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有源相控阵雷达  

2012-04-26 05:54:21|  分类: 特种武器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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有源相控阵雷达 - foxer - .
有源相控阵雷达

相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,这种方式被称为电扫描。相控阵雷达使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

概要
  有源相控阵雷达采用数量众多的发射/接收模块,每一个辐射器都是一个发射/接收模块,每一个辐射器都自己产生和接收电波(这是有源与无源的区别,无源相控阵雷达只有一个中央发射机和接收机,发射的能量由计算机分配到天线上的每一个辐射器。),而且采用电扫描方式。根据电扫方式,相控阵雷达大体可分为全电扫相控阵和有限电扫相控阵两大类,全电扫相控阵又可称固定式相控阵,即在方位上和仰角上都采用电扫,天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线,即把两种以上天线技术结合起来,以获得所需要的效果,起初把相扫技术与反射面天线技术相结合,其电扫角度小,只需少量的辐射单元,因此可大大降低设备造价和复杂程度。天线阵,根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫.机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。  有源相控阵雷达波束指向非常灵活、迅速;一个雷达可同时形成多个独立波束,同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;多目标接战能力强,能同时监视、跟踪多个目标;抗干扰性能好。另外,相控阵雷达的可靠性高,即使少量发射/接收模块失效仍能正常工作。不过,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°到120°。  从上世纪60年代开始,历经40余年的努力,有源电子扫描阵(AESA),通常也称为有源相控阵技术,终于在机载雷达上取得了成功的应用。   美国国防部国防科学委员会主席的一份关于发展美国军用机雷达的建议报告中特别强调了有源相控阵技术可以极大地扩展雷达的功能和提高雷达的性能, 21世纪美国的战斗机雷达、预警与监视飞机的雷达都应是AESA体制的。事实上,除了F-22和F-35等新一代战机都毫无例外地装备AESA雷达外,美国对第三代现役战斗机、轰炸机、预警和监视飞机的AESA改进都已列入计划,并得到了相应的财政支持。业内一种普遍的观点认为:从现在起再过十年,不掌握AESA雷达制造能力的厂商将没有立足之地。除美国之外,俄国、法国、德国、荷兰、瑞典、英国、以色列等西方国家也正在这一技术领域进行广泛的合作开发和大量的资金投入。   近50多年来,机载雷达不断注入新的技术成果,性能大幅度提高。新技术是提高雷达探测能力的原动力。在单脉冲跟踪体制未获使用前,圆锥扫描体制的雷达很难对付敌方施放的角度欺骗干扰;没有相参体制的脉冲多普勒雷达,就无法对付借着强大的地杂波掩护的低空入侵的飞机和导弹;没有频率捷变体制的雷达,就很难同现代战争中广泛采用的各种杂波干扰相抗衡。相控阵技术是近年来正在发展的新技术,它比单脉冲、脉冲多普勒等任何一种技术对雷达发展所带来的影响都要深刻和广泛。进入上世纪80年代,机载相控阵雷达才初获应用。先进的机载有源相控阵雷达是近期,即本世纪初才进入服役。AESA的成功应用是对传统机载雷达的一次革命,她极大地扩展了雷达的应用领域和提高了雷达的工作性能,进而提高和丰富了作战飞机执行任务的能力和作战模式。
性能突破
  采用AESA技术的机载雷达将会至少在以下方面实现巨大的性能突破:
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雷达作用距离大幅度增长
  由于AESA雷达T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连,而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA),这就有效地避免了干扰和噪声叠加到有用信号上去,使得加到处理器的信号更为"纯净",因此,AESA雷达微波能量的馈电损耗较传统机械扫描雷达大为减少。



解决了可靠性的瓶颈问题
  由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成,因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明,10%的单元失效时,对系统性能无显著影响,不需立即维修;30%失效时,系统增益降低3分贝,仍可维持基本工作性能。这种"柔性降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。
解决了同时多功能的难题
  所谓同时多功能,即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分T/R模块完成一种功能,用另外的T/R模块完成其它功能;也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟随、威胁回避的同时,还可实现对空中目标的搜索和跟踪,并对其进行攻击。由于AESA是由多个子阵组成,而每个子阵又是由多个T/R模块组成,因此,可以通过数字式波束形成(DBF)技术、自适应波束控制技术和射频功率管理等技术,使雷达的功能和性能得到极大的扩展,可以满足各种条件下作战的需要。并能因此而开发出很多新的雷达功能和空战战术。
隐身飞机和现代空战需要相控阵雷达
  隐身飞机配装相控阵雷达(PESA 或者是AESA)几乎是唯一的选择。迄今为止还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机,也说明了这一点。低拦载概率(LPI)和低观测特性(LO)是隐身飞机能否实现隐身和顺利完成作战任务的关键。在当前极为严峻的电子干扰环境中,"LPI",即机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截概率的高低是一项重要的性能指标。在攻击有专用电子干扰飞机掩护的机群或单机时,强烈的电磁干扰将使传统的雷达无法正常工作。AESA天线口径场的幅度和相位都可以随意控制,可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源,使之不能收到足够强度的雷达信号,从而无法实施有效干扰。通过数字波束形成(DBF)技术,可以使主波束分离成两个波束,使其零值对准敌方干扰源;若干扰源位于雷达旁瓣方向,则在该方向也可以形成零值,使敌方收不到雷达信号,从而无法实行有效干扰。AESA的自适应波束形成能力是机载雷达在复杂的电磁环境中得以保持其作战能力的重要因素。
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有源相控阵雷达技术并非刚刚问世,这项技术起源上世纪60年代源起,但到上世纪末才逐步发展成熟达到装机实用的标准。F-22战斗机成为世界上第一种将有源相控阵雷达装机的战斗机。

是否装有AESA雷达,已经成为衡量第四代战斗机的一个重要标准。就好象脉冲多普勒雷达是否装机是衡量第三代战斗机的标准一样。

目前,这一技术以美国所掌握得最为成熟。在为F-22研制AN/APG-77之后,美国又研制出多个型 号的AESA雷达,并纷纷基本达到实用阶段。其中,为海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”配套的AN/APG-79、为F-16E/F配套的AN /APG-80、为F-35“联合攻击战斗机”配套的AN/APG-81、为F-15C/D型配套的AN/APG-63V3有源相控阵雷达等。



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