雷達的工作原理及相控陣雷達
日期：2025-12-06 00:06
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雷達的工作原理及相控陣雷達
來源:雷達的工作原理及相控陣雷達作者:ractron
雷達的工作原理及相控陣雷達的知識科普
雷達的工作原理
雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。
雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳...
雷達的工作原理及相控陣雷達
來源:雷達的工作原理及相控陣雷達
作者:ractron
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雷達的工作原理及相控陣雷達的知識科普 雷達的工作原理 雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。 雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。 為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離公式為：S=CT/2 其中S為目標距離，T為電磁波從雷達發射出去到接收到目標回波的時間，C為光速 雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線的小事指向雷達要探測的方向，一旦發現目標，雷達讀出些時天線小事的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。 測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，雷達測速利用了物理學中的多普勒原理：當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復雜得多。 雷達的戰術指標主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統機動性等。 其中，作用距離是指雷達剛好能夠可靠發現目標的距離。它取決于雷達的發射功率與天線口徑的乘積，并與目標本身反射雷達電磁波的能力（雷達散射截面積的大小）等因素有關。威力范圍指由*大作用距離、*小作用距離、*大仰角、*小仰角及方位角范圍確定的區域。 雷達的技術指標與參數很多，而且與雷達的體制有關，這里僅僅討論那些與電子對抗關系密切的主要參數。 根據波形來區分，雷達主要分為脈沖雷達和連續波雷達兩大類。當前常用的雷達大多數是脈沖雷達。常規脈沖雷達周期性地發射高頻脈沖。相關的參數為脈沖重復周期（脈沖重復頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈沖內信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達的工作頻率。 雷達天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設計和制造過程中，雷達天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉動或電子控制，使雷達波束在探測區域內掃描。 概括起來，雷達的技術參數主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復頻率、脈沖寬度、發射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術參數是根據雷達的戰術性能與指標要求來選擇和設計的，因此它們的數值在某種程度上反映了雷達具有的功能。例如，為提高遠距離發現目標能力，預警雷達采用比較低的工作頻率和脈沖重復頻率，而機載雷達則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復頻率。這說明，如果知道了雷達的技術參數，就可在一定程度上識別出雷達的種類。 雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰場監視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。 除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區分。這里就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。 雙/多基地雷達 普通雷達的發射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達是將發射機和接收機分別安裝在相距很遠的兩個或多個地點上，地點可以設在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設計主要是不讓入射的雷達波直接反射回雷達，這對于單基地雷達很有效。但入射的雷達波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達中的一個接收機接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗雙/多基地雷達，較杰出的“圣殿”計劃就是專門為研究雙基地雷達而制定的，已完成了接收機和發射機都安裝在地面上、發射機安裝在飛機上而接收機安裝在地面上、發射機和接收機都安裝在空中平臺上的試驗。俄羅斯防空**已應用雙基地雷達探測具有一定隱身能力的飛機。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達，主要用于預警系統。 相控陣雷達 我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。 有源相陣控雷達和無源相陣控雷達的區別是就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元！ 相控陣雷達的優點： （1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；（4）對復雜目標環境的適應能力強；（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。 但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，*大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。 相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN／MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空**系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。 寬帶／超寬帶雷達 工作頻帶很寬的雷達稱為寬帶／超寬帶雷達。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達發射的脈沖極窄，具有相當高的距離分辨率，可探測到小目標。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達，已完成動目標顯示技術的研究，將要進行雷達波形的試驗。 合成孔徑雷達 合成孔徑雷達通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達與目標間的相對運動，將雷達在每個不同位置上接收到的目標回波信號進行相干處理，就相當于在空中安裝了一個“大個”的雷達，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標方位分辨率，再加上應用脈沖壓縮技術又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標。合成孔徑雷達在**上和民用領域都有廣泛應用，如戰場偵察、火控、制導、導航、資源勘測、地圖測繪、海洋監視、環境遙感等。美國的聯合監視與目標攻擊雷達系統飛機新安裝了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔徑雷達，英、德、意聯合研制的“旋風”攻擊機正在試飛合成孔徑雷達。 毫米波雷達 工作在毫米波段的雷達稱為毫米波雷達。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標。毫米波雷達還具有攻擊能力，特別適用于防空、地面作戰和靈巧**，已獲得了各國的調試重視。例如，美國的“愛國者”防空導彈已安裝了毫米波雷達導引頭，目前正在研制更先進的毫米波導引頭；俄羅斯已擁有連續波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達；英、法等國家的一些防空系統也都將采用毫米波雷達。 激光雷達 工作在紅外和可見光波段的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在**上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、**制導、綜合火控、直升機防撞、化學戰劑監測、局部風場測量、水下目標探測等。美國國防部正在開發用于目標探測和識別的激光雷達技術，已進行了前視／下視激光雷達的試驗，主要探測偽裝樹叢中的目標。法國和德國正在積極進行使用激光雷達探測和識別直升機的聯合研究工作。 相控陣雷達有多神？ “宙斯盾”系統的核心就是SPY—1D相控陣雷達，特別是它出眾的預警搜索能力和識別能力，仿佛給妄圖“獨立”的臺灣新領導層一根救命稻草，一把夢幻的保護傘，而相控陣雷達又再一次走進國人的視線中。說到相控陣雷達或技術，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關于中國如何監測其隱型戰斗機的報道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監視天空，經濟又有效，這就是*原始、*基礎的雷達，相控陣雷達。 |