相控阵雷达演示课件

.,相控阵雷达 小组成员： 张孟琦（讲课） 李昊阳（PPT制作） 张智勤（资料） 高志强（资料） 王晓威（资料）,.,1,2,3,4,相控阵雷达概述,相控阵列的基本原理,相控阵雷达的组成,相控阵雷达的优缺点及发展趋势,.,一.相控阵,相位可控的阵列。 相控阵天线是由许多辐射单元排列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波阵面。 相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈变化的时期。,.,相控阵采用的高技术： 计算机技术固态技术信号处理技术光电子技术新材料技术以及器件、结构、工艺的发展,.,相控阵雷达的特点：波束捷变多目标跟踪远作用距离高数据率自适应抗干扰快速识别目标高可靠性天线共形,.,二.相控阵列的基本原理相控阵天线的阵元一般在100-10000个，每个阵元后接一个可控移相器。改变每个移相器的移相量就改变了阵元间的相对馈电相位，改变了天线辐射电磁波的波阵面指向。,.,.,天线阵元之间的间距为d，目标方位(不一定是波束指向)与天线阵面法矢量夹角为。相邻阵元回波相位差为，波程差为()，由波程差引起的相位差为：考虑远场情况(补充远场、近场的概念)，设N个天线阵元等间隔分布，等幅馈电，在方向某点辐射场矢量和：如果各阵元馈电相位差均为0，上式可用于研究阵列天线的方向图。假设0为波束指向，利用等比级数求和公式，欧拉公式和(5-1)，得归一化天线方向图：,.,Fa()称为阵列因子或阵因子。如果天线阵元不是向空间所有角度均匀辐射的，方向图为Fe()，阵列方向图变为：Fe()称为阵元因子。关于阵列天线的栅瓣阵列因子图：,.,由图5-2可以看出，主瓣是我们感兴趣的，所有栅瓣应去掉。不出现栅瓣的条件： ，或d/1 结论：1. 阵元间距越大，阵元数越多，角度分辨率越高。2. 阵元间距过大，天线方向图将会出现副瓣。,.,三.相控阵雷达的组成,相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类：1.有源相控阵列雷达每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器,.,三.相控阵雷达的组成,2.无源相控阵列雷达 共用一个和几个接收机和发射功，其余与有源相控阵列雷达相同。,.,以色列“费尔康”预警机是世界上第一种采用有源相控阵体制雷达的预警机，也是世界上第一种采用天线阵列的安装与机身外形相符（即共形阵）的预警机，不再采用蘑菇形。天线阵列分布在机头（大鼻子）、机身两侧和机尾，分别负责覆盖不同的方位。全机设计有1472个T/R组件，但是在卖给智利时做了简化：机尾没有配置天线阵，从而存在100的方位盲区，T/R组件的数量也减少很多，且天线在高度方向上不能扫描，从而不能测量目标的高度，因此，其雷达是一维相控阵、二坐标的。 瑞典的“爱立眼”(ERIEYE）也是目前世界上独具特色的采用有源相控阵体制的预警机：机身背部的天线罩体是平衡木式，内装两块天线阵面，共有192个T/R组件，每个天线阵只负责120扫描，因此，全方位上有机头和机尾各60盲区，在高度方向上也不扫描，也是一维相控阵、二坐标雷达。,以色列“费尔康”预警机,.,该预警雷达是瑞典爱立信集团微波系统公司于20世纪80年代研制成功的主动相控阵雷达，它采用平衡木式的双面侧视电子扫描相控阵天线。雷达天线长8.6米，宽600毫米。天线罩长9.75米，宽780毫米，重约900千克。罩内装192个固态发射/接收（T/R）模块和大约4000个天线单元。雷达使用S波段工作，对高空目标的最大搜索距离达600千米，能同时跟踪300个目标。在6000米高度上，它对大型空中目标的有效作用距离为450千米，对雷达反射截面积不足1平方米的低空小型目标的控测距离为300千米。它能够在一个密集的敌对电子战环境、大量雷达杂乱回波和低目标高度的条件下，在330公里的距离发现战斗机大小的目标；具有海洋监测能力，能在320公里距离发现海上目标。雷达具有全面扫描监测同时对感兴趣的重要方位进行频繁扇形扫描的能力，而且一个单独扇形可能是同时在不同的模式中扫描。雷达综合性能非常好，具有窄波束、高精度等特点，可同时跟踪300多个目标。,国产运八“平衡木”预警机,.,瑞典的“爱立眼”(ERIEYE）也是目前世界上独具特色的采用有源相控阵体制的预警机：机身背部的天线罩体是平衡木式，内装两块天线阵面，共有192个T/R组件，每个天线阵只负责120扫描，因此，全方位上有机头和机尾各60盲区，在高度方向上也不扫描，也是一维相控阵、二坐标雷达。,瑞典萨伯公司的“爱丽眼”预警机,.,E-3预警机就是依靠天线旋转进行水平方向的扫描。E-3家族不同于其他飞机的突出特征是，机背上装有一个直径近10m 的“铁饼”形旋转天线罩。 其内装的天线在方位上机械转动扫描，在仰角上电子扫 描。它的水平波束很窄，能精确分辨开在方位上靠得很近的目标。E-3 飞机上除了装有有源和无源雷达探测设备之外，还装有通信设备、敌我识别设备、导航设备和信息处理 设备等，构成一个小的C31系统，成为战区C31系统的重要组成环节。这种预警机可同时探测60多个目标，跟踪其中的200多个，可同时引导和指挥10多架飞机对敌作战，能保证每天指挥数千架次的飞机对上百个目标采取动。,E-3预警机,.,美国AN/FPS-132“铺路爪”雷达,冷战结束后，美俄并没有放松新型相控阵战略预警雷达的研制工作，特别是俄罗斯在财政非常困难的情况下，集中有限的资金研制并部署了“沃罗涅日-DM”新型战略预警雷达，可见其在国家战略预警体系中的极端重要性。而美国在进一步改进“铺路爪”雷达的同时，也研制出了海基X波段相控阵预警雷达，以继续巩固自己的技术领先地位。图为美国AN/FPS-132“铺路爪”雷达。,.,虽然陆基战略预警雷达同样具备探测普通飞机、巡航导弹和战术弹道导弹的能力，但其真正的目标是各种类型的中远程弹道导弹以及各种航天器。比如在平时，这种雷达可以长期监视一些国家的导弹试射和航天发射活动，从而评估其武器的性能、获取相关的信息，在战时则承担着探测敌方来袭战略导弹的重任。图为美国AN/FPS-132“铺路爪”雷达。,.,俄罗斯“天空Y”米波雷达,米波超分瓣技术超低副瓣天线设计技术目标跟踪 搜索 导弹中段制导,“东方E”米波雷达,有效发现隐身目标更明显的有源相控阵的特征,.,美国“铺路爪”,台湾乐山“铺路爪”,.,（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；美国将在日本部署的X波段相控阵雷达海基版（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、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靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。,美中不足的是，相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限机载有源相控阵-21世纪机载雷达的革命，最大扫描角为90120。当需要进行全方位监视时，需配置34个天线阵面。,优点,缺点,但是，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，能快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。,相控阵雷达的有缺点及发展趋势,.,自从相控阵雷达出现以来，对雷达的干扰早已经脱离了60年代那种模式。现代相控阵雷达有敏捷波束指向能力，因为它的波束指向和机械设备没有关系，转向速度非常快，传统的干扰手段作用很有限。旧时代的雷达对抗方式限制已经不具备现实意义。 从根本上来讲，干扰对方雷达，就是一个对它发射信号的过程。只要覆盖对方雷达的收束波段，给它“多余”的信号，使其将虚假的干扰信号当做真实的目标回波，就能干扰。例如美国EF-18G电子战机目前已知的一种工作模式就是录制对方的雷达信号，隔一段时间原样播放，从而使对方雷达无法正常工作。 可见，现代电子战的复杂之处不是信号的接受和发送，而主要是后端对信号的处理能力。换句话来说，干扰现代雷达，只要工作机制合适，其实从地面还是空中发射干扰信号并不是问题，发射的角度如何也并非关键，要紧的是能骗过对方的信号过滤机制。而这就要求在信号处理技术上领先于对方。因此要在对抗中占尽上风，需要技术上有跨代的优势。,.,采用雷达低截获概率技术舰艇要改善隐身性能，除了降低雷达反射截面之外，还需要严格控制舰载设备发射的各种电磁波，以避免敌方探测到舰艇位置。而舰载相控阵雷达必须时常开机，会发射大量电磁波，对舰艇隐身十分不利。因此要采取降低峰值功率、编码扩展频谱、削减波束旁瓣等“雷达低截获概率技术”，使敌方难以捕捉到相控阵雷达发射的信号，或由于信号太微弱而无法判定雷达载舰的准确位置。这种技术还有助于提高舰载相控阵雷达对抗反辐射导弹的生存能力。增强弹道导弹侦测能力海基导弹防御系统比陆基系统有更高的灵活性和远程机动部署能力，因此，侦测弹道导弹并引导防空导弹实施拦