有源相控阵雷达与无源相控阵雷达
有源相控阵雷达和无源相控阵雷达的区别
普通雷达的波束扫描是靠雷达天线的转动而实现的,又称为机械扫描雷达。
而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。相控阵雷达虽然不能像其他雷达那样依靠旋转天线来使雷达波束转动,但它自有自己的“绝招”,那就是使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达天线是由大量的辐射器(小天线)组成的阵列(正方形、三角形等),辐射器少则几百,多则数千,甚至上万,每个辐射器的后面都接有一个可控移相器,每个移相器都由电子计算机控制。当相控阵雷达搜索远距离目标时,虽然看不到天线转动,但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转,即使是上万千米外的洲际导弹和几万千米远的卫星,也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标,这些辐射器又可以分工负责,产生多个波束,有的搜索、有的跟踪、有的引导。正是由于这种雷达摒弃了一般雷达天线的工作原理,人们给它起了个与众不同的名字———相控阵雷达,表示“相位可以控制的天线阵”的含义。
有源相控阵雷达
相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。其实,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。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。
有源相控阵雷达最大的难点在于发射/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。
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相控阵雷达是雷达技术、计算机技术和自动控制技术三者高度结合的产物。一般雷达都采用机械扫描,只有一个辐射源,靠不停旋转的天线,将电磁波射向领空。而相控阵雷达具有几千甚至上万个辐射源,它通过相位控制天线阵,不需转动,能同时发射和接收多道波束,扫描速度是机械转动雷达的100万倍,从根本上解决了天线的机械惯性对波束扫描速度的限制。
这种雷达的特殊结构造就了其特殊功能。它将分散的发射机能量在空中相加,形成强大的功率辐射,通过控制各辐射单元辐射无线电波的相位,形成多波束,能同时完成空间监视、搜索和多目标跟踪,地形跟踪、地物回避、地形测绘、信标、气象回避等也是样样拿手,一部相控阵雷达可以代替多部不同类型的雷达,简化了部署。由于相控阵雷达具有几千甚至上万个辐射源,即使有部分T/R模组损坏,也不必维修,而仍能维持良好的雷达功能,因此,可靠度特别高。雷达系统故障的平均间隔在1000小时以上,常规雷达只有100小时左右。其随机发射和接收不同多波束的方式,使其具有目前所有雷达技术中最好的电子反对抗能力,而成为未来新一代雷达的主流。它采用新的杂波滤波技术,提高了对隐身掠海目标的探测能力。
相控阵雷达可分无源和有源两大类。无源相控阵雷达的发射和接收共用一个发射机和接收机。有源相控阵雷达,具有独立发射和接收功能的固态组件,每个阵元的能量辐射都可以控制,而且工作状态的改变和控制都较灵活。由于有源相控阵雷达的扫描速度、灵活性及其它性能均优于无源相控阵雷达,因此成为目前研究的重点。
无源相控阵雷达
在20世纪60年代,美国就开始了相控阵雷达的研究,但主要用于导弹监测等战略用途。进入70年代,出现一些“战术”雷达系列,其中最有名的是 “爱国者”防空雷达。近年来,进入全固态相列的领域,如APAR雷达,可以全方位覆盖,仰角范围达70°,探测距离为150千米。可执行地平线、海面和空中搜索,能同时跟踪250个目标,同时控制32枚半主动导弹。
目前,世界现役中最先进的相控阵雷达是美国AN/SPY-1多功能相控阵雷达。该雷达装备在“提康德罗加”级巡洋舰上,成为该舰“宙斯盾”武器系统的核心,并改进和装备到其它一些大中型水面舰艇上。由于相控阵雷达技术复杂,价格昂贵,战斗机机载相控阵雷达还处于改进、发展阶段,目前仅在B-1B轰炸机等少数飞机上使用。
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