電戰機- 干擾雷達 - 靈敏度 & ⋯& 選
就好像在黃昏開車,
正前方正好有夕陽,
你的眼睛會什麼都看不到一樣。
即靈敏度與選擇性。
接收機還能聽得清楚 ——
那就叫做 靈敏度高。
有人小聲講話,你還聽得到 → 靈敏度高
一定要大聲才聽得到 → 靈敏度低
那表示「選擇性不好」。
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ㄧ、電戰機可以使敵軍的雷達瞎掉嗎?
電戰武器可以使敵人的雷達瞎掉,是文科記者的胡說八道還是真實的。
答案是:「真實的」
以色列入侵伊朗打頭陣時,美國負責掠陣的電戰機,可以使俄羅斯的S-300、S-400配備的毫米波雷達瞎掉?也可將共匪的SY-20短波雷達弄瞎?以軍的F-35I就可以如入無人之境,用反輻射飛彈消滅所有的伊朗雷達。為後面來的直升機、轟炸機排雷開路。投下鑽地彈,將哈沒內衣以及他的爪牙像打地鼠一樣挖出來殺掉。
電戰機能使敵人的雷達瞎掉,到底是什麼原理?
古代雷達的基本原理
就是先發射一組電磁脈波訊號,例如1us長,即0.000001秒長的CW等幅載波。然後等待,看看過多久可以收到敵軍、敵艦、敵車反射回來的電波,然後根據回波延遲的時間,乘以光速,算出距離,例如如果在1ms後收到回波,就可以推薦距離是等於
(3億公尺/秒 X 1ms)/2=150公里
但由於大自然界充滿了各種雜訊與干擾,所以現代雷達必須將發出去的電磁波注入某種事後可以辨別的成分,以供辨認。例如用1KHz音頻做AM FM PM 調制。更先進的方法是使用都譜樂原理,以排斥雜訊與假訊號。然後根據拍差頻率,直接算出敵機的速度。除此之外還可以用FH躍頻,DS直接系列方式,不只可以排除大自然雜訊的干擾,也可以避開敵方有意的干擾。
最簡單的干擾法
雷達使用用的接收機,聽起來好像很高大上,其實結構非常簡單。也就是一般高工生都懂的超外差接收機原理。最近20年則大部分都改成SDR軟體接收機。不論哪一種接收機要講解清楚都要花三節課的時間。因此今天先不深入討論。今天只討論如何使雷達瞎掉。
所有的無線電接收機都有2個最基本的參數,即靈敏度與選擇性。
靈敏度:
選擇性:
靈敏度
是指接收機可以辨別多微弱的訊號,例如可以解調0.16uV的微弱電壓。在古代使用真空管的時代,靈敏度好是很難得的,但由於電晶體科技的進步,所有現代接收機無論是一台1000元台幣或一台100萬元台幣,它們的靈敏度幾乎都一樣。相差不到2倍,也就是3dB ,因此好的雷達與爛的雷達比賽的已經不是靈敏度。
選擇性
每種雷達波的調制方式不同,因此接收機需要配合開放的頻寬不一樣。例如
古代的雷達
發射電波1秒休息10秒,接收機的設計頻寬BW只需1Hz頻寬。聽起來好像很容易其實很難,因此實際上都只能做到BW=100Hz 也就是容許其他99倍的干擾型號進來。
現代的雷達。
發射的電波脈波寬度只有1us,即100萬分之一秒,接收機的設計頻寬BW就要很寬,例如1MHz,即100萬赫芝頻寬,很容易取得材料做到。
較新型的高速雷達
發射的電波脈波寬度只有0.1us,即1000萬分之一秒,接收機的設計頻寬BW=10MHz即1000萬赫芝頻寬。也就是改善分辨力的同時也允許10倍的雜訊進入。
最先進的黑科技RWB雷達
發射的電波脈波寬度只有1ps,即10億分之一秒,接收機的設計頻寬BW就要1GHz即1000MHz ,也就是10億赫芝頻寬。再改善功能的同時也會收到100倍的雜訊。就會需要先進的軟體甚至AI來分析訊號。
為了讓「要的訊號」盡量進入,「不要的訊號」盡量排除。工程師必須設計很複雜很銳利的濾波器。濾波器的結構複雜,價格和成本往往是整個雷達裡面最貴的。
進入SDR軟體接收機時代後,理論上再複雜的濾波器都可以用數學方程式來代表它,也就是由軟體工程師或AI寫十幾條代碼就可以完成。但是由於我們所處的世界是真實世界,不是理想世界,因此電子零件的動態範圍沒有能力處理真實世界的全部訊號,絕大多數只能處理其中的萬分之一或千分之一。因此即使數學程式完全正確,現實世界也不能達成相同的效果。
例如
人的眼睛只能處理大自然環境中最亮與最暗的訊號的的0.01%。例如大自然環境亮度0.01-1000000 lux ,人眼只能識別0.1-1000lux,相差1萬倍。
人的耳朵只能處理大自然環境聲音中最大聲與最小聲的0.01%。例如
大自然環境聲音壓力波動態範圍可達1uPa-100,000,000Pa
即等於 -10dBSPL~180dBSPL
人耳的線性動態能力則只能識別20uPa-100000Pa音壓,也就是0dBSPL~100dBSPL
相差了1萬倍。
無線電接收機的動態範圍
一顆電晶體也只能處理大自然環境電子訊號中最強與最弱無線電訊號的0.000001%動態範圍。例如
大自然訊號功率範圍是
1PW~1000000W
接收機的線性範圍只能處理
1uW~100W
相差1000萬倍
市售AM/FM收音機
天線輸入端的信號最大不能超過10uW,也就是動態範圍只有1pW~10uW那1:10,000的範圍,也就是40dB,否則就會什麼都收不到,或者是什麼訊號都無差別的收到。那就是為什麼玩具短波收音機,接上大天線後反而亂七八糟什麼都收不到的原因。
專業用的接收機
如果接收機的價格在三萬元以下,天線輸入端的信號最大不能超過1mW也就是1000uW,否則就會什麼都收不到,或者是什麼都收到。也就是動態範圍只有1pW~1000uW那1:100萬的範圍,也就是60dB
高階的收音機
如果價格在10萬元以上,天線輸入端最大訊號可以高達10W。動態範圍就會高達1pW~10W,即100dB。
比賽用的機器
業餘無線電比賽專用的機器,價格30萬元起跳,動態範圍就可達1PW~100W。也就是110dB。這種規格已經比軍用的、太空用的接收機還要好,是的,業餘玩家用的東西,本來就是比軍用,專業用、工業用的還要好很多。因為業餘玩家不計成本。追求人類科技的極限。有些病到很嚴重的無線電玩家,一台100萬的機器還是照買。我有一個芬蘭朋友Jorko為了改善天線的功能,就花了2000萬台幣。
電戰武器是用什麼力量使敵人的雷達瞎掉?
BDI 阻斷動態干擾
到了頂級的業餘無線電或軍用雷達的時候,接收機比拼的已經不是靈敏度、選擇性。而是BDI DR RMDR等高階項目,今天我們先只談麻瓜較容易理解的BDI,也就是一種能使敵人的雷達畫面變成雪花的現象。
由於萬物都有它的訊號處理上限,例如照相機如果照到太亮的畫面,就會變成全白,電子秤如果稱到太重的東西就會崩壞,卡車如果載太重的東西就會斷軸,因此每一台雷達接收機都有他的BDI上限。
BDI 是英文
Blocking dynamic range的縮寫。
例如「100KHz BDI」的意思是,外來干擾信號如果距離「要的訊號」頻率100KHz,理論上會被優秀的中頻濾波器完全濾掉,不會造成任何干擾,事實上也真的不會干擾。
但是當干擾訊號大到瘋狂的程度時,就會使電晶體進入非線性工作區,雷達接收機收到的遠方微弱信號就會被壓制1dB。也就是變小為原來的86%,它是一個很重要的警告點,因為
如果干擾信號再增加2倍,即3dB,就會使要的訊號變小100倍
如果干擾信號再增加10倍,即10dB,就會使要的訊號變小100萬倍,而完全喪失接收遠方微弱型號的能力。也就是在雷達畫面上出現雪花,或者是全黑,或者是滿滿都是飛機。端看設計雷達的工程師是使用哪一種電波調制方式。
BDI壓制「要的訊號」的原理,就好像在黃昏開車,正前方正好有夕陽,你的眼睛會什麼都看不到一樣。
非線性區
就是例如一個磅秤,可以用來測量重量10-100公斤的體重,但是放上1-10公斤的物體時,它也許會顯示0公斤,或其它亂七八糟的數字。當重量超過100-500公斤時,顯示的數字可能維持在100公斤,或其它亂七八糟的數字,因為卡死了。這就是非線性,也就是會不遵守 Y=mX 的理想公式。
後記:
使用香腸用語「蓋台」來解釋,雖然有點接近,但並不完全正確。因為蓋台是同頻干擾,干擾訊號仍然在電晶體線性工作區。比較接近的反而是香腸亂講的麻瓜用詞「邪波」,也就是強大的干擾訊號與「要的訊號」不同頻率,但仍然會造成干擾。
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