雷达体制区分

相控阵雷达的天线阵面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（干涉）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。

雷达体制

• 相控阵雷达
  • 基本原理
    • 相控阵雷达的天线阵面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（干涉）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。
    • 什么是相控阵？？？？？ 就是相位控制阵列=相控阵
    • 通过控制阵列的每一个单元的馈电相位来改变波束指向的雷达
      • 因为波束是以电子的方式，而非传统的机械扫描，故也称相控阵雷达为电子扫描阵列雷达，也就是ESA雷达
    • 怎么来的？来自于蜻蜓的眼睛（复眼）。基本原理如下：
      • 每一组阵列都有一个可控相移器——用来控制相位移动，通过控制相位移动的大小，来改变各个阵元之间相对馈电的相位。继而可以改变天线阵面电磁波的相位分布，从而使得波束能够在空间中能够按照一定规律扫描，并且能够按照需要想往哪扫就往哪里扫！远比机械扫描灵活得多！
    • 移项器
      • 作用：就是将信号的相位移动一个角度，但同时相位和频率保持一个稳定的对应关系！
      • 通过改变每一个辐射元件发射信号的相位，提供相长或者相消的干涉，并在希望的方向上形成波束，从而控制波束指向，而不需要通过机械的运动来实现！
      • 这就是相控阵雷达灵活性的所在！只需要改变相位就可以按照需要在空间中进行扫描。
  • 基本类型
    • 有源相控阵雷达
      • 每一个阵元，都配有一个发射和接收主件。 也就是说，每一个天线单元都是一个“小雷达”，每一个主件都能够自己发射和接收电磁波。
      • 造价十分昂贵，频带越高越昂贵！工程实现难度很大，未来一定会取代无源相控阵。
    • 无源相控阵雷达
      • 只有一个发射机（通过集中功率发射），有多个天线单元，每个天线单元的辐射源的波前是球面的。有一个接收机。 但是这些天线单元的波的组合和叠加之后，就可以产生沿着固定方向行进的平面波。 通过计算机控制改变相移，就可以改变波束指向的角度，实现扫描！
      • 成本相当低，但是在性能上要优于传统的机械扫描雷达，但远不如有源相控阵，是一种机械式到有源相控阵的过渡！
    • 区别：天线阵面基本相同，主要区别是接收和发射的阵元的数量不同。
  • 优势
    • 多目标
    • 多功能
    • 高机动
    • 可以多角度，多目标控制多导弹，来打击空中的目标 可以形成多个独立控制的波束，这些波束执行搜索、探测、识别、跟踪、制导等等任务，可以实现多部专用于一身，远比传统的机械雷达强大的多！减少了设备量，提高了机动性！很灵活。
    • 高速率
    • 快反应
    • 数据率相当高，自动化程度高，反应速度极其高！
    • 抗干扰
    • 高可靠
    • 因为相控阵雷达可以通过控制分布在天线口径上的多个辐射单元，合成为一个非常高的功率，可以合理地管理和控制主瓣的增益，可以通过不同方向的需要分配不同的发射能量，非常适应旁瓣抑制和抗各种干扰。也比较容易发现隐身飞机。也可以反辐射。
  • 美俄雷达
    • SPS——舰载雷达
    • 108——丹麦眼镜蛇，设置在阿联酋
      • 丹麦眼镜蛇雷达是一部很庞大的L波段相控阵雷达，他是为收集国外洲际导弹试射情报而研制和部署的。该雷达有一些与众不同的特性。它是一种稀疏阵，直径为95ft,共有34768个单位，其中15360个单元是有源单元，其余是无源的，后期可能用有源单元来替换。有源单元分成96个子阵，每个子阵有160个辐射器，发射时由行波管（TWT）馈电。 这是美国于70年代在阿拉斯加谢米亚岛的艾瑞克森美空军基地内，设立的AN/FPS-108“丹麦眼镜蛇”相控阵雷达，它属于美国战略司令部陆基中段弹道导弹防御系统，主要针对紧盯前苏联堪察加库拉试验场的弹道导弹试验情况，还承担对海基和洲际弹道导弹以及其他导弹目标的探测和早期预警，并在足够精度下进行威胁目标跟踪，还能对发射的拦截导弹进行火力控制。
    • 美国AN/FPS-115“铺路者”远程预警雷达
      • 雷神公司的AN/FPS-115“铺路爪”远程预警雷达采用双面阵天线，所有设备安装在一座32米高的多层建筑物内，工作频率420 ～ 450兆赫，探测距离一般为4800公里，对高弹道、雷达截面为10平方米的潜射弹道导弹的探测距离可达5550公里。雷达峰值功率582.4千瓦，平均功率145千瓦，两个圆形天线阵面彼此成60度，每个阵面后倾20度，直径约30米，由2 000个阵元组成。扫描一次所需时间为6秒钟，平均无故障工作时间可达450 小时，平均修复时间为1小时。 AN/FPS-115雷达主要用于探测、跟踪潜射弹道导弹和洲际弹道导弹，提供导弹预警信息。其次是用于监视、跟踪和识别空间目标，提供绕地球轨道运行卫星的位置、速度等数据。 台湾购买的“铺路爪”雷达的性能比美国自己使用的要低，但探测距离仍可达1500千米，使台湾的预警时间增加7分钟左右，并能与“爱国者”导弹防御系统相连接，从而可以部分扩展其防御范围。台“国防部”最初计划购买该雷达，但是因为该型雷达是固定部署，且体积过于庞大，外界认为易被攻击，因此争议不断。
    • TPY-2 萨德！
      • AN/TPY-2雷达属于美国THAAD高空区域导弹防御系统的标准配置，属于固体有源相控阵多功能雷达，是世界上性能最强的陆基机动反导探测雷达之一。
      • AN/TPY-2高分辨率X波段固态有源相控阵多功能雷达是THAAD系统的火控雷达，是陆基移动弹道导弹预警雷达，可远程截获、精密跟踪和精确识别各类弹道导弹，主要负责弹道导弹目标的探测与跟踪、威胁分类和弹道导弹的落点估算，并实时引导拦截弹飞行及拦截后毁伤效果评估。
      • 特点：AN/TPY-2雷达工作在X波段（9.5GMz），天线阵面积为9.2平方米，安装有30464个天线单元，方位角机械转动范围-178°~+178°，俯仰角机械转动范围0°~90°，但天线的电扫范围，俯仰角及方位角均为0°~50°。该雷达对反射面积（RCS）为1平方米（典型弹道导弹弹头的反射面积）的目标的最大探测距离约1200千米。有报道称，目前美军对该型雷达正在进行升级改造，升级后对雷达反射面积1平方米的目标最大探测距离可达到2300千米。虽然这明显短于美军地基中段系统使用的海基X波段（SBR-X）和陆基X波段雷达（GBR-X）的4800千米和6700千米探测距离，但该雷达在地面机动雷达中，明显占有优势，也比“爱国者”等系统使用的AN/MPQ-53和AN/MPQ-65雷达探测距离远近10倍。 最初AN/TPY-2雷达是为THAAD系统研制的，而THAAD系统主要为满足大气层内外拦截3500千米内中程弹道导弹目标的要求，因此其必须具有高度的战术机动性，为此该雷达设计为长约13米，重为34吨。虽然这与其它战术拦截系统雷达相比要大，但与其兼顾的战略预警雷达相比系统体积显著缩小，并采用模块化设计，有很强的地面机动性，可采用舰船、火车或拖车进行点对点运输，还可根据作战需要由C-5或C-17运输机空运至指定地点，在全球范围内快速机动部署，部署后可通过公路机动变换阵地，躲避空中打击。
      • 萨德反导系统组成
      • AN/TPY-2雷达由天线、操作控制车、冷却设备车、电子设备车和电源设备车等5个部分组成
    • GBR-X 超大型地基雷达
    • SBX 就是把GBR放到了海上
    • 俄国：鸡窝，伏尔加，沃罗涅日（最新）
  • 现代雷达技术需求
    • 多目标跟踪
      • 只有相控阵能做到多目标跟踪，多目标显示和监测
    • 目标的分类识别
    • 目标特性获取
    • 抗杂波干扰性能
    • 多功能
    • 如何从很强的杂波中检测并提取目标，是现在最大的需求！
• 数字阵列雷达
  • 概述
    • 数字阵列雷达是相控阵雷达的一种，它是一种接收和发射波束都采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达。数字阵列雷达去除了相控阵上的模拟移相器单元，功分网络和差器等部件。适合软件化雷达的发展。
  • 和传统相控阵雷达的区别
    • • 传统相控阵雷达的扫描主要靠的是移项器、衰减器、微波合成网络 是一种带有模拟域的基于射频器件和馈电网络构建的一种运算处理方式
    • • 收发均采取数字化，全数字化——每一个单元的发射和接收的参数均是数字化，可以单独控制。也就是 数字有源阵列+数字处理。
    • 传统一般发射都是模拟域，而数字阵列雷达收发均为数字域。
  • 工作示意图
  • 阵列雷达技术演进历程
  • 发射数字波束形成原理——DDS原理框图
  • 接收数字波束形成原理——DBF原理
    • 子主题
  • 优点（相比于有源相控阵雷达）
    • 更大的动态范围
    • 更多的波束
    • 大动态范围，是在强杂波下小目标检测所必需的！
    • 低损耗
    • 低副瓣
    • 近距离低副瓣，远距离低损耗 兼具近区反杂波和远区弱信号检测的功能
    • 低角度测量精度高
    • 工程可实现性强
    • 全寿命费用低
    • 可靠性高
  • 自适应数字波束形成
    • 适应阵列是由按一定空间排列的多个阵单元构成，一种在实际环境下自行控制其方向图的天线系统。它能实时地对外界未知的干扰环境做出反应，在干扰的到达方向上形成零点或降低此方向的副瓣电平，这样便可以保接收所需信号与干扰噪声的信噪比有一个最佳值。
• 实孔径阵列天线雷达
  • 通过实孔径形成窄波束，获得角度高分辨。
• 合成孔径雷达SAR
• MIMO雷达
  • MIMO雷达是在阵列雷达和多基地雷达的基础上发展而来，MIMO雷达通过多个发射天线发射多个正交波形，并采用多个接收天线接收所有正交波形，MIMO雷达采用这种波形分集技术，从而具有传统相控阵雷达所不具备的优点，包括突破阵元间距半波长限制、较高的系统自由度以及空间全覆盖特性等。
  • 多输入多输出（Multiple-input Multiple-output）雷达的概念由Fishie于2004年首次提出。并不是说MIMO技术是从2004年才开始，而是FIshie第一次将MIMO通信的空间分集观点引入到了雷达中
  • 统计MIMO雷达（分布式）
    • 发射阵在空间散布，目标回波是有大量散射体的回波叠加而成，接收机利用正交性分离出不同位置的回波，这些回波认为是相互统计独立的，目标发射信号功率近似稳定，这对目标检测是有益的，可以有效克服由目标闪烁导致的雷达性能下降
  • 相参MIMO雷达（紧凑式）
    • 发射/接收阵元在空间上分布紧凑，这个紧凑是指天线阵元的间距在发射信号的波长量级时，远场目标回波对于收发天线阵是相关的。相参MIMO雷达又可以分为单站和双站，单站大家好理解；双站是说收、发分别紧凑配置，收发之间满足双站雷达的条件。
    • 对于相参MIMO雷达，各发射和接收单元的位置是已知的，对接收端匹配滤波后的MN个输出信号进行移相相加，可以在一个或多个方向上形成波束
  • MIMO雷达优点
    • MIMO雷达是利用多个天线同步发射分集波形,在接收端利用多个天线接收, 并对回波信号集中处理的雷达系统MIMO雷达的自由度相比传统雷达大幅增加,比如一个具有M个发射天线和N个接收天线的MIMO雷达系统,最大可以获取的自由度为MN[26][124] 由于采用极化、空间、频率和波形分集等技术, MIMO雷达与相控阵雷达相比,具有更大的自由度,在抗干扰 抗目标起伏 反辐射和提高参数估计的分辨力等方面有着明显的优势
    • MIMO雷达与传统雷达相比的主要性能优势有: (1)提高目标参数估 计精度 传统的雷达目标参数估计方法受到两个方面的限制,一是可分 辨的最大目标数受阵元数目限制;二是分辨能力受到阵列物理孔径的限制
• 阵列雷达与相控阵雷达区别
  • 雷达阵列只是利用数量较多的雷达来捕捉信号较弱的目标，有些类似昆虫的复眼的原理，其扫描方式还是机械式的，只不过在每台雷达上都有同步机构，以使得所有雷达指向同一方向，聚焦到同一目标
• MIMO雷达与阵列雷达比较
  • 由于MIMO雷达发射正交波形，它形成了M*N个信号通道，有更高的自由度；而阵列雷达通过发送相同的波形在空间合成一个窄波束进行分析