雷达工作原理及相控阵雷达工作原理.doc

雷达的工作原理雷达(radａr)原是“无线电探测与定位”的英文缩写雷达的基本任务是探测感爱好的目的,测定有关目的的距离、方问、速度等状态参数雷达重要由天线、发射机、接受机(涉及信号解决机）和显示屏等部分构成雷达发射机产生足够的电磁能量，通过收发转换开关传送给天线天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一种很窄的方向上形成波束，向前传播电磁波遇到波束内的目的后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取天线获取的能量通过收发转换开关送到接受机，形成雷达的回波信号由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常单薄,几乎被噪声所沉没接受机放大单薄的回波信号,通过信号解决机解决，提取出涉及在回波中的信息，送到显示屏,显示出目的的距离、方向、速度等　为了测定目的的距离,雷达精确测量从电磁波发射时刻到接受到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目的，再由目的返回雷达接受机的传播时间根据电磁波的传播速度，可以拟定目的的距离公式为：Ｓ＝CT／2 其中Ｓ为目的距离，T为电磁波从雷达发射出去到接受到目的回波的时间，C为光速 雷达测定目的的方向是运用天线的方向性来实现的。

通过机械和电气上的组合伙用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目的,雷达读出些时天线小事的指向角，就是目的的方向角两坐标雷达只能测定目的的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角 测定目的的运动速度是雷达的一种重要功能，雷达测速运用了物理学中的多普勒原理：当目的和雷达之间存在着相对位置运动时，目的回波的频率就会发生变化,频率的变化量称为多普勒频移，用于拟定目的的相对径向速度,一般,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多 雷达的战术指标重要涉及作用距离、威力范畴、测距辨别力与精度、测角辨别力与精度、测速辨别力与精度、系统机动性等 其中,作用距离是指雷达刚好可以可靠发现目的的距离它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目的自身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小)等因素有关威力范畴指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范畴拟定的区域 雷达的技术指标与参数诸多,并且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的重要参数 根据波形来辨别，雷达重要分为脉冲雷达和持续波雷达两大类目前常用的雷达大多数是脉冲雷达常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。

有关的参数为脉冲反复周期（脉冲反复频率）、脉冲宽度以及载波频率载波频率是在一种脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率 雷达天线对电磁能量在方向上的汇集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好但是在设计和制造过程中,雷达天线不也许把所有能量所有集中在抱负的波束之内，在其他方向上在在着泄漏能量的问题能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其他方向上由泄漏形成旁瓣为了覆盖广阔的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描 概括起来,雷达的技术参数重要涉及工作频率(波长)、脉冲反复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接受机警捷度等技术参数是根据雷达的战术性能与指标规定来选择和设计的，因此它们的数值在某种限度上反映了雷达具有的功能例如，为提高远距离发现目的能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲反复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲反复频率这阐明，如果懂得了雷达的技术参数，就可在一定限度上辨认出雷达的种类 雷达的用途广泛，种类繁多,分类的措施也非常复杂一般可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我辨认雷达等。

除了按用途分,还可以从工作体制对雷达进行辨别这里就对某些新体制的雷达进行简朴的简介 双/多基地雷达 一般雷达的发射机和接受机安装在同一地点，而双/多基地雷达是将发射机和接受机分别安装在相距很远的两个或多种地点上,地点可以设在地面、空中平台或空间平台上由于隐身飞行器外形的设计重要是不让入射的雷达波直接反射回雷达，这对于单基地雷达很有效但入射的雷达波会朝各个方向反射,总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一种接受机接受到美国国防部从七十年代就开始研制、实验双／多基地雷达，较出名的“圣殿”筹划就是专门为研究双基地雷达而制定的，已完毕了接受机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接受机安装在地面上、发射机和接受机都安装在空中平台上的实验俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达,重要用于预警系统 相控阵雷达　我们懂得,蜻蜓的每只眼睛由许许多多种小眼构成,每个小眼都能成完整的像,这样就使得蜻蜓所看到的范畴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种辐射单元和接受单元(称为阵元）构成，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,构成阵列天线运用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以变化波束的方向进行扫描,故称为电扫描辐射单元把接受到的回波信号送入主机，完毕雷达对目的的搜索、跟踪和测量每个天线单元除了有天线振子之外，尚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,从而在空间辐射出不同方向性的波束天线的单元数目越多，则波束在空间也许的方位就越多这种雷达的工作基本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种发射机子阵原只能接受，而有源是每个阵原均有完整的发射和接受单元！相控阵雷达的长处：（１)波束指向灵活,能实现无惯性迅速扫描,数据率高;（2）一种雷达可同步形成多种独立波束，分别实现搜索、辨认、跟踪、制导、无源探测等多种功能;（3)目的容量大,可在空域内同步监视、跟踪数百个目的；(4)对复杂目的环境的适应能力强；（5)抗干扰性能好ﻫ　 全固态相控阵雷达的可靠性高,虽然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,且波束扫描范畴有限,最大扫描角为90°～120°当需要进行全方位监视时,需配备3~4个天线阵面。

相控阵雷达与机械扫描雷达相比,扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能迅速适应战场条件的变化多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、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 宽带／超宽带雷达 工作频带很宽的雷达称为宽带／超宽带雷达隐身兵器一般对付工作在某一波段的雷达是有效的,而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了，它很也许被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到另一方面,超宽带雷达发射的脉冲极窄，具有相称高的距离辨别率,可探测到小目的目前美国正在研制、实验超宽带雷达，已完毕动目的显示技术的研究,将要进行雷达波形的实验 合成孔径雷达 合成孔径雷达一般安装在移动的空中或空间平台上，运用雷达与目的间的相对运动,将雷达在每个不同位置上接受到的目的回波信号进行相干解决，就相称于在空中安装了一种“大个”的雷达，这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果,具有很高的目的方位辨别率,再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离辨别率，因而能探测到隐身目的。

合成孔径雷达在军事上和民用领域均有广泛应用,如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等美国的联合监视与目的袭击雷达系统飞机新安装了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔径雷达,英、德、意联合研制的“旋风”袭击机正在试飞合成孔径雷达毫米波雷达工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，同步它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外,因此它能探测隐身目的毫米波雷达还具有袭击能力，特别合用于防空、地面作战和机灵武器，已获得了各国的调试注重例如,美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头,目前正在研制更先进的毫米波导引头;俄罗斯已拥有持续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达；英、法等国家的某些防空系统也都将采用毫米波雷达　激光雷达 工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达它由激光发射机、光学接受机、转台和信息解决系统等构成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接受机再把从目的反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示屏隐身兵器一般是针对微波雷达的,因此激光雷达很容易“看穿”隐身目的所玩的“把戏”;再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、辨别率高，因而它能有效地探测隐身目的。

激光雷达在军事上重要用于靶场测量、空间目的交会测量、目的精密跟踪和瞄准、目的成像辨认、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目的探测等美国国防部正在开发用于目的探测和辨认的激光雷达技术,已进行了前视/下视激光雷达的实验,重要探测伪装树丛中的目的法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和辨认直升机的联合研究工作 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，特别是它杰出的预警搜索能力和辨认能力,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,人们也许很陌生,但如果说起去年美国军方有关中国如何监测其隐型战斗机的报道，人们也许就清晰了用一大串电视接受天线来监视天空,经济又有效，这就是最原始、最基本的雷达，相控阵雷达下面谈一谈雷达和相控阵雷达的发展状况一、雷达及其分类雷达（Raｄａr，即　radio ｄeｔeｃtiｎg and　ranｇing),意为无线电搜索和测距它是运用多种无线电定位措施,探测、辨认多种目的，测定目的坐标和其他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晰。

雷达由天线系统、发射装置、接受装置、防干扰设备、显示屏、信号解决器、电源等构成其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目的的技术核心之一；信号解决器是雷达具有多功能能力的核心组件之一雷达种类诸多，可按多种措施分类：(1）按定位措施可分为: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：脉冲雷达和持续波雷达４)按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其他波段雷达5）按用途可分为:目的探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、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仅具有老式雷达的功能，并且具有其他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受射频能量它与机械扫描天线系统相比，有许多明显的长处例如、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，仍保持较高的可靠性，平均无端障时间为10万小时，而机械扫描雷达天线的平均无端障时间不不小于1０００小时下面重要简介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年代后期就已经浮现1937年,美国一方面开始这项研究工作。

但始终到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/FP。