这些雷达。并且它们的确完成了赋予的任务。
当然工作在这个波段还是有些好处的，由于高空电离层可以反射高频波段的信号，使得这些信号可以超视距传播，因此这个波段对超视距雷达是有足够的吸引力的。
既然历史原因让不太高的高频窃取了高频波段的名称，那么更高的频率就只好使用其它名字了，所以高频之上的另一个频段用了甚高频（VHF）。其中英文缩写的 VH 是 Very High 的意思，其频率范围是 30M 到 300M，其波长范围是 1 米到 10 米，因此这个波段又称为米波波段。事实上这个波段的雷达载 20 世纪 30 年代就有了，由此可见技术发展的速度。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上，如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。这可能是让早已淘汰的波段起死回生的一个契机。不过这个波段的问题和高频波段一样，大量的通信和广播也使用这个频段，所以干扰也是很大的。
再往上跑我们就来到超高频波段了（UHF），UH 是 Ultra High 的缩写——大家可以看出这个命名是多么无奈了吧。此波段的频率是 300M 到 1G，波长从 0.3 米到 1 米，这个波段一般也称为分米波波段，二战早期的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的，可见在 20 年不到的时间里雷达频段一下子跳了 3 个台阶。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中，并在二战后期投入实用。从这个频段开始雷达终于可以避开干扰较大的”低”频了，由于这个频段的频率范围宽所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松的相互避开。同时由于频段范围宽，再用波长长度如分米、厘米、毫米等方式就比较粗糙了。所以分米波和厘米波根据各自的特点和用途在 1G 以上的频率细分为几个用字母表达的波段，这就是在兵器知识中经常听到的 C 波段、X 波段等等波段了。
具体的 L 波段频率范围是 1GHz 到 2GHz，波长从 30cm 到 15cm，L 的意思表示远距离，这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在 200 英里以上的空中交通管制雷达。
S 波段的频率范围是 2GHz 到 4GHz，波长从 15cm 到 7.5cm。S 的意思是短（Short）指波长短——命名的混乱之一。波长短可以比较容易做到窄波束，用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用，不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性，所以气象雷达也多工作在这个频段上。
C 波段频率范围是 4G 到 8G，波长从 7.5cm 到 3.75cm 之间，C 是英文 compromise 的缩写，即妥协、折中的意思。和什么折中呢？这里指的是 S 波段和 X 波段（8G-12.5G）两个波段的折中。而 X 波段的 X 则表示这个曾经是一个保密频段（二战期间）。这里我们再次看到命名的随意和混乱。X 波段的用途很广，军用和民用雷达都经常使用这个频段，由于频率很高其天线尺寸可以做得很小，警用雷达测速就是一个例子——小到大多数人都没有留意。
Ku、K、Ka 波段指 12.5-40G 的频段。其中 K 是德文 Kurz，意思也是短（Short）……，这个波段早期是二战期间发展起来的厘米波雷达，频率是 24G。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振波长，也就是辐射出去的能量要被水蒸气吸收掉不少——微波炉的加热原理。因此为了避开这个谐振频率，把 K 段分成 Ku（小于谐振频率的波段）和 Ka（大于谐振频率的波段）两个波段。其中 Ku 是 12-18GHz，Ka 是 24-40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量，由于还存在大气衰减因素。其作用距离通常比较短。
电子战序幕
雷达技术最看热闹的 也许就是干扰和反干扰了，或者用时髦一点的词——电子战。电子战是一个统称，具体的内容包括电子支援措施（ESM），电子对抗措施（ECM）和电子反对抗措施（ECCM）。在这里我们看到中文表达的一个好处了，电子反对抗措施 ECCM 英文全称是 Electronic Counter-Counter Measures——反反措施，听着都觉得别扭。不过人家是电子战的祖宗。针对雷达的电子战最早是从二战开始，据本人不可靠的知识，和这个扯得上关系的应该是著名的“比斯开湾十字架”。
U 艇舰桥上的比斯开湾十字架
话说，二战时最出彩的海军恐怕要算德国的潜艇部队了，U 艇、狼群战术是令约翰牛肝颤的词儿，一度曾掐断了新旧两大陆的水上交通，几乎让日不落帝国倾家荡产，连当裤子的当铺也找不到——为增加反潜力量，丘吉尔打算用两块海外殖民地换美国破旧的驱逐舰，就这条件也差点的通不过美国国会的支持。哎，扯远了。
潜艇怕什么？深水炸弹？你得知道我再哪你才能扔啊。只要潜到水下，基本上潜艇就对当时所有的探测手段免疫。那时候的声纳技术也不过关，水面舰艇单凭声纳和潜艇捉迷藏还指不定谁捉谁呢。不过那时候的潜艇有一个麻烦，就是一段时间后必须浮出水面充电、透气——实际上现在的常规潜艇也一样。这就是消灭他们的机会了。不过这些潜艇的艇长都不是傻瓜，总是在黑夜上浮。夜幕和厚厚的水层一样起到很好的隐蔽作用。因此雷达上场了，对于雷达来说没有黑夜白天之分。水面舰艇最早装了雷达，不过一来速度不快，一个晚上也巡逻不了多大的地方，二来雷达安装高度不够，海面也会反射雷达信号——这个术语称为杂波，海面杂波，所以反潜效果不好。飞机就正好解决了这两个问题，不过雷达上飞机可不是一件容易的事情。40 年前后能用的雷达多是米波雷达，光天线就快赶上小型战斗机的机翼了，只有大型飞机勉强装的上。装上后还不能自己旋转，要飞机自己做圆周运动来模仿雷达旋转，这让我想起一个笑话，一哥们装灯泡，不够高，就站在另一个哥们的肩膀上，把灯泡插进灯座后，对下面的哥们喊——你转啊，转啊！别笑，早期反潜机上的雷达的确是这么工作的。而且实际操作起来可以让更多人抓狂。
当时用在反潜机上的雷达是 ASV MK I 和 MK II 两个型号，本质上没太大的区别。首先在机身上装一个发射天线，发射一个波束宽度很大的探测电波，波束宽度指的是信号的张角，这样可以照顾飞行员，不用扭来扭去就可以监视很宽的一段水面。然后分别在机身左边和右边——通常在翅膀上各装一个接收天线。这样目标在左边则左边的天线收到的信号就大一些，反之则是右边的信号大一些。这两个信号并列显示在雷达屏幕上，雷达操作员告诉飞行员调整飞行方向直到两边的信号一样大了，就表示方向对了。估计当时雷达操作员对飞行员的命令就和上面那个哥们差不多——左，再左，右，好了！不过事情还没完，由于海面杂波影响，雷达最近的探测距离差不多有 1公里，一公里内目标回波要不淹没在海面杂波中，要不接收机就会被海面反射回来的杂波烧毁。所以在漆黑的夜里要发现 1 公里外的潜艇还需要借助更原始的工具——探照灯。这时飞机不但要飞向正确的方向，还要飞在正确的高度上。
ASV 雷达的屏幕，和电影上的差别可大了.可以看到有两个目标，靠下面那个近一点，同时有一点点偏左。靠上面那个远一点，偏左更厉害一些
不过就是如此简陋的东西，一开始确把嚣张一时的 U 艇打懵了。在连续夜间损失了几条潜艇后，德军潜艇司令出了昏招，让潜艇在白天上浮充电，晚上潜伏航行。因 为他感觉现在夜晚比白天要危险多了。但是，白天的损失更大，雷达白天也是能工作的，而且人眼足以更好地补充雷达最后那段盲区。
其实，德军要自己检讨一下。早在损失之前德军就缴获了一套上述的雷达设备，并装在自己的一架飞机上做了实验。不过他们同样遇到了雷达最后一公里的盲区问题，于是认为这种装备对潜艇没威胁。专家害死人啊。
还好德军的反应很快，猜到了是雷达在夜间搜索到了潜艇。于是专门为潜艇做了一批雷达信号接收机，这样早在飞机发现潜艇之前接收机就收到了雷达信号了。这些接收机很好做，因为接收信号是单程的，其灵敏度要求比雷达要低很多。而且潜艇对飞机没辙，只要知道附近有飞机在找自己，只能一潜了事，惹不起我还躲不起 吗。这样，ASV 雷达装备不久就再也找不到潜艇了。由于这段公案发生在德军潜艇进出大西洋的航道比斯开湾上，而且那个接收机的样子很像十字架，所以潜艇官兵把这玩艺叫做“比斯开湾十字架”，寓意丰富。
以上算是最早的一个电子战例，实际上德军使用的措施还不算不上电子对抗措施，而是一种电子支援措施。所谓电子支援措施一种利用敌方电磁辐射采取的军事支援行动，包括了对电磁波的截获、搜寻、定位和分析，完全是被动的。这次对抗只是电子战的一个序幕。从技术上看双方都是非常笨拙的。不过从德军开始的损失以及其后的安全，电子战一开始就显示了其血腥的一面。其后的一系列冲突中，在外行可能看不出精彩，然而血腥依旧。
PLA 的电子战之一
比斯开湾的十字架是一个最原始的电子支援措施（ESM），这是一个宽带接受机，接收频率从 100MHz 到 500MHz，自然包括了工作频率在 150MHz 到 200MHz 的 ASV Mk II 雷达。U 艇的艇长要庆幸自己生活在一个好时代，那时战场上的电磁环境一点也不复杂，在这么宽的频率范围中居然只有一种对他们有威胁的雷达。我们把时间推后 20 年——20 年不到吧，就是以一穷二白著名的中国天空上也布满了好几种不同的雷达电波。这可是一件令人惊诧的事情。更令人惊诧的是我们还拥有当时世界上最先进对空导弹系统，虽然只有不多的几个营，不多的几枚导弹。虽然这些都不是我们制造的，但是操作这些导弹的都是黄皮肤、黑眼睛、黑头发的中国人。令人惊诧的事情还没完，世界上第一个对空导弹的战果居然也落在这群人的手里。当然第一个战果不是 U-2 而是 RB-57，是一种由轰炸机改装的高空侦察机。第一个 U-2 的战果是半年后苏联获得的。不过击落 U-2 战果最多还是中国，有记录的 U-2 战斗损失是 7 架，其中 5 架散落在这块古老的大地上。遗憾的是驾驶这些 U-2 的同样是黄皮肤、黑眼睛的中国人。
扯得有点偏了，不过不知为何写到这些东西心里总有点迷惘。
U-2 即使是现在也是数得上的一种高级侦察机，其优势在于飞得高，实用升限超过 20,000 米，在当时没有任何一种战斗机可以飞到和它相同的高度，只有导弹可以击落它。而除了飞得高这个优势之外，在机动性和速度上 U-2 就乏善可陈了，而且它也没携带任何武器。因此这决定了它和对空导弹的较量中只能使用电子战。PLA 在取得第一个 U-2 战果后很快就遇到了这个问题。在很多记述中，我们都看到只要导弹的制导雷达一开机 U-2 就能发现，然后简单地做一个规避机动，隐蔽设伏的导弹部队就只能望空兴叹。这点和上文提到的“比斯开湾十字架”是多么的相似。很明显在 U-2 上有一套制导雷达的预警装置。这套装置后来在击落的 U-2 上找到，是一个叫 System-12 的盒子——U-2 上有许多不同的”盒子”，它不但能截获导弹制导雷达的信号，还可以在座舱屏幕上给出雷达的方位。这点要比前文的“比斯开湾十字架”先进很多，飞行员可以以此决定规避的方向。
和“比斯开湾十字架”相比，System-12 对雷达波是有选择的。它只截获制导雷达的信号，对其他的雷达信号则不予理睬。在这点上是很聪明的，因为那时我们还拥有许多其他型号的雷达——远程搜索雷达、警戒雷达、指挥高炮的炮瞄雷达等等。但是这些雷达对 U-2 都没有威胁，凭借其飞行高度它不会把老掉牙的高炮放在眼里，同样搜索雷达也无法对导弹进行制导。所以它只需要关心能控制导弹的制导雷达信号，听到这个信号就表示被射高同样达 20,000 米，射程达 45 公里的萨姆-2 导弹盯上了。如果它像“比斯开湾十字架”那样对很宽的频率范围内的所有雷达信号都报警的话，那么就什么事也别干了。我看到河里有人提议多装几个类似的制导雷达不就可以把 U-2 吓跑了吗？这个提议在理论上好像可行，不过 System-12 对雷达信号的识别能力要远远超过其前辈。你不把信号模拟得维俏维妙它是不认账的。而如果你能模仿出来，那么在当时的技术条件下就和制造出一个真实的制导雷达系统差不多了。
我们当时装备的导弹大家都知道是萨姆-2，即后来的国产红旗-1 和红旗-2，红旗-2 是取消了核弹仓的萨姆-2 导弹。构成萨姆-2 导弹营除了发射架上的导弹外，还有其他大量的设备，包括了远程预警雷达——”匙架”（苏联型号 P-18），制导雷达——”扇歌”，还有其他的发电车、指挥车、工程车等等。
萨姆-2 导弹使用的是无线电指令制导，也就是说导弹本身只是一枚可控火箭。其他的包括目标发现、锁定、截击航路运算等等的操作全部是在地面完成的。没有这些东西导弹不过一个花架子。
P-18“匙架”预警雷达
P-18“匙架”预警雷达。用于早期预警，将目标的方位、距离等信息传递给指挥部配合制导雷达发现目标。其作用距离越 275 公里。不过其精度较低无法直接配合导弹工作。因此 U-2 对它不屑一顾。
“扇歌”制导雷达。萨姆-2 导弹的核心，它负责目标高度、方位、距离的高精度测定，同时向导弹发送无线电制导指令，按条令，只要它开机发现目标 6-8 分钟后导弹就可以发射。不过 PLA 最后把这个时间压缩到 8 秒以下！U-2 怕的就是这个。
仔细看这个制导雷达，你说上面有多少个天线？
估计不少人会答是三个。不过正确答案是五个！其中三个碟子很好认，单独飘出来的那个是无线电指令制导用的，用来向导弹发送制导指令。最顶上两个碟子，左边是水平发射天线，右边是垂直发射天线，分别用来发射精确测定目标的方位角和仰角的信号。另外两个天线是一横一竖两块大铁片。在两碟子下面那块是水平收发天线，右边帖着那块则是收发天线。最早的型号没有上面两个碟子。我知道的国产红旗-2 用的就是这个，但是早期我们用的是不是这个就不太清楚了。
从结构上我们也可以看出制导雷达要比预警雷达复杂，在内部其技术就更复杂了。因为它需要精确地给出目标的三维数据。精确到什么程度呢？其方位角和仰角必须在 0.1 度以内。而预警雷达的角度精度一般只有 1 度，甚至更大。因此这部雷达的收发机制是很不一样的。System-12 就是靠这个特征区分出制导雷达的电波。这些特征粗略讲就是雷达工作频率、脉冲重复频率和扫描频率。和“比斯开湾十字架”大撒把地接收一大段频率的信号不同，这些数据都必须事先精确测定。
对于导弹部队来说上述数据都是最高机密，而且我们的导弹部队也是轻易不开制导雷达的，就是防止敌人将这些数据记录回去分析。那么这些数据是怎么被美国人知道的呢？
也许有人认为随便监听一下就知道了。确实是监听到的，不过事情并不那么简单。在《电子战 60 例》中有类似的章节介绍，你会发现为获得这些数据背后所付出的代价。首先制导雷达的作用距离不远，其次目标没进入射程是不会开机的。所以要监听的话，即使作为纯接收机的监听距离比雷达作用距离大，也不见得可以获取到需要的数据。直接监听的代价通常是朝闻道，夕死可矣。在和平年代的电子情报收集有时候也是血淋淋的，大家都知道王伟当时拦截的是什么飞机吧。人家还没进入你的领空呢。不过，有大量的情报都是在不经意间泄露的，比如演习，比如例行的设备测试。美国发现苏联在古巴部署导弹的一个原因就是部署后的导弹一次雷达测试。
不管怎么说，现在”扇歌”制导雷达的数据人家已经知道了，并且以此作出了预警系统。现在摆在 PLA 年轻的导弹部队面前就是日后的热门战争——电子战。
PLA 的电子战之二
通过分析有人发现，U-2 也不是一下子就能发现制导雷达的信号的，大概要在开机后 20 秒才会做出反应。所以如果能把开机时间压缩在 20 秒，准确地说就是把锁定的时间压缩到 20 秒内，那么 U-2 是无法做出反应的，而 20 秒后导弹已经发射出去了，就算有反应也都迟了。当然这要求把接敌距离压缩到 39 公里以内，否则 U-2 还是有机会逃出导弹的打击范围的。这就是后来有名的近快战法，所谓近就是接敌距离近，快就是锁定快。
这 20 秒的时间也说明一个问题，就是早期的雷达预警设备存在处理速度的问题。这也就是上面说过的理论和实际之间的差别了。当然现在就好多了。
U-2 作为近快战法的目标其实是很不错的，因为它没携带武器，放近点打没什么危险，而且它的速度不快，机动性也差，进了导弹射程基本上是没跑的。后来用这个方法对付携带反辐射导弹的战斗轰炸机就相当刺激了。利用的也是反辐射导弹需要一段锁定时间，在反辐射导弹的导引头锁定雷达之前，抢先锁定载机。这是一场双方拼速度和胆量的比赛，如果地空导弹先锁定了载机，那么对方只好带着沉重的反辐射导弹做机动规避。反过来的话雷达要不关机，要不就挨炸。所以作为反辐射导弹有一个很重要的指标就是导引头的锁定时间。
现在看来，当时的 PLA 导弹部队算是抓住了电子战中的一个本质——信息处理速度。和 System-12 这个预警装置比赛锁定速度。从一开始双方的差距来看（2 分钟对 20 秒），老毛子的电子技术要稍逊一筹。不过较量早在这之前就已经开始，由于雷达参数泄密方面老毛子先失一局，自然后面的比赛就被动了。
有人可能会想，换一个工作频率不就可以了吗？事情并不那么简单，雷达的工作频率一般只能在一个小范围内变化，即使是现在的跳频雷达或者说频率捷变雷达其频率变化的范围也不是无限制的。雷达工作频率选择牵涉的问题非常多，这里只举一个例子——天线。不说不同频段的发射机需要不同形状的天线，即使频率只改变 10% 也需要对发射机和天线之间的匹配回路重新进行调整，否则天线的损耗是无法接受的，最坏的情况下还会烧毁发射机。打个不太恰当的比方，开车时小范围的速度变化通过油门可以控制，大范围的变化就需要换档了，天线匹配回路的调整就相当于换档。但是最佳匹配是需要复杂的运算的，这个比调整变速箱的转速比要复杂很多。所以一个型号的雷达工作频率变化范围不会太大。因此在频率参数泄露的情况下，对应的雷达预警设备只需要搜索比较窄的一段频率就可以轻易截获雷达信号了。幸好在当时的技术条件下，这个搜索还是需要 20 秒左右的时间。这样就留了一个不是机会的机会给我们的导弹部队。
当时官兵们想了许多匪夷所思的方法，甚至把主意打到营长的指挥口令上。不过从我的角度上看他们最大的成就就是找到了缩短制导雷达跟踪时间的方法。那么所谓的锁定是怎么回事呢？
所谓的锁定就是雷达能够自动指向目标，在萨姆-2 防空系统下，制导雷达必须能自动跟上目标的机动，地面的导弹发射架则随动于制导雷达的指向，导弹发射后就能进入制导雷达的波速中，这样雷达就同时测出导弹和目标的位置。位于地面的制导系统自动计算导弹的最佳飞行弹道，向导弹发送遥控指令，引导导弹飞向目标。在这个过程中制导天线必须精确地跟踪目标。一旦精确的自动跟踪状态建立，那么我们就称为锁定。导弹就可以随时发射了。
要让制导雷达锁定目标需要许多繁琐的步骤，首先远程的预警雷达要不断地通报目标的各项参数，距离、方位、高度等等。在导弹营中配有一台”匙架”远程预警雷达可以提供目标的距离和方位，有时还会加上一台测高雷达获取目标的高度数据。这些数据定时通报给指挥部，除了大长官之外其他人可就忙咯。他们需要把上述数据解算成制导雷达的指向，让制导雷达在一开机就能捕捉到目标。由于预警雷达和制导雷达通常不在同一个地方，这个坐标换算可是让当时大多数高中没毕业的 PLA 头疼了很久。当然这些解算过程还是有机器辅助的，不过却不是我们常用的电子计算器，而是令人眼花缭乱的电路、指示灯、开关、仪表。由于远程预警雷达的数据精度不高，当制导雷达开机的时候还是需要操作员手动搜索一阵才能抓到目标的，这个动作是由三个瞄准手完成，三个人分别负责方位、仰角和距离。当三人都把目标锁在各自的截获波门内，才可以让雷达进入自动跟踪状态，至此锁定完成。当时的雷达是非常原始的，因此他们不能指望用鼠标或操纵杆上的”苦力帽”来选择目标。那时候他们大致是使用下图的 A 显来跟踪目标的。
雷达的 A 显，横坐标可以使距离、方位或角度。目标以脉冲的方式显示在上面的横线上，下面的横线是一个示意图，实际未必是这样。瞄准手必须让目 标脉冲落在下面横线的凹槽里，这个凹槽雷达术语叫波门或截获波门。一旦锁定成功，雷达的电路会自动让截获波门跟踪目标脉冲。（此图来自 http://www.radartutorial.eu）
从以上可以看出要把锁定时间缩短到8秒的难度有多大。由于预警雷达的数据精度不够，所以正常情况下制导雷达开机后还需要手工搜索一阵，由于制导雷达的波束宽度比较窄，扇歌雷达的搜索波束宽度只有 7 度左右，相当于用一根拇指粗细的管子来搜索天空那样，如果误差比较大的话，找起来就很费劲。因此决定锁定时间的关键就在于预警数据的准确性以及数据通报的及时性。几乎所有的书籍、文章大多将其时间缩短放在发射动作的安排和频繁的练习上，只有某些文章轻描淡写地提到他们用炮瞄雷达来做早期的预警。虽然前者功不可没，但是后面这个动作才是关键！因为炮瞄雷达可以提供比远程警戒雷达精确得多的目标数据，这样大多数时候只要制导雷达一开机就抓到目标了。个人认为这才是近快战法的核心。
现在回过头来看，我们在第一次成功的电子战中就运用了系统工程的方法。方向是正确的，从这个角度上看我们的电子战水平一开始的起点并不低。从我们的解决方法中可以看到许多现代电子战技术的雏形。比如雷达组网——这个是现在也在不断发展的概念，及时地情报传递——数据链就是做这种事情的。
美国的科技发展还是很快的，在这个预警系统被破解之后，很快又搞出了一个 System-13，和 System-12 不同，这个不再是被动的电子支援措施。 而是一个正式的电子对抗措施（ECM）。它是一个干扰设备，专门干扰萨姆-2 的制导雷达，而且这玩意用的是一种比较先进的思路，它的原理是欺骗而不是暴力的噪声压制。所以 PLA 的导弹兵没高兴太久又要面对世界领先的高科技手段了。
PLA 的电子战之三
“屏幕上原本饱满圆润的枣核形回波突然发生了变化，不断地拉长，两端翘起变成一艘船的样子。”
以上是 U-2 使用了 system-13 电子对抗设备时在制导雷达屏幕上看到的情形，更严重的是射出去的导弹都打偏了。这种情形连续出现了好几 次。把解放军的导弹兵郁闷得不行。总结会、讨论会、批评与自我批评、诸葛亮会等等会议，再加上多次的实验、练习。终于有一个参谋说这很可能是一种角度欺骗式干扰。
首先，我们需要知道雷达是怎么测量目标的方位角的。许多人以为雷达测角就是测量雷达波束扫到目标时天线转轴的偏角，这对于搜索雷达和远程警戒雷达基本是正确的。不过对于需要精确测量目标方位角的火控雷达、制导雷达这个精度就远远不能满足要求了。因为雷达波束的宽度一般是 1 度左右，而军队中角度的最小单位通常是以密位计算，中国的密位制是一个圆周 6,000 密位，也就是一个密位为 0.06 度。通过雷达天线的旋转轴的偏角是达不到这个精度的，而且通过测量雷达信号回波最大的位置也无法满足这个精度。原因是雷达波束最大处的信号强度随偏角的改变并不明显。下图是一个典型的雷达波束图，或者用雷达术语叫天线方向图。图中反映雷达天线辐射强度随角度的变化关系。我们可以看到雷达波束并不是一根针状，而是和一根根大小不同棒球棍差不多。其中辐射最强那根”棒球棍”我们称之为主瓣，其他小”棒球棍”称之为副瓣。也就是除了雷达天线指向的方向之外，其他方向也是有辐射的。另外要注意，这个方向图是辐射接收都适用的，也就是说辐射方向强的地方接收灵敏度也高。这个特性给干扰带来很大的好处，嗯，关于这个我们下回分解。在图中我画了两组线段，分别表示来自不同角度的回波强度。可以看出两根红线的夹角和两根绿线的夹角基本一致，但是两根红线的长度差别比较小，而两根绿线的差别就比较大。这说明了在辐射强度最大的地方，雷达灵敏度对方向不敏感。所以用这个位置测角的误差就很大了。
雷达测角的一个常用方式就是使用两个偏置的波束，如下图，图中的红点表示目标，可以看出这个目标在两个波束上的强度差别是很大的。通过计算这两个回波的强度就可以得出目标的精确方位，这个精度可以高于 0.1 度。另外，这两个回波强度的差别也可以提供一个偏转信号让雷达天线自动转向目标。如果大家还记得我在电子战序幕那节提到的 ASV 雷达就明白是怎么回事了。只不过那个偏转是手工的——雷达操作员指挥飞行员。而导弹的制导雷达是自动的。不过萨姆-2 的制导雷达——”扇歌”和 ASV 还有一些区别，首先”扇歌”要测量两个维度的方向角——方位和仰角，所以要两幅天线。另外 ASV 用了三个天线来做这个事情，而扇歌早期雷达只用一个天线，它采用快速切换波束指向的方式来模拟两个接收天线，而且早期的扇歌雷达这个天线还负责发送测角信号。
早期的”扇歌”制导雷达是上图的中的 SNR-75M Fan Song B。没有顶端的两个碟状天线
这样目标如果接受到这些测角信号的话就知道被制导雷达跟踪上了，因为除非它正好在两个波束的中间，否则收到的雷达信号大小总是按一定的频率起伏。实际上 U-2 的 System-12 电子支援装置就是靠这个起伏的规律识别出制导雷达的。
以上这个雷达测角的方式称为序列波束测角，这种方法只能测得一个方向上的角度。而另外还有一种叫圆锥扫描的方式则可以测出两个方向的角度。其方法是让波束以一定的角度绕一个中心轴线做圆锥状的扫描，这时接受到的目标回波大小将会按正弦波的规律变化，这个正弦波的幅度代表目标的偏角大小，而相位则表示偏离的方向。还有一种测角方式叫单脉冲测角，其原理和序章中的 ASV 雷达类似，通过对进入几个不同指向的天线的回波大小进行计算直接获得偏角，不过这种方式需要多个接受天线，但是却很难干扰——或者说欺骗。而前面两种方式则比较容易受骗上当。
U-2 安装的 System-13 就是一个针对”扇歌”雷达的欺骗装置。其原理很简单，打开这个装置之后，它就会按照”扇歌”雷达波束变化的规律发送和正常回波大小相反的信号，也就是说收到大信号时发送小回波，反之发送大回波。这样制导雷达的跟踪电路就被迷惑了，如果按照干扰装置返回的信号来改变指向的话就会离目标越来越远了。在雷达屏幕上那个”船”型的回波一端是真实回波，而另一端就是欺骗的回波。当欺骗回波大于实际回波的时候导弹肯定就打偏了。
怎么对抗这个干扰呢？也许我们会想搞个什么电路把这个欺骗回波滤掉，或者干脆让导弹直接打回波发出的信号等等。但是，当时的导弹兵想出的第一个方法却非常简单。他们发现从 U-2 发现被盯上到干扰出现大致有 3-4 秒的延迟，这个延迟判断为飞行员手工打开干扰装置的时间。也就是飞行员必须知道被制导雷达盯上才会打开干扰，这个装置不是一直打开的——废话，这个东西在干扰制导雷达的同时也在不断通报自己的位置，还费电。所以如果我们能欺骗 System-12 就可以让 System-13 无用武之地。通过对缴获的 System-12 进行分析，他们改变了制导雷达的脉冲重复频率（还是测角电波的扫描频率）。这样几架 U-2 就这样”不知不觉”地被打下来了。到最后，国产的红旗-2 改变了制导雷达的工作体制，发射测角电波的时候不再周期性地改变波束方向，而是让接收天线周期性地改变波束方向。这样干扰机就不知道该怎么发送欺骗回波了，彻底解决了这个干扰问题，也击落了最后一架 U-2。这个改进的制导雷达就是上图的 SNR-75M Fan Song E，顶上带两个碟形天线的。
转载空军之翼文章敬请保留本文链接：http://www.afwing.com/weapon/about-radar.html
有一堆桃子，两个人分多一个，三个人分少一个，五个人分多两个，请问一共有多少个。很久以前碰到过这个题目，不过当时不知道这是大名鼎鼎的中国余数定理的一个例题，只是当作大人作弄我们这些个小聪明的一种手段。知道这个定理的时候是很久之后的事情了……
再次相遇是在雷达技术的课本中。
跳跃性有点大，事情是这样的。我们知道雷达是靠接收反射的回波来发现目标的，不过光发现目标还不够，雷达通过回波要分析出目标的其它信息，最常用目标信息的就是距离和方位。方位先做个坑留下，我们看雷达是怎么测距的。
测距大家可能觉得很简单，不过就是发一个信号出去，然后等待回波，然后记录发出信号和收到回波的时间差，然后计算无线电波在这段时间里传输的距离再除以二（折返）不就可以了吗。理论上是这样，但实际操作起来就有些不同。实际雷达的测距是持续进行的，对于脉冲多普勒雷达来说，发出去的信号是一系列连续的脉冲，接收的回波也是一系列的脉冲。如果每秒发送的脉冲数量——脉冲重复频率——多到一定程度之后。回波脉冲有可能会在若干个周期后才收到，在无法确定回波脉冲是由哪个发送脉冲得到的情况下，也就无法测定目标距离了，这种情况术语称为距离模糊。图 1 显示了这种情况，目标回波是隔了两个脉冲周期才传回来的，无法知道到底是第一个还是第二个脉冲的回波，因此目标距离可能的数值就不止一个了。
图 1
有人会说，如果记下在接收回波前共发送了多少个脉冲不就解决问题了吗？这个方法在示意图中看上去好像是可行的，但是在实际中无法做到。因为你无法知道发现目标时到底是哪个脉冲起作用。示意图中暗示了是第一个脉冲发现了目标，然而也可能是第二个。比如隐身飞机接近到一定距离后打开弹舱向你发射导弹。另外由于干扰或其它的一些原因我们很可能会丢失若干回波。所以在发送的脉冲没有标记的时候，高脉冲重复频率肯定会带来距离模糊。典型的脉冲多普勒体制的雷达，工作在高脉冲重复频率是，其重复频率都在 100kHz 以上，也就是每个脉冲的间隔小于 3 公里。只要目标距离超过 1.5 公里，就会出现距离模糊。
还有人会说，那我把脉冲重复频率降下来不就解决了？的确是这样，如果脉冲重复频率小于 1.5K Hz，那么距离小于 100 公里的目标就不存在（测）距离模糊的问题。不过脉冲重复频率的选择对于现在常用的脉冲多普勒体制雷达（PD 雷达）是一个很重要的参数。高的脉冲重复频率有其不可多得的好处。
图 2
图二显示的是高脉冲重复频率的 PD 雷达的回波频谱，其中 f0 是雷达的工作频率，fR 是脉冲重复频率。以这些频率为中心由于雷达本身的运动——机载雷达——总有一段频谱是有杂波存在的，这些杂波的存在会降低雷达发现目标的能力。从图中可以看出如果脉冲重复频率越高则这些杂波频谱拉开的距离就越大，这样无杂波的范围也就越大。目标频谱如果落在这些无杂波频谱范围内则雷达发现目标的能力就比较高。因此如果我们不怕距离模糊的话，发现目标的能力就还大大提高，这也是 PD 雷达的一个优点。事实上采取一些措施在高脉冲重复频率下是能够解决距离模糊的问题的，这些方法称为距离解模糊。
其中一个方法就是利用中国余数定理（终于绕回来了）。其方法如下，采用多个（通常是两个或三个）不同的脉冲重复频率分别对目标进行测距，虽然在这些脉冲重复频率下都存在距离模糊，但问题变成了文章开头的余数问题。实际目标距离是脉冲空间间隔的整倍数与回波在脉间延迟的空间间隔之和的一半。这个倍数我们不清楚，但是在多个不同脉冲空间间隔的帮助下我们可以解出这个不定方程。19 世纪高斯给出了这个方程的解法，然而在南北朝的时候中国的《数书九章》就给出了一般算法，所以这个算法也称为中国余数定理。
PD 雷达距离解模糊的方法还有好几种，其中一种是连续改变脉冲重复频率使得目标回波落在脉冲间隔中间，通过对频率求导可以得到正确的距离，但是精度比较低。另一种方式就是用某种方式为发出去的脉冲加上标记，这样就可以知道回波到底是哪个脉冲的结果。常用的方式有线性载波调频和正弦波载波调频。不过前者测量精度依赖于调频线性度和变化率，后者则反应较慢。
线性载波调频由于响应较快适合于边搜索边测距模式，正弦波载波调频则适合于连续测距模式。两者精度都只有千米级，而不像上述方法可以得到 10 米量级的精度。同时如果有多目标的话线性调频方式还是会出现模糊或距离幻影。
闲扯雷达之二——频段命名的来历
专业人士喜欢讲术语，这些黑话常把外行唬得一愣一愣的。无线电作为一个相对”古老”的行业其术语还是比较优雅的，很多可以直接从字面上理解。不像 IT 界每个月都要冒些新鲜玩意出来，任何语言学家也要头疼。不过这一专业也曾有语无伦次的时候，其中一个例子就是各波段的命名。
估计大家都听过什么高频、甚高频、超高频、特高频、极高频等等术语，但谁能搞清楚哪个更”高”呢？再深入一些，大家也许听过比如 X 波段、C 波段、Ku 波段等等，但谁知道这些波段指的是什么？其实这些名称反应了无线电技术有过一段飞速发展时间，混乱的命名记录了曾经的概念爆发。
在雷达行业中，以雷达工作频率划分为若干的波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、L 波段、S 波段、C 波段、X 波段、Ku 波段、K 波段和 Ka 波段。这些命名追究起来是非常有趣的。
首先高频不”高”，所谓的高频段指的是频率在 3M-30M 之间的无线电波，波长从 100 米到 10 米。这个波段也称为短波波段，相应的还有中波、长波、超长波等等，但雷达最低使用的频率就是这个了，所以这里不再讨论更低频率的波段。最早的雷达使用的就是这个频段，因为就当时（二战前夕）的技术来说这是能够得到可靠的大功率器件的最高频率了。在当时来看倒符合”高”频的定义，短短几十年这个频段再称为高频就有点名不副实了。比如，在高中时我们几个无线电爱好者就可以搞出工作在 30M 业余频段的手持式对讲机了。而且相对于后来我们做的 150M 对讲机而言，这类对讲机的制作和调试要简单很多，不需要专门的仪器，一块万用表就可以搞定了。由于相对的技术难度小，工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰，许多短波电台用的也是这个频段，毕竟使用电磁波的不光是雷达还有通信设备以及娱乐设备——电台。这点我自己也是深有体会，一开始的时候一瓦的对讲机可以保证 1 公里的通信范围，两年后要维持这个范围就必须加大到 5W ——太多人玩了。
除了干扰大之外，高频段还有一个弱点在于其波长太长，对于小物体来说电磁波的反射效应很小，按现在的说法就是雷达截面积很小，或者说对于高频雷达是”隐身”的。但是大不列颠空战依赖的就是这些雷达。并且它们的确完成了赋予的任务。
当然工作在这个波段还是有些好处的，由于高空电离层可以反射高频波段的信号，使得这些信号可以超视距传播，因此这个波段对超视距雷达是有足够的吸引力的。
既然历史原因让不太高的高频窃取了高频波段的名称，那么更高的频率就只好使用其它名字了，所以高频之上的另一个频段用了甚高频（VHF）。其中英文缩写的 VH 是 Very High 的意思，其频率范围是 30M 到 300M，其波长范围是 1 米到 10 米，因此这个波段又称为米波波段。事实上这个波段的雷达载 20 世纪 30 年代就有了，由此可见技术发展的速度。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上，如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。这可能是让早已淘汰的波段起死回生的一个契机。不过这个波段的问题和高频波段一样，大量的通信和广播也使用这个频段，所以干扰也是很大的。
再往上跑我们就来到超高频波段了（UHF），UH 是 Ultra High 的缩写——大家可以看出这个命名是多么无奈了吧。此波段的频率是 300M 到 1G，波长从 0.3 米到 1 米，这个波段一般也称为分米波波段，二战早期的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的，可见在 20 年不到的时间里雷达频段一下子跳了 3 个台阶。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中，并在二战后期投入实用。从这个频段开始雷达终于可以避开干扰较大的”低”频了，由于这个频段的频率范围宽所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松的相互避开。同时由于频段范围宽，再用波长长度如分米、厘米、毫米等方式就比较粗糙了。所以分米波和厘米波根据各自的特点和用途在 1G 以上的频率细分为几个用字母表达的波段，这就是在兵器知识中经常听到的 C 波段、X 波段等等波段了。
具体的 L 波段频率范围是 1GHz 到 2GHz，波长从 30cm 到 15cm，L 的意思表示远距离，这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在 200 英里以上的空中交通管制雷达。
S 波段的频率范围是 2GHz 到 4GHz，波长从 15cm 到 7.5cm。S 的意思是短（Short）指波长短——命名的混乱之一。波长短可以比较容易做到窄波束，用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用，不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性，所以气象雷达也多工作在这个频段上。
C 波段频率范围是 4G 到 8G，波长从 7.5cm 到 3.75cm 之间，C 是英文 compromise 的缩写，即妥协、折中的意思。和什么折中呢？这里指的是 S 波段和 X 波段（8G-12.5G）两个波段的折中。而 X 波段的 X 则表示这个曾经是一个保密频段（二战期间）。这里我们再次看到命名的随意和混乱。X 波段的用途很广，军用和民用雷达都经常使用这个频段，由于频率很高其天线尺寸可以做得很小，警用雷达测速就是一个例子——小到大多数人都没有留意。
Ku、K、Ka 波段指 12.5-40G 的频段。其中 K 是德文 Kurz，意思也是短（Short）……，这个波段早期是二战期间发展起来的厘米波雷达，频率是 24G。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振波长，也就是辐射出去的能量要被水蒸气吸收掉不少——微波炉的加热原理。因此为了避开这个谐振频率，把 K 段分成 Ku（小于谐振频率的波段）和 Ka（大于谐振频率的波段）两个波段。其中 Ku 是 12-18GHz，Ka 是 24-40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量，由于还存在大气衰减因素。其作用距离通常比较短。
电子战序幕
雷达技术最看热闹的 也许就是干扰和反干扰了，或者用时髦一点的词——电子战。电子战是一个统称，具体的内容包括电子支援措施（ESM），电子对抗措施（ECM）和电子反对抗措施（ECCM）。在这里我们看到中文表达的一个好处了，电子反对抗措施 ECCM 英文全称是 Electronic Counter-Counter Measures——反反措施，听着都觉得别扭。不过人家是电子战的祖宗。针对雷达的电子战最早是从二战开始，据本人不可靠的知识，和这个扯得上关系的应该是著名的“比斯开湾十字架”。
U 艇舰桥上的比斯开湾十字架
话说，二战时最出彩的海军恐怕要算德国的潜艇部队了，U 艇、狼群战术是令约翰牛肝颤的词儿，一度曾掐断了新旧两大陆的水上交通，几乎让日不落帝国倾家荡产，连当裤子的当铺也找不到——为增加反潜力量，丘吉尔打算用两块海外殖民地换美国破旧的驱逐舰，就这条件也差点的通不过美国国会的支持。哎，扯远了。
潜艇怕什么？深水炸弹？你得知道我再哪你才能扔啊。只要潜到水下，基本上潜艇就对当时所有的探测手段免疫。那时候的声纳技术也不过关，水面舰艇单凭声纳和潜艇捉迷藏还指不定谁捉谁呢。不过那时候的潜艇有一个麻烦，就是一段时间后必须浮出水面充电、透气——实际上现在的常规潜艇也一样。这就是消灭他们的机会了。不过这些潜艇的艇长都不是傻瓜，总是在黑夜上浮。夜幕和厚厚的水层一样起到很好的隐蔽作用。因此雷达上场了，对于雷达来说没有黑夜白天之分。水面舰艇最早装了雷达，不过一来速度不快，一个晚上也巡逻不了多大的地方，二来雷达安装高度不够，海面也会反射雷达信号——这个术语称为杂波，海面杂波，所以反潜效果不好。飞机就正好解决了这两个问题，不过雷达上飞机可不是一件容易的事情。40 年前后能用的雷达多是米波雷达，光天线就快赶上小型战斗机的机翼了，只有大型飞机勉强装的上。装上后还不能自己旋转，要飞机自己做圆周运动来模仿雷达旋转，这让我想起一个笑话，一哥们装灯泡，不够高，就站在另一个哥们的肩膀上，把灯泡插进灯座后，对下面的哥们喊——你转啊，转啊！别笑，早期反潜机上的雷达的确是这么工作的。而且实际操作起来可以让更多人抓狂。
当时用在反潜机上的雷达是 ASV MK I 和 MK II 两个型号，本质上没太大的区别。首先在机身上装一个发射天线，发射一个波束宽度很大的探测电波，波束宽度指的是信号的张角，这样可以照顾飞行员，不用扭来扭去就可以监视很宽的一段水面。然后分别在机身左边和右边——通常在翅膀上各装一个接收天线。这样目标在左边则左边的天线收到的信号就大一些，反之则是右边的信号大一些。这两个信号并列显示在雷达屏幕上，雷达操作员告诉飞行员调整飞行方向直到两边的信号一样大了，就表示方向对了。估计当时雷达操作员对飞行员的命令就和上面那个哥们差不多——左，再左，右，好了！不过事情还没完，由于海面杂波影响，雷达最近的探测距离差不多有 1公里，一公里内目标回波要不淹没在海面杂波中，要不接收机就会被海面反射回来的杂波烧毁。所以在漆黑的夜里要发现 1 公里外的潜艇还需要借助更原始的工具——探照灯。这时飞机不但要飞向正确的方向，还要飞在正确的高度上。
ASV 雷达的屏幕，和电影上的差别可大了.可以看到有两个目标，靠下面那个近一点，同时有一点点偏左。靠上面那个远一点，偏左更厉害一些
不过就是如此简陋的东西，一开始确把嚣张一时的 U 艇打懵了。在连续夜间损失了几条潜艇后，德军潜艇司令出了昏招，让潜艇在白天上浮充电，晚上潜伏航行。因 为他感觉现在夜晚比白天要危险多了。但是，白天的损失更大，雷达白天也是能工作的，而且人眼足以更好地补充雷达最后那段盲区。
其实，德军要自己检讨一下。早在损失之前德军就缴获了一套上述的雷达设备，并装在自己的一架飞机上做了实验。不过他们同样遇到了雷达最后一公里的盲区问题，于是认为这种装备对潜艇没威胁。专家害死人啊。
还好德军的反应很快，猜到了是雷达在夜间搜索到了潜艇。于是专门为潜艇做了一批雷达信号接收机，这样早在飞机发现潜艇之前接收机就收到了雷达信号了。这些接收机很好做，因为接收信号是单程的，其灵敏度要求比雷达要低很多。而且潜艇对飞机没辙，只要知道附近有飞机在找自己，只能一潜了事，惹不起我还躲不起 吗。这样，ASV 雷达装备不久就再也找不到潜艇了。由于这段公案发生在德军潜艇进出大西洋的航道比斯开湾上，而且那个接收机的样子很像十字架，所以潜艇官兵把这玩艺叫做“比斯开湾十字架”，寓意丰富。
以上算是最早的一个电子战例，实际上德军使用的措施还不算不上电子对抗措施，而是一种电子支援措施。所谓电子支援措施一种利用敌方电磁辐射采取的军事支援行动，包括了对电磁波的截获、搜寻、定位和分析，完全是被动的。这次对抗只是电子战的一个序幕。从技术上看双方都是非常笨拙的。不过从德军开始的损失以及其后的安全，电子战一开始就显示了其血腥的一面。其后的一系列冲突中，在外行可能看不出精彩，然而血腥依旧。
PLA 的电子战之一
比斯开湾的十字架是一个最原始的电子支援措施（ESM），这是一个宽带接受机，接收频率从 100MHz 到 500MHz，自然包括了工作频率在 150MHz 到 200MHz 的 ASV Mk II 雷达。U 艇的艇长要庆幸自己生活在一个好时代，那时战场上的电磁环境一点也不复杂，在这么宽的频率范围中居然只有一种对他们有威胁的雷达。我们把时间推后 20 年——20 年不到吧，就是以一穷二白著名的中国天空上也布满了好几种不同的雷达电波。这可是一件令人惊诧的事情。更令人惊诧的是我们还拥有当时世界上最先进对空导弹系统，虽然只有不多的几个营，不多的几枚导弹。虽然这些都不是我们制造的，但是操作这些导弹的都是黄皮肤、黑眼睛、黑头发的中国人。令人惊诧的事情还没完，世界上第一个对空导弹的战果居然也落在这群人的手里。当然第一个战果不是 U-2 而是 RB-57，是一种由轰炸机改装的高空侦察机。第一个 U-2 的战果是半年后苏联获得的。不过击落 U-2 战果最多还是中国，有记录的 U-2 战斗损失是 7 架，其中 5 架散落在这块古老的大地上。遗憾的是驾驶这些 U-2 的同样是黄皮肤、黑眼睛的中国人。
扯得有点偏了，不过不知为何写到这些东西心里总有点迷惘。
U-2 即使是现在也是数得上的一种高级侦察机，其优势在于飞得高，实用升限超过 20,000 米，在当时没有任何一种战斗机可以飞到和它相同的高度，只有导弹可以击落它。而除了飞得高这个优势之外，在机动性和速度上 U-2 就乏善可陈了，而且它也没携带任何武器。因此这决定了它和对空导弹的较量中只能使用电子战。PLA 在取得第一个 U-2 战果后很快就遇到了这个问题。在很多记述中，我们都看到只要导弹的制导雷达一开机 U-2 就能发现，然后简单地做一个规避机动，隐蔽设伏的导弹部队就只能望空兴叹。这点和上文提到的“比斯开湾十字架”是多么的相似。很明显在 U-2 上有一套制导雷达的预警装置。这套装置后来在击落的 U-2 上找到，是一个叫 System-12 的盒子——U-2 上有许多不同的”盒子”，它不但能截获导弹制导雷达的信号，还可以在座舱屏幕上给出雷达的方位。这点要比前文的“比斯开湾十字架”先进很多，飞行员可以以此决定规避的方向。
和“比斯开湾十字架”相比，System-12 对雷达波是有选择的。它只截获制导雷达的信号，对其他的雷达信号则不予理睬。在这点上是很聪明的，因为那时我们还拥有许多其他型号的雷达——远程搜索雷达、警戒雷达、指挥高炮的炮瞄雷达等等。但是这些雷达对 U-2 都没有威胁，凭借其飞行高度它不会把老掉牙的高炮放在眼里，同样搜索雷达也无法对导弹进行制导。所以它只需要关心能控制导弹的制导雷达信号，听到这个信号就表示被射高同样达 20,000 米，射程达 45 公里的萨姆-2 导弹盯上了。如果它像“比斯开湾十字架”那样对很宽的频率范围内的所有雷达信号都报警的话，那么就什么事也别干了。我看到河里有人提议多装几个类似的制导雷达不就可以把 U-2 吓跑了吗？这个提议在理论上好像可行，不过 System-12 对雷达信号的识别能力要远远超过其前辈。你不把信号模拟得维俏维妙它是不认账的。而如果你能模仿出来，那么在当时的技术条件下就和制造出一个真实的制导雷达系统差不多了。
我们当时装备的导弹大家都知道是萨姆-2，即后来的国产红旗-1 和红旗-2，红旗-2 是取消了核弹仓的萨姆-2 导弹。构成萨姆-2 导弹营除了发射架上的导弹外，还有其他大量的设备，包括了远程预警雷达——”匙架”（苏联型号 P-18），制导雷达——”扇歌”，还有其他的发电车、指挥车、工程车等等。
萨姆-2 导弹使用的是无线电指令制导，也就是说导弹本身只是一枚可控火箭。其他的包括目标发现、锁定、截击航路运算等等的操作全部是在地面完成的。没有这些东西导弹不过一个花架子。
P-18“匙架”预警雷达
P-18“匙架”预警雷达。用于早期预警，将目标的方位、距离等信息传递给指挥部配合制导雷达发现目标。其作用距离越 275 公里。不过其精度较低无法直接配合导弹工作。因此 U-2 对它不屑一顾。
“扇歌”制导雷达。萨姆-2 导弹的核心，它负责目标高度、方位、距离的高精度测定，同时向导弹发送无线电制导指令，按条令，只要它开机发现目标 6-8 分钟后导弹就可以发射。不过 PLA 最后把这个时间压缩到 8 秒以下！U-2 怕的就是这个。
仔细看这个制导雷达，你说上面有多少个天线？
估计不少人会答是三个。不过正确答案是五个！其中三个碟子很好认，单独飘出来的那个是无线电指令制导用的，用来向导弹发送制导指令。最顶上两个碟子，左边是水平发射天线，右边是垂直发射天线，分别用来发射精确测定目标的方位角和仰角的信号。另外两个天线是一横一竖两块大铁片。在两碟子下面那块是水平收发天线，右边帖着那块则是收发天线。最早的型号没有上面两个碟子。我知道的国产红旗-2 用的就是这个，但是早期我们用的是不是这个就不太清楚了。
从结构上我们也可以看出制导雷达要比预警雷达复杂，在内部其技术就更复杂了。因为它需要精确地给出目标的三维数据。精确到什么程度呢？其方位角和仰角必须在 0.1 度以内。而预警雷达的角度精度一般只有 1 度，甚至更大。因此这部雷达的收发机制是很不一样的。System-12 就是靠这个特征区分出制导雷达的电波。这些特征粗略讲就是雷达工作频率、脉冲重复频率和扫描频率。和“比斯开湾十字架”大撒把地接收一大段频率的信号不同，这些数据都必须事先精确测定。
对于导弹部队来说上述数据都是最高机密，而且我们的导弹部队也是轻易不开制导雷达的，就是防止敌人将这些数据记录回去分析。那么这些数据是怎么被美国人知道的呢？
也许有人认为随便监听一下就知道了。确实是监听到的，不过事情并不那么简单。在《电子战 60 例》中有类似的章节介绍，你会发现为获得这些数据背后所付出的代价。首先制导雷达的作用距离不远，其次目标没进入射程是不会开机的。所以要监听的话，即使作为纯接收机的监听距离比雷达作用距离大，也不见得可以获取到需要的数据。直接监听的代价通常是朝闻道，夕死可矣。在和平年代的电子情报收集有时候也是血淋淋的，大家都知道王伟当时拦截的是什么飞机吧。人家还没进入你的领空呢。不过，有大量的情报都是在不经意间泄露的，比如演习，比如例行的设备测试。美国发现苏联在古巴部署导弹的一个原因就是部署后的导弹一次雷达测试。
不管怎么说，现在”扇歌”制导雷达的数据人家已经知道了，并且以此作出了预警系统。现在摆在 PLA 年轻的导弹部队面前就是日后的热门战争——电子战。
PLA 的电子战之二
通过分析有人发现，U-2 也不是一下子就能发现制导雷达的信号的，大概要在开机后 20 秒才会做出反应。所以如果能把开机时间压缩在 20 秒，准确地说就是把锁定的时间压缩到 20 秒内，那么 U-2 是无法做出反应的，而 20 秒后导弹已经发射出去了，就算有反应也都迟了。当然这要求把接敌距离压缩到 39 公里以内，否则 U-2 还是有机会逃出导弹的打击范围的。这就是后来有名的近快战法，所谓近就是接敌距离近，快就是锁定快。
这 20 秒的时间也说明一个问题，就是早期的雷达预警设备存在处理速度的问题。这也就是上面说过的理论和实际之间的差别了。当然现在就好多了。
U-2 作为近快战法的目标其实是很不错的，因为它没携带武器，放近点打没什么危险，而且它的速度不快，机动性也差，进了导弹射程基本上是没跑的。后来用这个方法对付携带反辐射导弹的战斗轰炸机就相当刺激了。利用的也是反辐射导弹需要一段锁定时间，在反辐射导弹的导引头锁定雷达之前，抢先锁定载机。这是一场双方拼速度和胆量的比赛，如果地空导弹先锁定了载机，那么对方只好带着沉重的反辐射导弹做机动规避。反过来的话雷达要不关机，要不就挨炸。所以作为反辐射导弹有一个很重要的指标就是导引头的锁定时间。
现在看来，当时的 PLA 导弹部队算是抓住了电子战中的一个本质——信息处理速度。和 System-12 这个预警装置比赛锁定速度。从一开始双方的差距来看（2 分钟对 20 秒），老毛子的电子技术要稍逊一筹。不过较量早在这之前就已经开始，由于雷达参数泄密方面老毛子先失一局，自然后面的比赛就被动了。
有人可能会想，换一个工作频率不就可以了吗？事情并不那么简单，雷达的工作频率一般只能在一个小范围内变化，即使是现在的跳频雷达或者说频率捷变雷达其频率变化的范围也不是无限制的。雷达工作频率选择牵涉的问题非常多，这里只举一个例子——天线。不说不同频段的发射机需要不同形状的天线，即使频率只改变 10% 也需要对发射机和天线之间的匹配回路重新进行调整，否则天线的损耗是无法接受的，最坏的情况下还会烧毁发射机。打个不太恰当的比方，开车时小范围的速度变化通过油门可以控制，大范围的变化就需要换档了，天线匹配回路的调整就相当于换档。但是最佳匹配是需要复杂的运算的，这个比调整变速箱的转速比要复杂很多。所以一个型号的雷达工作频率变化范围不会太大。因此在频率参数泄露的情况下，对应的雷达预警设备只需要搜索比较窄的一段频率就可以轻易截获雷达信号了。幸好在当时的技术条件下，这个搜索还是需要 20 秒左右的时间。这样就留了一个不是机会的机会给我们的导弹部队。
当时官兵们想了许多匪夷所思的方法，甚至把主意打到营长的指挥口令上。不过从我的角度上看他们最大的成就就是找到了缩短制导雷达跟踪时间的方法。那么所谓的锁定是怎么回事呢？
所谓的锁定就是雷达能够自动指向目标，在萨姆-2 防空系统下，制导雷达必须能自动跟上目标的机动，地面的导弹发射架则随动于制导雷达的指向，导弹发射后就能进入制导雷达的波速中，这样雷达就同时测出导弹和目标的位置。位于地面的制导系统自动计算导弹的最佳飞行弹道，向导弹发送遥控指令，引导导弹飞向目标。在这个过程中制导天线必须精确地跟踪目标。一旦精确的自动跟踪状态建立，那么我们就称为锁定。导弹就可以随时发射了。
要让制导雷达锁定目标需要许多繁琐的步骤，首先远程的预警雷达要不断地通报目标的各项参数，距离、方位、高度等等。在导弹营中配有一台”匙架”远程预警雷达可以提供目标的距离和方位，有时还会加上一台测高雷达获取目标的高度数据。这些数据定时通报给指挥部，除了大长官之外其他人可就忙咯。他们需要把上述数据解算成制导雷达的指向，让制导雷达在一开机就能捕捉到目标。由于预警雷达和制导雷达通常不在同一个地方，这个坐标换算可是让当时大多数高中没毕业的 PLA 头疼了很久。当然这些解算过程还是有机器辅助的，不过却不是我们常用的电子计算器，而是令人眼花缭乱的电路、指示灯、开关、仪表。由于远程预警雷达的数据精度不高，当制导雷达开机的时候还是需要操作员手动搜索一阵才能抓到目标的，这个动作是由三个瞄准手完成，三个人分别负责方位、仰角和距离。当三人都把目标锁在各自的截获波门内，才可以让雷达进入自动跟踪状态，至此锁定完成。当时的雷达是非常原始的，因此他们不能指望用鼠标或操纵杆上的”苦力帽”来选择目标。那时候他们大致是使用下图的 A 显来跟踪目标的。
雷达的 A 显，横坐标可以使距离、方位或角度。目标以脉冲的方式显示在上面的横线上，下面的横线是一个示意图，实际未必是这样。瞄准手必须让目 标脉冲落在下面横线的凹槽里，这个凹槽雷达术语叫波门或截获波门。一旦锁定成功，雷达的电路会自动让截获波门跟踪目标脉冲。（此图来自 http://www.radartutorial.eu）
从以上可以看出要把锁定时间缩短到8秒的难度有多大。由于预警雷达的数据精度不够，所以正常情况下制导雷达开机后还需要手工搜索一阵，由于制导雷达的波束宽度比较窄，扇歌雷达的搜索波束宽度只有 7 度左右，相当于用一根拇指粗细的管子来搜索天空那样，如果误差比较大的话，找起来就很费劲。因此决定锁定时间的关键就在于预警数据的准确性以及数据通报的及时性。几乎所有的书籍、文章大多将其时间缩短放在发射动作的安排和频繁的练习上，只有某些文章轻描淡写地提到他们用炮瞄雷达来做早期的预警。虽然前者功不可没，但是后面这个动作才是关键！因为炮瞄雷达可以提供比远程警戒雷达精确得多的目标数据，这样大多数时候只要制导雷达一开机就抓到目标了。个人认为这才是近快战法的核心。
现在回过头来看，我们在第一次成功的电子战中就运用了系统工程的方法。方向是正确的，从这个角度上看我们的电子战水平一开始的起点并不低。从我们的解决方法中可以看到许多现代电子战技术的雏形。比如雷达组网——这个是现在也在不断发展的概念，及时地情报传递——数据链就是做这种事情的。
美国的科技发展还是很快的，在这个预警系统被破解之后，很快又搞出了一个 System-13，和 System-12 不同，这个不再是被动的电子支援措施。 而是一个正式的电子对抗措施（ECM）。它是一个干扰设备，专门干扰萨姆-2 的制导雷达，而且这玩意用的是一种比较先进的思路，它的原理是欺骗而不是暴力的噪声压制。所以 PLA 的导弹兵没高兴太久又要面对世界领先的高科技手段了。
PLA 的电子战之三
“屏幕上原本饱满圆润的枣核形回波突然发生了变化，不断地拉长，两端翘起变成一艘船的样子。”
以上是 U-2 使用了 system-13 电子对抗设备时在制导雷达屏幕上看到的情形，更严重的是射出去的导弹都打偏了。这种情形连续出现了好几 次。把解放军的导弹兵郁闷得不行。总结会、讨论会、批评与自我批评、诸葛亮会等等会议，再加上多次的实验、练习。终于有一个参谋说这很可能是一种角度欺骗式干扰。
首先，我们需要知道雷达是怎么测量目标的方位角的。许多人以为雷达测角就是测量雷达波束扫到目标时天线转轴的偏角，这对于搜索雷达和远程警戒雷达基本是正确的。不过对于需要精确测量目标方位角的火控雷达、制导雷达这个精度就远远不能满足要求了。因为雷达波束的宽度一般是 1 度左右，而军队中角度的最小单位通常是以密位计算，中国的密位制是一个圆周 6,000 密位，也就是一个密位为 0.06 度。通过雷达天线的旋转轴的偏角是达不到这个精度的，而且通过测量雷达信号回波最大的位置也无法满足这个精度。原因是雷达波束最大处的信号强度随偏角的改变并不明显。下图是一个典型的雷达波束图，或者用雷达术语叫天线方向图。图中反映雷达天线辐射强度随角度的变化关系。我们可以看到雷达波束并不是一根针状，而是和一根根大小不同棒球棍差不多。其中辐射最强那根”棒球棍”我们称之为主瓣，其他小”棒球棍”称之为副瓣。也就是除了雷达天线指向的方向之外，其他方向也是有辐射的。另外要注意，这个方向图是辐射接收都适用的，也就是说辐射方向强的地方接收灵敏度也高。这个特性给干扰带来很大的好处，嗯，关于这个我们下回分解。在图中我画了两组线段，分别表示来自不同角度的回波强度。可以看出两根红线的夹角和两根绿线的夹角基本一致，但是两根红线的长度差别比较小，而两根绿线的差别就比较大。这说明了在辐射强度最大的地方，雷达灵敏度对方向不敏感。所以用这个位置测角的误差就很大了。
雷达测角的一个常用方式就是使用两个偏置的波束，如下图，图中的红点表示目标，可以看出这个目标在两个波束上的强度差别是很大的。通过计算这两个回波的强度就可以得出目标的精确方位，这个精度可以高于 0.1 度。另外，这两个回波强度的差别也可以提供一个偏转信号让雷达天线自动转向目标。如果大家还记得我在电子战序幕那节提到的 ASV 雷达就明白是怎么回事了。只不过那个偏转是手工的——雷达操作员指挥飞行员。而导弹的制导雷达是自动的。不过萨姆-2 的制导雷达——”扇歌”和 ASV 还有一些区别，首先”扇歌”要测量两个维度的方向角——方位和仰角，所以要两幅天线。另外 ASV 用了三个天线来做这个事情，而扇歌早期雷达只用一个天线，它采用快速切换波束指向的方式来模拟两个接收天线，而且早期的扇歌雷达这个天线还负责发送测角信号。
早期的”扇歌”制导雷达是上图的中的 SNR-75M Fan Song B。没有顶端的两个碟状天线
这样目标如果接受到这些测角信号的话就知道被制导雷达跟踪上了，因为除非它正好在两个波束的中间，否则收到的雷达信号大小总是按一定的频率起伏。实际上 U-2 的 System-12 电子支援装置就是靠这个起伏的规律识别出制导雷达的。
以上这个雷达测角的方式称为序列波束测角，这种方法只能测得一个方向上的角度。而另外还有一种叫圆锥扫描的方式则可以测出两个方向的角度。其方法是让波束以一定的角度绕一个中心轴线做圆锥状的扫描，这时接受到的目标回波大小将会按正弦波的规律变化，这个正弦波的幅度代表目标的偏角大小，而相位则表示偏离的方向。还有一种测角方式叫单脉冲测角，其原理和序章中的 ASV 雷达类似，通过对进入几个不同指向的天线的回波大小进行计算直接获得偏角，不过这种方式需要多个接受天线，但是却很难干扰——或者说欺骗。而前面两种方式则比较容易受骗上当。
U-2 安装的 System-13 就是一个针对”扇歌”雷达的欺骗装置。其原理很简单，打开这个装置之后，它就会按照”扇歌”雷达波束变化的规律发送和正常回波大小相反的信号，也就是说收到大信号时发送小回波，反之发送大回波。这样制导雷达的跟踪电路就被迷惑了，如果按照干扰装置返回的信号来改变指向的话就会离目标越来越远了。在雷达屏幕上那个”船”型的回波一端是真实回波，而另一端就是欺骗的回波。当欺骗回波大于实际回波的时候导弹肯定就打偏了。
怎么对抗这个干扰呢？也许我们会想搞个什么电路把这个欺骗回波滤掉，或者干脆让导弹直接打回波发出的信号等等。但是，当时的导弹兵想出的第一个方法却非常简单。他们发现从 U-2 发现被盯上到干扰出现大致有 3-4 秒的延迟，这个延迟判断为飞行员手工打开干扰装置的时间。也就是飞行员必须知道被制导雷达盯上才会打开干扰，这个装置不是一直打开的——废话，这个东西在干扰制导雷达的同时也在不断通报自己的位置，还费电。所以如果我们能欺骗 System-12 就可以让 System-13 无用武之地。通过对缴获的 System-12 进行分析，他们改变了制导雷达的脉冲重复频率（还是测角电波的扫描频率）。这样几架 U-2 就这样”不知不觉”地被打下来了。到最后，国产的红旗-2 改变了制导雷达的工作体制，发射测角电波的时候不再周期性地改变波束方向，而是让接收天线周期性地改变波束方向。这样干扰机就不知道该怎么发送欺骗回波了，彻底解决了这个干扰问题，也击落了最后一架 U-2。这个改进的制导雷达就是上图的 SNR-75M Fan Song E，顶上带两个碟形天线的。
转载空军之翼文章敬请保留本文链接：http://www.afwing.com/weapon/about-radar.html从中国余数定理开始
有一堆桃子，两个人分多一个，三个人分少一个，五个人分多两个，请问一共有多少个。很久以前碰到过这个题目，不过当时不知道这是大名鼎鼎的中国余数定理的一个例题，只是当作大人作弄我们这些个小聪明的一种手段。知道这个定理的时候是很久之后的事情了……
再次相遇是在雷达技术的课本中。
跳跃性有点大，事情是这样的。我们知道雷达是靠接收反射的回波来发现目标的，不过光发现目标还不够，雷达通过回波要分析出目标的其它信息，最常用目标信息的就是距离和方位。方位先做个坑留下，我们看雷达是怎么测距的。
测距大家可能觉得很简单，不过就是发一个信号出去，然后等待回波，然后记录发出信号和收到回波的时间差，然后计算无线电波在这段时间里传输的距离再除以二（折返）不就可以了吗。理论上是这样，但实际操作起来就有些不同。实际雷达的测距是持续进行的，对于脉冲多普勒雷达来说，发出去的信号是一系列连续的脉冲，接收的回波也是一系列的脉冲。如果每秒发送的脉冲数量——脉冲重复频率——多到一定程度之后。回波脉冲有可能会在若干个周期后才收到，在无法确定回波脉冲是由哪个发送脉冲得到的情况下，也就无法测定目标距离了，这种情况术语称为距离模糊。图 1 显示了这种情况，目标回波是隔了两个脉冲周期才传回来的，无法知道到底是第一个还是第二个脉冲的回波，因此目标距离可能的数值就不止一个了。
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图 1
有人会说，如果记下在接收回波前共发送了多少个脉冲不就解决问题了吗？这个方法在示意图中看上去好像是可行的，但是在实际中无法做到。因为你无法知道发现目标时到底是哪个脉冲起作用。示意图中暗示了是第一个脉冲发现了目标，然而也可能是第二个。比如隐身飞机接近到一定距离后打开弹舱向你发射导弹。另外由于干扰或其它的一些原因我们很可能会丢失若干回波。所以在发送的脉冲没有标记的时候，高脉冲重复频率肯定会带来距离模糊。典型的脉冲多普勒体制的雷达，工作在高脉冲重复频率是，其重复频率都在 100kHz 以上，也就是每个脉冲的间隔小于 3 公里。只要目标距离超过 1.5 公里，就会出现距离模糊。
还有人会说，那我把脉冲重复频率降下来不就解决了？的确是这样，如果脉冲重复频率小于 1.5K Hz，那么距离小于 100 公里的目标就不存在（测）距离模糊的问题。不过脉冲重复频率的选择对于现在常用的脉冲多普勒体制雷达（PD 雷达）是一个很重要的参数。高的脉冲重复频率有其不可多得的好处。
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图 2
图二显示的是高脉冲重复频率的 PD 雷达的回波频谱，其中 f0 是雷达的工作频率，fR 是脉冲重复频率。以这些频率为中心由于雷达本身的运动——机载雷达——总有一段频谱是有杂波存在的，这些杂波的存在会降低雷达发现目标的能力。从图中可以看出如果脉冲重复频率越高则这些杂波频谱拉开的距离就越大，这样无杂波的范围也就越大。目标频谱如果落在这些无杂波频谱范围内则雷达发现目标的能力就比较高。因此如果我们不怕距离模糊的话，发现目标的能力就还大大提高，这也是 PD 雷达的一个优点。事实上采取一些措施在高脉冲重复频率下是能够解决距离模糊的问题的，这些方法称为距离解模糊。
其中一个方法就是利用中国余数定理（终于绕回来了）。其方法如下，采用多个（通常是两个或三个）不同的脉冲重复频率分别对目标进行测距，虽然在这些脉冲重复频率下都存在距离模糊，但问题变成了文章开头的余数问题。实际目标距离是脉冲空间间隔的整倍数与回波在脉间延迟的空间间隔之和的一半。这个倍数我们不清楚，但是在多个不同脉冲空间间隔的帮助下我们可以解出这个不定方程。19 世纪高斯给出了这个方程的解法，然而在南北朝的时候中国的《数书九章》就给出了一般算法，所以这个算法也称为中国余数定理。
PD 雷达距离解模糊的方法还有好几种，其中一种是连续改变脉冲重复频率使得目标回波落在脉冲间隔中间，通过对频率求导可以得到正确的距离，但是精度比较低。另一种方式就是用某种方式为发出去的脉冲加上标记，这样就可以知道回波到底是哪个脉冲的结果。常用的方式有线性载波调频和正弦波载波调频。不过前者测量精度依赖于调频线性度和变化率，后者则反应较慢。
线性载波调频由于响应较快适合于边搜索边测距模式，正弦波载波调频则适合于连续测距模式。两者精度都只有千米级，而不像上述方法可以得到 10 米量级的精度。同时如果有多目标的话线性调频方式还是会出现模糊或距离幻影。
闲扯雷达之二——频段命名的来历
专业人士喜欢讲术语，这些黑话常把外行唬得一愣一愣的。无线电作为一个相对”古老”的行业其术语还是比较优雅的，很多可以直接从字面上理解。不像 IT 界每个月都要冒些新鲜玩意出来，任何语言学家也要头疼。不过这一专业也曾有语无伦次的时候，其中一个例子就是各波段的命名。
估计大家都听过什么高频、甚高频、超高频、特高频、极高频等等术语，但谁能搞清楚哪个更”高”呢？再深入一些，大家也许听过比如 X 波段、C 波段、Ku 波段等等，但谁知道这些波段指的是什么？其实这些名称反应了无线电技术有过一段飞速发展时间，混乱的命名记录了曾经的概念爆发。
在雷达行业中，以雷达工作频率划分为若干的波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、L 波段、S 波段、C 波段、X 波段、Ku 波段、K 波段和 Ka 波段。这些命名追究起来是非常有趣的。
首先高频不”高”，所谓的高频段指的是频率在 3M-30M 之间的无线电波，波长从 100 米到 10 米。这个波段也称为短波波段，相应的还有中波、长波、超长波等等，但雷达最低使用的频率就是这个了，所以这里不再讨论更低频率的波段。最早的雷达使用的就是这个频段，因为就当时（二战前夕）的技术来说这是能够得到可靠的大功率器件的最高频率了。在当时来看倒符合”高”频的定义，短短几十年这个频段再称为高频就有点名不副实了。比如，在高中时我们几个无线电爱好者就可以搞出工作在 30M 业余频段的手持式对讲机了。而且相对于后来我们做的 150M 对讲机而言，这类对讲机的制作和调试要简单很多，不需要专门的仪器，一块万用表就可以搞定了。由于相对的技术难度小，工作在这个频段的设备就必须忍受大量的干扰，许多短波电台用的也是这个频段，毕竟使用电磁波的不光是雷达还有通信设备以及娱乐设备——电台。这点我自己也是深有体会，一开始的时候一瓦的对讲机可以保证 1 公里的通信范围，两年后要维持这个范围就必须加大到 5W ——太多人玩了。
除了干扰大之外，高频段还有一个弱点在于其波长太长，对于小物体来说电磁波的反射效应很小，按现在的说法就是雷达截面积很小，或者说对于高频雷达是”隐身”的。但是大不列颠空战依赖的就是这些雷达。并且它们的确完成了赋予的任务。
当然工作在这个波段还是有些好处的，由于高空电离层可以反射高频波段的信号，使得这些信号可以超视距传播，因此这个波段对超视距雷达是有足够的吸引力的。
既然历史原因让不太高的高频窃取了高频波段的名称，那么更高的频率就只好使用其它名字了，所以高频之上的另一个频段用了甚高频（VHF）。其中英文缩写的 VH 是 Very High 的意思，其频率范围是 30M 到 300M，其波长范围是 1 米到 10 米，因此这个波段又称为米波波段。事实上这个波段的雷达载 20 世纪 30 年代就有了，由此可见技术发展的速度。使用这个波段的好处是天线尺寸比高频段要小一个量级——这样才能把雷达安装到空间比较局促的平台上，如舰船等。同时这个波段的波长决定了大多数飞机是无法隐身的。这可能是让早已淘汰的波段起死回生的一个契机。不过这个波段的问题和高频波段一样，大量的通信和广播也使用这个频段，所以干扰也是很大的。
再往上跑我们就来到超高频波段了（UHF），UH 是 Ultra High 的缩写——大家可以看出这个命名是多么无奈了吧。此波段的频率是 300M 到 1G，波长从 0.3 米到 1 米，这个波段一般也称为分米波波段，二战早期的机载反潜雷达就是工作在这个频段上的，可见在 20 年不到的时间里雷达频段一下子跳了 3 个台阶。而同时更高工作频率的厘米波雷达也在研制当中，并在二战后期投入实用。从这个频段开始雷达终于可以避开干扰较大的”低”频了，由于这个频段的频率范围宽所以不同设备之间的工作通道可以比较轻松的相互避开。同时由于频段范围宽，再用波长长度如分米、厘米、毫米等方式就比较粗糙了。所以分米波和厘米波根据各自的特点和用途在 1G 以上的频率细分为几个用字母表达的波段，这就是在兵器知识中经常听到的 C 波段、X 波段等等波段了。
具体的 L 波段频率范围是 1GHz 到 2GHz，波长从 30cm 到 15cm，L 的意思表示远距离，这个波段常用于远程对空警戒雷达、太空雷达以及作用距离在 200 英里以上的空中交通管制雷达。
S 波段的频率范围是 2GHz 到 4GHz，波长从 15cm 到 7.5cm。S 的意思是短（Short）指波长短——命名的混乱之一。波长短可以比较容易做到窄波束，用于机场终端监视雷达可以得到很好的角分辨力和精度。这个频段也可以做远程监视雷达用，不过受雨的影响很大。然而气象雷达需要这个特性，所以气象雷达也多工作在这个频段上。
C 波段频率范围是 4G 到 8G，波长从 7.5cm 到 3.75cm 之间，C 是英文 compromise 的缩写，即妥协、折中的意思。和什么折中呢？这里指的是 S 波段和 X 波段（8G-12.5G）两个波段的折中。而 X 波段的 X 则表示这个曾经是一个保密频段（二战期间）。这里我们再次看到命名的随意和混乱。X 波段的用途很广，军用和民用雷达都经常使用这个频段，由于频率很高其天线尺寸可以做得很小，警用雷达测速就是一个例子——小到大多数人都没有留意。
Ku、K、Ka 波段指 12.5-40G 的频段。其中 K 是德文 Kurz，意思也是短（Short）……，这个波段早期是二战期间发展起来的厘米波雷达，频率是 24G。不过这个频率十分接近水蒸气的谐振波长，也就是辐射出去的能量要被水蒸气吸收掉不少——微波炉的加热原理。因此为了避开这个谐振频率，把 K 段分成 Ku（小于谐振频率的波段）和 Ka（大于谐振频率的波段）两个波段。其中 Ku 是 12-18GHz，Ka 是 24-40GHz。这个频段主要用于高分辨的测量，由于还存在大气衰减因素。其作用距离通常比较短。
电子战序幕
雷达技术最看热闹的 也许就是干扰和反干扰了，或者用时髦一点的词——电子战。电子战是一个统称，具体的内容包括电子支援措施（ESM），电子对抗措施（ECM）和电子反对抗措施（ECCM）。在这里我们看到中文表达的一个好处了，电子反对抗措施 ECCM 英文全称是 Electronic Counter-Counter Measures——反反措施，听着都觉得别扭。不过人家是电子战的祖宗。针对雷达的电子战最早是从二战开始，据本人不可靠的知识，和这个扯得上关系的应该是著名的“比斯开湾十字架”。
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U 艇舰桥上的比斯开湾十字架
话说，二战时最出彩的海军恐怕要算德国的潜艇部队了，U 艇、狼群战术是令约翰牛肝颤的词儿，一度曾掐断了新旧两大陆的水上交通，几乎让日不落帝国倾家荡产，连当裤子的当铺也找不到——为增加反潜力量，丘吉尔打算用两块海外殖民地换美国破旧的驱逐舰，就这条件也差点的通不过美国国会的支持。哎，扯远了。
潜艇怕什么？深水炸弹？你得知道我再哪你才能扔啊。只要潜到水下，基本上潜艇就对当时所有的探测手段免疫。那时候的声纳技术也不过关，水面舰艇单凭声纳和潜艇捉迷藏还指不定谁捉谁呢。不过那时候的潜艇有一个麻烦，就是一段时间后必须浮出水面充电、透气——实际上现在的常规潜艇也一样。这就是消灭他们的机会了。不过这些潜艇的艇长都不是傻瓜，总是在黑夜上浮。夜幕和厚厚的水层一样起到很好的隐蔽作用。因此雷达上场了，对于雷达来说没有黑夜白天之分。水面舰艇最早装了雷达，不过一来速度不快，一个晚上也巡逻不了多大的地方，二来雷达安装高度不够，海面也会反射雷达信号——这个术语称为杂波，海面杂波，所以反潜效果不好。飞机就正好解决了这两个问题，不过雷达上飞机可不是一件容易的事情。40 年前后能用的雷达多是米波雷达，光天线就快赶上小型战斗机的机翼了，只有大型飞机勉强装的上。装上后还不能自己旋转，要飞机自己做圆周运动来模仿雷达旋转，这让我想起一个笑话，一哥们装灯泡，不够高，就站在另一个哥们的肩膀上，把灯泡插进灯座后，对下面的哥们喊——你转啊，转啊！别笑，早期反潜机上的雷达的确是这么工作的。而且实际操作起来可以让更多人抓狂。
当时用在反潜机上的雷达是 ASV MK I 和 MK II 两个型号，本质上没太大的区别。首先在机身上装一个发射天线，发射一个波束宽度很大的探测电波，波束宽度指的是信号的张角，这样可以照顾飞行员，不用扭来扭去就可以监视很宽的一段水面。然后分别在机身左边和右边——通常在翅膀上各装一个接收天线。这样目标在左边则左边的天线收到的信号就大一些，反之则是右边的信号大一些。这两个信号并列显示在雷达屏幕上，雷达操作员告诉飞行员调整飞行方向直到两边的信号一样大了，就表示方向对了。估计当时雷达操作员对飞行员的命令就和上面那个哥们差不多——左，再左，右，好了！不过事情还没完，由于海面杂波影响，雷达最近的探测距离差不多有 1公里，一公里内目标回波要不淹没在海面杂波中，要不接收机就会被海面反射回来的杂波烧毁。所以在漆黑的夜里要发现 1 公里外的潜艇还需要借助更原始的工具——探照灯。这时飞机不但要飞向正确的方向，还要飞在正确的高度上。
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ASV 雷达的屏幕，和电影上的差别可大了.可以看到有两个目标，靠下面那个近一点，同时有一点点偏左。靠上面那个远一点，偏左更厉害一些
不过就是如此简陋的东西，一开始确把嚣张一时的 U 艇打懵了。在连续夜间损失了几条潜艇后，德军潜艇司令出了昏招，让潜艇在白天上浮充电，晚上潜伏航行。因 为他感觉现在夜晚比白天要危险多了。但是，白天的损失更大，雷达白天也是能工作的，而且人眼足以更好地补充雷达最后那段盲区。
其实，德军要自己检讨一下。早在损失之前德军就缴获了一套上述的雷达设备，并装在自己的一架飞机上做了实验。不过他们同样遇到了雷达最后一公里的盲区问题，于是认为这种装备对潜艇没威胁。专家害死人啊。
还好德军的反应很快，猜到了是雷达在夜间搜索到了潜艇。于是专门为潜艇做了一批雷达信号接收机，这样早在飞机发现潜艇之前接收机就收到了雷达信号了。这些接收机很好做，因为接收信号是单程的，其灵敏度要求比雷达要低很多。而且潜艇对飞机没辙，只要知道附近有飞机在找自己，只能一潜了事，惹不起我还躲不起 吗。这样，ASV 雷达装备不久就再也找不到潜艇了。由于这段公案发生在德军潜艇进出大西洋的航道比斯开湾上，而且那个接收机的样子很像十字架，所以潜艇官兵把这玩艺叫做“比斯开湾十字架”，寓意丰富。
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以上算是最早的一个电子战例，实际上德军使用的措施还不算不上电子对抗措施，而是一种电子支援措施。所谓电子支援措施一种利用敌方电磁辐射采取的军事支援行动，包括了对电磁波的截获、搜寻、定位和分析，完全是被动的。这次对抗只是电子战的一个序幕。从技术上看双方都是非常笨拙的。不过从德军开始的损失以及其后的安全，电子战一开始就显示了其血腥的一面。其后的一系列冲突中，在外行可能看不出精彩，然而血腥依旧。
PLA 的电子战之一
比斯开湾的十字架是一个最原始的电子支援措施（ESM），这是一个宽带接受机，接收频率从 100MHz 到 500MHz，自然包括了工作频率在 150MHz 到 200MHz 的 ASV Mk II 雷达。U 艇的艇长要庆幸自己生活在一个好时代，那时战场上的电磁环境一点也不复杂，在这么宽的频率范围中居然只有一种对他们有威胁的雷达。我们把时间推后 20 年——20 年不到吧，就是以一穷二白著名的中国天空上也布满了好几种不同的雷达电波。这可是一件令人惊诧的事情。更令人惊诧的是我们还拥有当时世界上最先进对空导弹系统，虽然只有不多的几个营，不多的几枚导弹。虽然这些都不是我们制造的，但是操作这些导弹的都是黄皮肤、黑眼睛、黑头发的中国人。令人惊诧的事情还没完，世界上第一个对空导弹的战果居然也落在这群人的手里。当然第一个战果不是 U-2 而是 RB-57，是一种由轰炸机改装的高空侦察机。第一个 U-2 的战果是半年后苏联获得的。不过击落 U-2 战果最多还是中国，有记录的 U-2 战斗损失是 7 架，其中 5 架散落在这块古老的大地上。遗憾的是驾驶这些 U-2 的同样是黄皮肤、黑眼睛的中国人。
扯得有点偏了，不过不知为何写到这些东西心里总有点迷惘。
U-2 即使是现在也是数得上的一种高级侦察机，其优势在于飞得高，实用升限超过 20,000 米，在当时没有任何一种战斗机可以飞到和它相同的高度，只有导弹可以击落它。而除了飞得高这个优势之外，在机动性和速度上 U-2 就乏善可陈了，而且它也没携带任何武器。因此这决定了它和对空导弹的较量中只能使用电子战。PLA 在取得第一个 U-2 战果后很快就遇到了这个问题。在很多记述中，我们都看到只要导弹的制导雷达一开机 U-2 就能发现，然后简单地做一个规避机动，隐蔽设伏的导弹部队就只能望空兴叹。这点和上文提到的“比斯开湾十字架”是多么的相似。很明显在 U-2 上有一套制导雷达的预警装置。这套装置后来在击落的 U-2 上找到，是一个叫 System-12 的盒子——U-2 上有许多不同的”盒子”，它不但能截获导弹制导雷达的信号，还可以在座舱屏幕上给出雷达的方位。这点要比前文的“比斯开湾十字架”先进很多，飞行员可以以此决定规避的方向。
和“比斯开湾十字架”相比，System-12 对雷达波是有选择的。它只截获制导雷达的信号，对其他的雷达信号则不予理睬。在这点上是很聪明的，因为那时我们还拥有许多其他型号的雷达——远程搜索雷达、警戒雷达、指挥高炮的炮瞄雷达等等。但是这些雷达对 U-2 都没有威胁，凭借其飞行高度它不会把老掉牙的高炮放在眼里，同样搜索雷达也无法对导弹进行制导。所以它只需要关心能控制导弹的制导雷达信号，听到这个信号就表示被射高同样达 20,000 米，射程达 45 公里的萨姆-2 导弹盯上了。如果它像“比斯开湾十字架”那样对很宽的频率范围内的所有雷达信号都报警的话，那么就什么事也别干了。我看到河里有人提议多装几个类似的制导雷达不就可以把 U-2 吓跑了吗？这个提议在理论上好像可行，不过 System-12 对雷达信号的识别能力要远远超过其前辈。你不把信号模拟得维俏维妙它是不认账的。而如果你能模仿出来，那么在当时的技术条件下就和制造出一个真实的制导雷达系统差不多了。
我们当时装备的导弹大家都知道是萨姆-2，即后来的国产红旗-1 和红旗-2，红旗-2 是取消了核弹仓的萨姆-2 导弹。构成萨姆-2 导弹营除了发射架上的导弹外，还有其他大量的设备，包括了远程预警雷达——”匙架”（苏联型号 P-18），制导雷达——”扇歌”，还有其他的发电车、指挥车、工程车等等。
萨姆-2 导弹使用的是无线电指令制导，也就是说导弹本身只是一枚可控火箭。其他的包括目标发现、锁定、截击航路运算等等的操作全部是在地面完成的。没有这些东西导弹不过一个花架子。
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P-18“匙架”预警雷达
P-18“匙架”预警雷达。用于早期预警，将目标的方位、距离等信息传递给指挥部配合制导雷达发现目标。其作用距离越 275 公里。不过其精度较低无法直接配合导弹工作。因此 U-2 对它不屑一顾。
“扇歌”制导雷达。萨姆-2 导弹的核心，它负责目标高度、方位、距离的高精度测定，同时向导弹发送无线电制导指令，按条令，只要它开机发现目标 6-8 分钟后导弹就可以发射。不过 PLA 最后把这个时间压缩到 8 秒以下！U-2 怕的就是这个。
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仔细看这个制导雷达，你说上面有多少个天线？
估计不少人会答是三个。不过正确答案是五个！其中三个碟子很好认，单独飘出来的那个是无线电指令制导用的，用来向导弹发送制导指令。最顶上两个碟子，左边是水平发射天线，右边是垂直发射天线，分别用来发射精确测定目标的方位角和仰角的信号。另外两个天线是一横一竖两块大铁片。在两碟子下面那块是水平收发天线，右边帖着那块则是收发天线。最早的型号没有上面两个碟子。我知道的国产红旗-2 用的就是这个，但是早期我们用的是不是这个就不太清楚了。
从结构上我们也可以看出制导雷达要比预警雷达复杂，在内部其技术就更复杂了。因为它需要精确地给出目标的三维数据。精确到什么程度呢？其方位角和仰角必须在 0.1 度以内。而预警雷达的角度精度一般只有 1 度，甚至更大。因此这部雷达的收发机制是很不一样的。System-12 就是靠这个特征区分出制导雷达的电波。这些特征粗略讲就是雷达工作频率、脉冲重复频率和扫描频率。和“比斯开湾十字架”大撒把地接收一大段频率的信号不同，这些数据都必须事先精确测定。
对于导弹部队来说上述数据都是最高机密，而且我们的导弹部队也是轻易不开制导雷达的，就是防止敌人将这些数据记录回去分析。那么这些数据是怎么被美国人知道的呢？
也许有人认为随便监听一下就知道了。确实是监听到的，不过事情并不那么简单。在《电子战 60 例》中有类似的章节介绍，你会发现为获得这些数据背后所付出的代价。首先制导雷达的作用距离不远，其次目标没进入射程是不会开机的。所以要监听的话，即使作为纯接收机的监听距离比雷达作用距离大，也不见得可以获取到需要的数据。直接监听的代价通常是朝闻道，夕死可矣。在和平年代的电子情报收集有时候也是血淋淋的，大家都知道王伟当时拦截的是什么飞机吧。人家还没进入你的领空呢。不过，有大量的情报都是在不经意间泄露的，比如演习，比如例行的设备测试。美国发现苏联在古巴部署导弹的一个原因就是部署后的导弹一次雷达测试。
不管怎么说，现在”扇歌”制导雷达的数据人家已经知道了，并且以此作出了预警系统。现在摆在 PLA 年轻的导弹部队面前就是日后的热门战争——电子战。
PLA 的电子战之二
通过分析有人发现，U-2 也不是一下子就能发现制导雷达的信号的，大概要在开机后 20 秒才会做出反应。所以如果能把开机时间压缩在 20 秒，准确地说就是把锁定的时间压缩到 20 秒内，那么 U-2 是无法做出反应的，而 20 秒后导弹已经发射出去了，就算有反应也都迟了。当然这要求把接敌距离压缩到 39 公里以内，否则 U-2 还是有机会逃出导弹的打击范围的。这就是后来有名的近快战法，所谓近就是接敌距离近，快就是锁定快。
这 20 秒的时间也说明一个问题，就是早期的雷达预警设备存在处理速度的问题。这也就是上面说过的理论和实际之间的差别了。当然现在就好多了。
U-2 作为近快战法的目标其实是很不错的，因为它没携带武器，放近点打没什么危险，而且它的速度不快，机动性也差，进了导弹射程基本上是没跑的。后来用这个方法对付携带反辐射导弹的战斗轰炸机就相当刺激了。利用的也是反辐射导弹需要一段锁定时间，在反辐射导弹的导引头锁定雷达之前，抢先锁定载机。这是一场双方拼速度和胆量的比赛，如果地空导弹先锁定了载机，那么对方只好带着沉重的反辐射导弹做机动规避。反过来的话雷达要不关机，要不就挨炸。所以作为反辐射导弹有一个很重要的指标就是导引头的锁定时间。
现在看来，当时的 PLA 导弹部队算是抓住了电子战中的一个本质——信息处理速度。和 System-12 这个预警装置比赛锁定速度。从一开始双方的差距来看（2 分钟对 20 秒），老毛子的电子技术要稍逊一筹。不过较量早在这之前就已经开始，由于雷达参数泄密方面老毛子先失一局，自然后面的比赛就被动了。
有人可能会想，换一个工作频率不就可以了吗？事情并不那么简单，雷达的工作频率一般只能在一个小范围内变化，即使是现在的跳频雷达或者说频率捷变雷达其频率变化的范围也不是无限制的。雷达工作频率选择牵涉的问题非常多，这里只举一个例子——天线。不说不同频段的发射机需要不同形状的天线，即使频率只改变 10% 也需要对发射机和天线之间的匹配回路重新进行调整，否则天线的损耗是无法接受的，最坏的情况下还会烧毁发射机。打个不太恰当的比方，开车时小范围的速度变化通过油门可以控制，大范围的变化就需要换档了，天线匹配回路的调整就相当于换档。但是最佳匹配是需要复杂的运算的，这个比调整变速箱的转速比要复杂很多。所以一个型号的雷达工作频率变化范围不会太大。因此在频率参数泄露的情况下，对应的雷达预警设备只需要搜索比较窄的一段频率就可以轻易截获雷达信号了。幸好在当时的技术条件下，这个搜索还是需要 20 秒左右的时间。这样就留了一个不是机会的机会给我们的导弹部队。
当时官兵们想了许多匪夷所思的方法，甚至把主意打到营长的指挥口令上。不过从我的角度上看他们最大的成就就是找到了缩短制导雷达跟踪时间的方法。那么所谓的锁定是怎么回事呢？
所谓的锁定就是雷达能够自动指向目标，在萨姆-2 防空系统下，制导雷达必须能自动跟上目标的机动，地面的导弹发射架则随动于制导雷达的指向，导弹发射后就能进入制导雷达的波速中，这样雷达就同时测出导弹和目标的位置。位于地面的制导系统自动计算导弹的最佳飞行弹道，向导弹发送遥控指令，引导导弹飞向目标。在这个过程中制导天线必须精确地跟踪目标。一旦精确的自动跟踪状态建立，那么我们就称为锁定。导弹就可以随时发射了。
要让制导雷达锁定目标需要许多繁琐的步骤，首先远程的预警雷达要不断地通报目标的各项参数，距离、方位、高度等等。在导弹营中配有一台”匙架”远程预警雷达可以提供目标的距离和方位，有时还会加上一台测高雷达获取目标的高度数据。这些数据定时通报给指挥部，除了大长官之外其他人可就忙咯。他们需要把上述数据解算成制导雷达的指向，让制导雷达在一开机就能捕捉到目标。由于预警雷达和制导雷达通常不在同一个地方，这个坐标换算可是让当时大多数高中没毕业的 PLA 头疼了很久。当然这些解算过程还是有机器辅助的，不过却不是我们常用的电子计算器，而是令人眼花缭乱的电路、指示灯、开关、仪表。由于远程预警雷达的数据精度不高，当制导雷达开机的时候还是需要操作员手动搜索一阵才能抓到目标的，这个动作是由三个瞄准手完成，三个人分别负责方位、仰角和距离。当三人都把目标锁在各自的截获波门内，才可以让雷达进入自动跟踪状态，至此锁定完成。当时的雷达是非常原始的，因此他们不能指望用鼠标或操纵杆上的”苦力帽”来选择目标。那时候他们大致是使用下图的 A 显来跟踪目标的。
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雷达的 A 显，横坐标可以使距离、方位或角度。目标以脉冲的方式显示在上面的横线上，下面的横线是一个示意图，实际未必是这样。瞄准手必须让目 标脉冲落在下面横线的凹槽里，这个凹槽雷达术语叫波门或截获波门。一旦锁定成功，雷达的电路会自动让截获波门跟踪目标脉冲。（此图来自 http://www.radartutorial.eu）
从以上可以看出要把锁定时间缩短到8秒的难度有多大。由于预警雷达的数据精度不够，所以正常情况下制导雷达开机后还需要手工搜索一阵，由于制导雷达的波束宽度比较窄，扇歌雷达的搜索波束宽度只有 7 度左右，相当于用一根拇指粗细的管子来搜索天空那样，如果误差比较大的话，找起来就很费劲。因此决定锁定时间的关键就在于预警数据的准确性以及数据通报的及时性。几乎所有的书籍、文章大多将其时间缩短放在发射动作的安排和频繁的练习上，只有某些文章轻描淡写地提到他们用炮瞄雷达来做早期的预警。虽然前者功不可没，但是后面这个动作才是关键！因为炮瞄雷达可以提供比远程警戒雷达精确得多的目标数据，这样大多数时候只要制导雷达一开机就抓到目标了。个人认为这才是近快战法的核心。
现在回过头来看，我们在第一次成功的电子战中就运用了系统工程的方法。方向是正确的，从这个角度上看我们的电子战水平一开始的起点并不低。从我们的解决方法中可以看到许多现代电子战技术的雏形。比如雷达组网——这个是现在也在不断发展的概念，及时地情报传递——数据链就是做这种事情的。
美国的科技发展还是很快的，在这个预警系统被破解之后，很快又搞出了一个 System-13，和 System-12 不同，这个不再是被动的电子支援措施。 而是一个正式的电子对抗措施（ECM）。它是一个干扰设备，专门干扰萨姆-2 的制导雷达，而且这玩意用的是一种比较先进的思路，它的原理是欺骗而不是暴力的噪声压制。所以 PLA 的导弹兵没高兴太久又要面对世界领先的高科技手段了。
PLA 的电子战之三
“屏幕上原本饱满圆润的枣核形回波突然发生了变化，不断地拉长，两端翘起变成一艘船的样子。”
以上是 U-2 使用了 system-13 电子对抗设备时在制导雷达屏幕上看到的情形，更严重的是射出去的导弹都打偏了。这种情形连续出现了好几 次。把解放军的导弹兵郁闷得不行。总结会、讨论会、批评与自我批评、诸葛亮会等等会议，再加上多次的实验、练习。终于有一个参谋说这很可能是一种角度欺骗式干扰。
首先，我们需要知道雷达是怎么测量目标的方位角的。许多人以为雷达测角就是测量雷达波束扫到目标时天线转轴的偏角，这对于搜索雷达和远程警戒雷达基本是正确的。不过对于需要精确测量目标方位角的火控雷达、制导雷达这个精度就远远不能满足要求了。因为雷达波束的宽度一般是 1 度左右，而军队中角度的最小单位通常是以密位计算，中国的密位制是一个圆周 6,000 密位，也就是一个密位为 0.06 度。通过雷达天线的旋转轴的偏角是达不到这个精度的，而且通过测量雷达信号回波最大的位置也无法满足这个精度。原因是雷达波束最大处的信号强度随偏角的改变并不明显。下图是一个典型的雷达波束图，或者用雷达术语叫天线方向图。图中反映雷达天线辐射强度随角度的变化关系。我们可以看到雷达波束并不是一根针状，而是和一根根大小不同棒球棍差不多。其中辐射最强那根”棒球棍”我们称之为主瓣，其他小”棒球棍”称之为副瓣。也就是除了雷达天线指向的方向之外，其他方向也是有辐射的。另外要注意，这个方向图是辐射接收都适用的，也就是说辐射方向强的地方接收灵敏度也高。这个特性给干扰带来很大的好处，嗯，关于这个我们下回分解。在图中我画了两组线段，分别表示来自不同角度的回波强度。可以看出两根红线的夹角和两根绿线的夹角基本一致，但是两根红线的长度差别比较小，而两根绿线的差别就比较大。这说明了在辐射强度最大的地方，雷达灵敏度对方向不敏感。所以用这个位置测角的误差就很大了。
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雷达测角的一个常用方式就是使用两个偏置的波束，如下图，图中的红点表示目标，可以看出这个目标在两个波束上的强度差别是很大的。通过计算这两个回波的强度就可以得出目标的精确方位，这个精度可以高于 0.1 度。另外，这两个回波强度的差别也可以提供一个偏转信号让雷达天线自动转向目标。如果大家还记得我在电子战序幕那节提到的 ASV 雷达就明白是怎么回事了。只不过那个偏转是手工的——雷达操作员指挥飞行员。而导弹的制导雷达是自动的。不过萨姆-2 的制导雷达——”扇歌”和 ASV 还有一些区别，首先”扇歌”要测量两个维度的方向角——方位和仰角，所以要两幅天线。另外 ASV 用了三个天线来做这个事情，而扇歌早期雷达只用一个天线，它采用快速切换波束指向的方式来模拟两个接收天线，而且早期的扇歌雷达这个天线还负责发送测角信号。
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早期的”扇歌”制导雷达是上图的中的 SNR-75M Fan Song B。没有顶端的两个碟状天线
这样目标如果接受到这些测角信号的话就知道被制导雷达跟踪上了，因为除非它正好在两个波束的中间，否则收到的雷达信号大小总是按一定的频率起伏。实际上 U-2 的 System-12 电子支援装置就是靠这个起伏的规律识别出制导雷达的。
以上这个雷达测角的方式称为序列波束测角，这种方法只能测得一个方向上的角度。而另外还有一种叫圆锥扫描的方式则可以测出两个方向的角度。其方法是让波束以一定的角度绕一个中心轴线做圆锥状的扫描，这时接受到的目标回波大小将会按正弦波的规律变化，这个正弦波的幅度代表目标的偏角大小，而相位则表示偏离的方向。还有一种测角方式叫单脉冲测角，其原理和序章中的 ASV 雷达类似，通过对进入几个不同指向的天线的回波大小进行计算直接获得偏角，不过这种方式需要多个接受天线，但是却很难干扰——或者说欺骗。而前面两种方式则比较容易受骗上当。
U-2 安装的 System-13 就是一个针对”扇歌”雷达的欺骗装置。其原理很简单，打开这个装置之后，它就会按照”扇歌”雷达波束变化的规律发送和正常回波大小相反的信号，也就是说收到大信号时发送小回波，反之发送大回波。这样制导雷达的跟踪电路就被迷惑了，如果按照干扰装置返回的信号来改变指向的话就会离目标越来越远了。在雷达屏幕上那个”船”型的回波一端是真实回波，而另一端就是欺骗的回波。当欺骗回波大于实际回波的时候导弹肯定就打偏了。
怎么对抗这个干扰呢？也许我们会想搞个什么电路把这个欺骗回波滤掉，或者干脆让导弹直接打回波发出的信号等等。但是，当时的导弹兵想出的第一个方法却非常简单。他们发现从 U-2 发现被盯上到干扰出现大致有 3-4 秒的延迟，这个延迟判断为飞行员手工打开干扰装置的时间。也就是飞行员必须知道被制导雷达盯上才会打开干扰，这个装置不是一直打开的——废话，这个东西在干扰制导雷达的同时也在不断通报自己的位置，还费电。所以如果我们能欺骗 System-12 就可以让 System-13 无用武之地。通过对缴获的 System-12 进行分析，他们改变了制导雷达的脉冲重复频率（还是测角电波的扫描频率）。这样几架 U-2 就这样”不知不觉”地被打下来了。到最后，国产的红旗-2 改变了制导雷达的工作体制，发射测角电波的时候不再周期性地改变波束方向，而是让接收天线周期性地改变波束方向。这样干扰机就不知道该怎么发送欺骗回波了，彻底解决了这个干扰问题，也击落了最后一架 U-2。这个改进的制导雷达就是上图的 SNR-75M Fan Song E，顶上带两个碟形天线的。
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很详细，某些话可以用在论文中
3483365 发表于 2013-12-23 07:42
很详细，某些话可以用在论文中
膜拜大神~
很详细，某些话可以用在论文中
膜拜大神~
膜拜大神~
不如去摸拜楼主啊
不如去摸拜楼主啊
看不懂.膜拜大神~
看得头痛。
似懂非懂不明觉厉啊
膜拜楼主！最后那张照片让我想起一个段子：
美国：“听说你们的T62坦克打进北京了？”
苏联：“是的，但是只有一辆。听说你们有5架U2飞到北京了？”
美国：“听说你们的T62坦克打进北京了？”
苏联：“是的，但是只有一辆。听说你们有5架U2飞到北京了？”
空版的菜嘛，小白看不动。
学习了，谢谢楼主分享
科普好文，收了
第一千分，给休闲区
膜拜大神啊！
楼主辛苦了。
这么好的帖子居然发在修仙。
很精彩啊，也很详细
这些就是早期的电子对抗
现代对抗也离不开这些思路吧
这些就是早期的电子对抗
现代对抗也离不开这些思路吧
膜拜大神，虽然看不太懂。
顶起，一等好文，但是理解起来，仍略有难度，
好帖！
不是吧，难道首发在修仙
不是吧，难道首发在修仙
原来是个坟啊——幸亏不是俺下的手