2022年2022年雷达的工作原理 .pdf
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1、雷达的工作原理蜻蜓的复眼我们知道,蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成,每个小眼都能成完整的像, 这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似,相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机,完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件。 不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射
2、出不同方向性的波束。天线的单元数目越多,则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线,“相控阵”由此得名。有源相阵控雷达和无源相阵控雷达的区别是就是无源是只有单个或者几个发射机子阵原只能接收,而有源是每个阵原都有完整的发射和接收单元!相控阵雷达的优点:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 11 页 - - - - - - - - - (1)波束指向灵活,能实现无惯性快速扫描,数据率高;(2)一个雷达可同时形成多个独立波束,分别实现搜索、识
3、别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;(3)目标容量大,可在空域内同时监视、跟踪数百个目标;(4)对复杂目标环境的适应能力强;(5)抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可* 性高,即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵,且波束扫描范围有限,最大扫描角为 90 120。当需要进行全方位监视时,需配置34 个天线阵面。相控阵雷达与机械扫描雷达相比,扫描更灵活、 性能更可 *、抗干扰能力更强,能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
4、 - - - 第 2 页,共 11 页 - - - - - - - - - 地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B 轰炸机上的APQ-164 雷达、俄罗斯C-300 防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展,固体有源相控阵雷达得到了广泛应用,是新一代的战术防空、监视、火控雷达。相控阵雷达有多神?“宙斯盾”系统的核心就是SPY 1D相控阵雷达,特别是它出众的预警搜索能力和识别能力,仿佛给妄图“独立”的台湾新领导人一根救命稻草, 一把梦幻的保
5、护伞,而相控阵雷达又再一次走进国人的视线中。说到相控阵雷达或技术,大家可能很陌生,但如果说起去年美国军方关于中国如何监测其隐型战斗机的报道,大家可能就清楚了。用一大串电视接收天线来监视天空,经济又有效,这就是最原始、最基础的雷达,相控阵雷达。下面谈一谈雷达和相控阵雷达的发展情况。一、雷达及其分类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 11 页 - - - - - - - - - 雷达( Radar,即 radio detecting and ranging) ,意
6、为无线电搜索和测距。它是运用各种无线电定位方法,探测、识别各种目标,测定目标坐标和其它情报的装置。在现代军事和生产中,雷达的作用越来越显示其重要性, 特别是第二次世界大战,英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战,使雷达的重要性显露的非常清楚。雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中,天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一;信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多, 可按多种方法分类:(1)按定位方法可分为:有源雷达、半有源雷达和无源雷达。(2)按装设地点可分为;地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。(3)按辐射种类可分为
7、:脉冲雷达和连续波雷达。(4)按工作被长波段可分:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。(5)按用途可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 11 页 - - - - - - - - - 行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能,而且具有其它射频功能。有源电扫阵列的最重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比,有许多显著
8、的优点。例如、相控阵省略了整个天线驱动系统,其中个别部件发生故障时,仍保持较高的可*性,平均无故障时间为10 万小时,而机械扫描雷达天线的平均无故障时间小于1000 小时。下面主要介绍先进的相控阵雷达。二、相控阵雷达的概况相控阵技术,早在30 年代后期就已经出现。1937 年,美国首先开始这项研究工作。 但一直到50 年代中期才研制出2 部实用型舰载相控阵雷达。 60 年代,美国和前苏联相继研制和装备了多部相控阵雷达,多用于弹道导弹防御系统,如美国的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR 、MSR ,前苏联的“鸡笼”和“狗窝”等。这些都属于固定式大型相控阵雷达,其共同点:采用固定式平面
9、阵天线,天线体积大、辐射功率高、作用距离远。其中美国的AN/FPS-85 和前苏联的“狗窝”最为典型,70 年代,相控阵雷达得到了迅速发展,除美苏两国外,又有很多国家研制和装备了相控阵雷达,如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最为典型的有:美国 的AN/TPN-25 、 AN/TPQ-37 和GE-592、 英 国 的AR-3D、 法 国 的AN/TPN-25、日本的NPM-510 和 J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德国的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5
10、页,共 11 页 - - - - - - - - - KR-75 等。这一时期的相控阵雷达具有机动性高、天线小型化、天线扫描体制多样化、应用范围广等特点。80 年代,相控阵雷达由于具有很多独特的优点, 得到了更进一步的应用。在已装备和正在研制的新一代中、远程防空导弹武器系统中多采用多功能相控阵雷达,它已成为第三代中、远程防空导弹武器系统的一个重要标志。从而,大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。在 21 世纪,相控阵雷达随着科技的不断发展和现代战争兵器的特点,其制造和研究将会更上一层楼。三、相控阵原理相控阵,就是由许多辐射单元排成阵列形式构成的走向天线,各单元之间的辐射能量和相位关是可以控制的
11、。典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描,即电子扫描,简称电扫。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵,在两维上排列若干辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上这种天线称为共形阵天线。 共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点,能以一部天线实现全空域电扫。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。综上所述,相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。相控阵雷达有相当密集的天线阵列,在传统雷达天线面的面积上目前可安装一千多到两千多个相控阵天线 (F-22约有 2000 个
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