第六章 相控阵雷达

第六章相控阵雷达一、相控阵雷达概述☺洲际导弹是指射程在8000千米以上的导弹。是战略核武器的重要组成部分。拥有这种导弹的国家，不必远涉重洋就能直接对敌国实施战略性攻击。☺洲际弹道导弹通常采用惯性制导或复合制导，携带核装药单弹头或多弹头。它具有推力大，飞行速度快，射程远，命中精度高，威力大等优点。☺地地洲际弹道导弹多数尺寸大、笨重、不便机动，一般配置在导弹发射井内，采用自力发射(热发射)或外力发射(冷发射)。潜地洲际弹道导弹配置在核动力潜艇内，采用水下冷发射。3洲际导弹对微波雷达的干扰一、相控阵雷达概述☺昀早的洲际导弹是1957年8月21日前苏联首次试射成功的ss-6地地洲际弹道导弹，射程约8000千米。现在命中精度(圆概率偏差)从数千米精确到百米左右；射程可达万余千米；采取了抗核加固措施；发展了集束式多弹头和分导式多弹头，提高了突防和摧毁目标的能力。☺美国现役洲际弹道导弹有“民兵”Ⅲ、“和平卫士”等地地洲际弹道导弹。前苏联装备的洲际弹道导弹近20种，其中有ss-18、ss-19、ss-24、ss-25等地地洲际导弹和ss-n-20、ss-n-23等潜地洲际导弹。中国已拥有自行研制的洲际导弹。☺洲际导弹总的发展趋势是：在改进和完善大型导弹的同时,注重发展小型、机动的地地洲际弹道导弹,增大潜地洲际弹道导弹的射程，研制新型洲际巡航导弹，采用机动式弹头，进一步提高导弹命中精度、生存能力和突防能力。一、相控阵雷达概述☺洲际导弹的出现对雷达提出两个要求：☺作用距离要远，能发现和测量5000公里以外的导弹☺天线波速要扫描得快，能跟踪速度为音速20倍的导弹（雷达是天线和波束一起转的，天线直径达30m重达几百吨，惯性很大，旋转起来很不灵活，天线转一圈要几秒钟）一、相控阵雷达概述AN／FPS-85雷达是—部由计算机控制的大型空间探测多功能相控阵雷达，建于20世纪60年代。该雷达主要用于空间目标(卫星等)的探测，完成空间目标的探测、跟踪、识别和编目，也兼负对潜射弹道导弹的预警，同时也是弹道导弹防御系统中最重要的目标信息提示源。它对空间目标的探测距离可达5600km乃至7000km。雷达的峰值功率达32MW．平均功率为400kw，脉冲重复频率为25—30Hz。一、相控阵雷达概述美国空军为获取前苏联向堪察加半岛和太平洋发射洲际弹道导弹的试验数据，以及为空间目标探测和跟踪、弹道导弹早期顶替而提出的一项雷达工程研制计划。1973年开始由雷声公司进行研制，1977年投入工作。设置于离前苏联大约500km的谢米亚岛上。它是构成美国SpaceTrack系统中的关键雷达设备，采用了多项先进相控阵雷达技术。一、相控阵雷达概述一、相控阵雷达概述一、相控阵雷达概述战略预警系统及SPADATS空间探测和跟踪系统主要的10余部大型战略相控阵雷达分布图一、相控阵雷达概述一、相控阵雷达概述☺F-16原来配装APG-66/68，APG-80为其AESA改型，仍由诺·格公司研制☺新的波束捷变技术带来了雷达能力的巨大增长，扩展了飞行员对态势的感知能力，使雷达对目标探测距离更远，并具有高清晰度合成孔径雷达成像能力。雷达的可靠性也比传统的机械扫描雷达高数倍。☺AN/APG80主动电扫雷达功能展示☺据俄通社-塔斯社报道，俄罗斯“米格”飞机制造公司日前宣布，一架配备有“甲虫-AE”有源相控阵雷达的米格-35战斗机将首次亮相于明年二月初举行的印度国际航展。一、相控阵雷达概述俄罗斯新型有源相控(AESA)阵雷达天线一、相控阵雷达概述二、相控阵雷达---工作原理☺工作原理：1.天线不动，波束在几个微妙内转动一圈2.利用干涉实现相位控制二、相控阵雷达---工作原理相控：指天线的辐射无线电的相位可以控制阵：成百上千个辐射元很有规律，整整齐齐按行列排列着二、相控阵雷达---工作原理每个辐射元有一个移相器和它连接，每个移相器可控制辐射元发射出来的无线电波的相位，只要根据需要改变各移相器的移相相位，各个辐射元发射出来的无线电波叠加在一起就会形成一个指向可变的波束。二、相控阵雷达---工作原理移相器：质量/数字计算机控制是雷达技术、计算机和自动控制结合的产物二、相控阵雷达---工作原理二、相控阵雷达---工作原理☺每组波频率一样，幅度一样，两个波的相位差可自0到360变动，在雷达相控阵天线种用成千上百个天线元辐射波相叠加，只要各个移相器相位控制得对，可使形成的总的波束在某一方向各个波叠加而很强，而在其他方向互相对销而很弱，即叠加后总的波束具有方向性，当改变各个移相器移相相位视，就可控制波束的方向相控阵雷达又分为有源（主动）和无源（被动）两类☺所谓有源无源是针对天线而言的。有源相控阵雷达的”天线”是一种称为T/R模组的接收与发射装置，每一块都能自己产生电磁波。而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机与接收机，外加具有相位控制能力的相控阵天线而成，即天线本身不能产生雷达波。☺有源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射／接收元素的多少。相控阵雷达又分为有源（主动）和无源（被动）两类☺无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。☺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。相控阵雷达又分为有源（主动）和无源（被动）两类☺有源相控阵雷达昀大的难点在于发射／接收组件的制造上，相对来说，无源相控阵雷达的技术难度要小得多。☺无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达，但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达，不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前，完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且，即使有源相控阵雷达研制成功以后，无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品，仍具有很大的实用价值。三、相控阵雷达的优缺点☺可随时改变参数，一部相控阵雷达可替代几部不同类型的雷达☺可同时跟踪多个目标☺天线每个辐射元可装一个发射管，总发射功率不受单个管子额定功率的限制，可增加发射功率☺用计算机算出目标座标后可自动显示和传输数据，速度、精度高☺但复杂，庞大，成本高二、相控阵雷达☺雷达用途不同，天线波束形状，扫描方式和扫描速率不同☺机载相控阵雷达天线形状1.针状波束：机载火控系统中的跟踪雷达空对空制导导弹，要求波束宽度细窄保证角度分辨能力和一定的抗干扰区2.余割平方波束(圆锥体)：用于测高地图和地物测绘或者空对地制导方面3.扇形波束:气象探测，飞行控制与导航方面，并在民用雷达有广泛应用四、雷达目标特性--雷达截面积☺各种目标对电磁波的散射特性取决于目标尺寸、形状、姿态、材料的电磁特性和目标相对于入射波方向的角向位置—引入参量目标雷达截面积（RCS）☺目标雷达截面积是反映目标对入射电磁波散射特性的参量☺后向散射或反射波四、雷达目标特性--雷达截面积☺决定目标雷达截面积通常有两种方法1.理论预测目标建模，用电磁场的解析技术或数值技术可以求取目标在平面波照射下的散射场，进而求其截面积。2.实验测量要使目标受均匀平面波的照射，且需在变化的雷达频率下对拟定的计算进行测试，四、雷达目标特性--雷达截面积☺雷达频率加倍，RCS增加四倍☺当目标的长度为雷达波长的一半时，RCS很大，昀易被RADAR探测到。四、雷达目标特性--雷达截面积☺简单目标的雷达截面积金属球体具有各向对称的结构，其后向截面积值是各向均匀分布的；非球的简单形体目标，如面积为A的平板，等边长a的三角形反射器长为L的圆柱体和椭球等，其主要方向上的散射截面积均能表示为其几何尺寸的式子四、雷达目标特性--雷达截面积☺复杂目标的雷达截面积特大尺寸的复杂目标，可近似分解成许多独立的散射体，各个散射体若能看做相对简单的形体（如平板、锥体、截椭球体等），并仍处于光学区，则可认为个部分无相互作用，其总的雷达截面积可看成各部分截面积的矢量和σ值可用统计方法来处理其总的σ值四、雷达目标特性--雷达截面积☺单基地雷达发射机和接收机在同一位置☺双基地雷达发射机和接收机是分离，该目标截面积不仅是目标尺寸、形状、入射方向等的函数，而且还是双基地角β（目标-发射机方向与目标-接收机方向间的夹角）的函数四、雷达目标特性--雷达截面积杂波特性☺地杂波的雷达截面积☺海杂波的雷达截面积☺气象杂波的雷达截面积001sec2scRσσστθ==Φ00secscσσστθ==Φ1nkiησ==∑四、雷达目标特性--性能参数☺探测范围☺分辨力☺数据率☺抗干扰能力五、雷达的技术参数☺工作频率及工作带宽☺发射功率☺天线的波束形状、增益和扫描方式☺接收机的灵敏度六、雷达的弱点☺存在盲区☺易被侦查☺易受干扰☺气象限制七、雷达的种类☺防空火控雷达☺低空目标指示雷达☺炮位侦察雷达☺陆基战场雷达☺坦克火控雷达☺。。。。。。一、防空火控雷达☺特点：高精度目标跟踪测量雷达一旦捕获目标即转入跟踪☺技术要求连续准确测定目标的坐标实现高炮或导弹精确打击一、防空火控雷达功能和基本原理☺利用伺服跟踪原理实现对目标的连续跟踪☺利用传感器获得当前目标信息经火控计算机处理实现打击目标目的一、防空火控雷达☺代表京燕防空卫士702☺技术特征控制火炮也可制导导弹弹炮一体的防空武器系统一、防空火控雷达瑞士防空卫士☺系统组成☺技术特点：搜索雷达跟踪雷达一、防空火控雷达荷兰京燕☺系统特点☺组成中国702一、防空火控雷达技术要求☺精度高☺与电光系统结合☺快速反应能力☺高的电子反对抗要求☺可靠性好一、防空火控雷达发展趋势：1.发展低截获概率雷达技术2.雷达信号多维处理技术3.发展雷达反隐身技术4.双/多基地雷达5.有源相控阵雷达6.发展先进的机内检测技术和雷达模块技术，提高维修效率，降低维修成本7.雷达数字技术二、低空目标指示雷达工作原理：山川地物回波频率不变运动目标能使回波频率产生变化二、低空目标指示雷达技术特征：☺全相参脉冲多普勒体制与高稳定度系统结合☺复杂的信号处理技术☺多目标航迹跟踪技术☺良好的抗干扰性能☺三坐标（3D）雷达技术☺良好的天线举升能力与机动能力二、低空目标指示雷达发展趋势：☺新技术、新体制的采用☺采用气球或飞艇作为平台增加天线架设高度☺多基地雷达与雷达组网三、炮位侦察校射雷达功能和基本原理☺用来确定发射阵地时，利用弹道曲线求出发射位置☺用于己方火力校正时，外推出炮弹的弹着点，判断其是否命中目标，否则及时修正三、炮位侦察校射雷达技术特征1.发展低截获概率（LPI）雷达技术2.有源相控阵雷达3.双/多基地雷达4.雷达数字技术5.边搜索边跟踪（TWS）技术三、炮位侦察校射雷达发展趋势☺增大作用距离☺改善机动性☺提高抗干扰能力四、陆基战场侦察雷达雷达架设方式三角架架设在轻型战车上升降式天线座小型轻便式也可由单兵手执工作四、陆基战场侦察雷达工作原理多采用连续波（轻小型）也利用多普勒效应采用脉冲或脉冲多普勒体制用调频连续波或脉冲时延对目标测距天线扇扫完成目标方位角测量四、陆基战场侦察雷达关键技术1.工作频率2.天线：垂直面宽水平面窄3.天线座与扫面机构4.终端设备5.结构形式四、陆基战场侦察雷达技术特征1.脉冲多普勒中远程2.雷达作用距离3.测量精度不太高4.重量轻四、陆基战场侦察雷达发展趋势战术使用更加广泛加强敌我识别能力多功能化信息融合雷达成像五、坦克火控雷达主战坦克需具有昼夜全天候自动探测识别跟踪射击的先进火控系统目前探测手段低端五、坦克火控雷达关键技术1.毫米波雷达目标环境及目标特性2.坦克运动时稳定的雷达瞄准线系统3.毫米波发射机技术4.区域目标指示（MTI）技术5.搜索雷达和跟踪雷达的一体化技术五、坦克火控雷达技术特征：1.采用毫米波技术2.采用单脉冲技术3.采用动目标指示（MTI）技术4.间接稳定系统六、武装直升机雷达☺地位：火控雷达家