相控阵雷达又被称为相位控制阵列，是通过改变雷达波相位来改变雷达波束方向，也被称为电扫雷达。相控阵雷达目前分为整体馈源的无源相控阵，和子阵带独立馈源的有源相控阵。有源相控阵被通称为AESA ，也是电扫相控阵雷达技术的高端产品。相控阵的优点是可以取消机械方向指向机构，波束依靠电控偏转的指向灵活，无惯性，数据更新速率快，适合与数字式信号处理系统综合，还具有功能转换速度快，可靠性高和抗干扰能力强的优点，但也存在工艺技术难度比较大，阵面成本较高的弱点。AESA 现在已经成为机载雷达应用的尖端技术，弹载AESA 的很多技术也已经接近或达到实用标准，美国、日本、俄罗斯和西欧国家均已开始具体应用项 目的研究。中国作为军用航空电子技术的后起之秀，也逐步具备了第二梯队的技术实力。 主动雷达导引头的技术特征 主动雷达是第四代雷达制导空空导 弹的代表特征，是现代战术导弹雷达导引头的主流，也是实现复合制导和全向搜索功能的技术基础。现有采用主动雷达导引头的战术导弹，导引头大都是由天线、机械位标器和发射机组成，雷达天线依靠机械位标器运动实现扇面扫描。 常规机扫雷达的技术成熟，重量轻，成本较低，机械扫描的工作角度范围大， 弹体轴线大偏角扫描的距离衰减率也较低。机械扫描的优点不少，但机扫天线 需要结构复杂的方向和滚转稳定装置，天线运动时还要克服惯性的影响。同时，雷达罩内必须留出够天线自由转动的半球形空间，致使雷达罩的尺寸和外形都受到限制，无法根据气动要求进行最优化处理。雷达天线机械扫描的覆盖范围大，天线阵面不透波的技术特点，也限制了不同导引方式的集成。现有采用复合制导技术的雷达制导战术导弹，大都将雷达作为主要导引措施，红外制导则大都安装在弹体侧面以避开雷达天线 （如“标准”Ⅱ和“雄风”Ⅱ），或采用缩小 天线/光学窗口尺寸的方式，将两种导引头集中安装在弹头的不同位置，结果就是要么限制辅助导引系统的工作视场，要么影响导引系统的可用窗口面积，最终都要限制复合制导技术的综合效果。 相控阵天线的技术特点 AESA 天线的优点是采用集中式收/ 发机模块，天线阵面可以集成大量功能单元体，功率密度比平板缝隙天线要高得多，并可依据电扫描方式实现较大的天线尺寸。如果用通俗的对比描述雷达的原理，可以用电筒作为例子。 常规的平板缝隙雷达类似于用灯泡的普通电筒，灯泡就等同于雷达的馈源。灯泡发出的光通过反射镜头（波导 管）反射，由点形成面后产生等镜头的光束前向照射，照射的光（雷达波）是集中的光/波束。普通的平板缝隙雷达天线是这样，无源相控阵则是采用背光板的方式，把集中的能源分配给排列成阵的无源反射体。有源相控阵雷达则类似平板背板上密集安装着LED 灯的电筒，每个灯都有独立的光源和反射体，密集排列的点光源共同组成等镜头的照射波束。通过类比描述的过程，现有的雷达系统，无论是平板缝隙还是相控阵，形成的雷达波束都是集中的，相控阵虽可利用不同的单元形成多个照射波束，但波束分解后单独波束的功率是降低的，探测距离显然无法和集中波束相比。相控阵天线阵组件的数量取决于波长和天线面积，单独T/R 模块的功率则由材料决定。现有相控阵天线T/R 组件大都采用传统的GaAs （砷化镓），该材料技术和生产工艺相对比较成熟，应用广泛，综合性能还有提高的潜力，近年来已找到更适合的新材料。弹载雷达的T/R 组件如果采用GaN （氮化镓）和SiC （碳化硅）替代目前的GaAs ，T/R 组件可输出的功率理论上能提高近10倍（甚至超过10倍），雷达的探测和稳定跟踪距离都将有很大的提高。 材料的改进可以获取很大的性能收益，但对空间和能源供应条件不好的弹载雷达，高性能材料往往还要受其它因素限制。同时，雷达性能的改善程度往 弹载有源相控阵雷达的应用 文/中秋 ◎日本AAM-4B 空空导弹，由于采用的主动相控阵雷达比较耗电，导弹需要增加燃料而导致体积重量加大 Ordnance Knowledge 54 往无法与材料单纯的性能平衡。按照正常的技术原理计算的结果，AESA 的功率与探测距离的变化并不等同。用现有AESA 天线技术作为依据，雷达天线辐射的总功率增加10倍后，集中波束的探测距离只能增加0.87倍。正是考虑到地球曲面和远距离角测量精度的影响，机载雷达的功率与搜索距离之间必须找到最佳平衡点。增大搜索距离对作战平台有价值，但付出的电源和冷却代价，却限制了相控阵雷达增加功率的实用条件，工作环境更恶劣的弹载雷达面对的困难显然要比机载雷达更大。相控阵主动雷达导引头的发展常规雷达需要进行方向和俯仰扫描，这就要给雷达天线提供机械扫描的驱动装置，盘形天线的两轴运动会形成一个半球形空间。如果将雷达用于高速运动的飞行器，就需要为天线提供一个低阻力的空腔透波结构。飞机的雷达天线罩和导弹的导引头舱，都采用了低阻力的尖顶或卵形回转体外形。雷达罩的截面积要明显大于包容的天线面积，前向收缩的曲面也要受天线旋转的球面限制。如果用飞机作为例子去对比，追求雷达全向扫描的战术飞机大都采用轴对称外形的雷达，专用的对地攻击飞机（如图-22M 和F-111）不需要雷达有大的上视扫描范围，雷达罩上方可采用接近平面的非对称外形。现有战术导弹雷达导引头大都采用单脉冲体制，现役先进空空导弹的雷达导引头基本都采用了平板缝隙天线，下一代或现役改进型则会选择AESA 天线。相控阵雷达用固定阵面就能实现高于±45度的扫描范围，这就有条件通过对固态天线阵面的设计，省下机械扫描装置和天线活动的空间，更好的利用导弹全弹径的截面积，使雷达天线形状尽可能与气动外形相适应。现有导弹雷达制导天线大都是轴对称的正圆形，这是为了适应弹体的结构和简化气动控制，也是为满足导弹大过载俯仰和滚转时雷达天线的稳定要求。如果实现固定阵面的全电扫，雷达天线将成为弹体结构的一部分，这就能依据导弹的特点和控制要求，采用扁圆甚至碟形截面的升力弹体，实现中、远距导弹小/无翼的高升力气动布局，为导弹选择低阻力和低信号特征的异形天线罩，最◎主动相控阵雷达T/R 组件数量，“阵风”的RBE-2雷达（左）约840个，“台风”的Captor-E 雷达（右）接近1500个，但雷达性能并非简单由此决定 ◎F-111（左）和图-22M （右）不需要雷达有大的上视扫描范围，雷达罩上方可采用接近平面的非对称外形 兵器知识2016年2期 55
论雷达技术的发展与应用及 未来展望 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
论雷达技术的发展与应用及未来展望 摘要:雷达是用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置的装置。雷达的发展与使用过程，正是电子技术在军事中应用的缩影，而雷达的未来，更与电子技术息息相关。本文介绍了雷达的发展与应用的历史，重点介绍了相控阵雷达与激光孔径雷达两类雷达的原理与特点，并指出雷达的弱点及未来发展方向关键词：雷达；发展；实战应用；种类；弱点；未来
雷达主要用于对远距离物体的方位、距离、高度做精确检测，可以说是现代军事电子技术的代表。随着不断的发展，雷达在战区的警戒、各种新式武器威力的发挥、协同作战的指挥中的地位愈发重要。 1雷达的发展与应用 雷达的基本工作原理是靠发射探测脉冲和接受被照射目标的回波发现目标。百年的时间里，随着新技术的发展和应用，雷达也在不断发展。 1.1雷达的发展史 下面是雷达出现前夜相关理论的一系列突破： 1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。 1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。 1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。 1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。 1897年汤普森（JJ Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。 这些与电磁波相关的科技是雷达的最基本理论。1904年克里斯蒂安?豪斯梅耶（Christian Hulsmeyer）宣称他的“电动镜”可以传输音频，并能够接受到运动物体的回应。可以说，就是这位德国人奠定了这项技术。然而，在一战期间，德国军官们所注意的是无线电通讯。 接下来雷达的出现就显得顺理成章了。1933年，鲁道夫?昆德（Rudolf Kunhold）提出毫米波长可能可以探测出水面船只及飞船的位置。两年后，威廉?龙格（Wilhelm Runge）已经能够根据飞机自身所发出的信号计算出50公里以外的飞机位置所在，即使是在夜晚或者有雾的时候。 第二次世界大战中的不列颠战役成为雷达正式登场的舞台。法国的迅速陷落，使希特勒有理由相信只需通过空袭便能征服英国。在这一大规模的空战中，纳粹德国空军拥有的飞机数量远远超过了英国皇家空军——2670架对1475架。而英国在雷达方面有优势。1936年1月英国W.瓦特在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。1938年，为保卫英格兰，用七部雷达组成"Chain Home"雷达网，雷达频率30兆赫。雷达网使德国轰炸机还没到达英吉利海峡即被发现，英国也因此取得了英伦空战的胜利。这场胜利也是第二次世界大战中较大的转折点之一。 之后四十年人们更加意识到雷达的重要作用，雷达也因此得到了不断发展，也分出了不同种类。本节余下部分将有选择地概括各个年代的重大进展。 1.1.1四十年代 四十年代初期(在二次大战期间)，由于英国发明了谐振腔式磁控管，从而在先驱的VHF雷达发展的同时，产生了微波雷达发展的可能性。它开拓了发展L波段(23q厘米波长)和S波段(10厘米波长)大型地面对空搜索雷达和X波段(3厘米波长)小型机载雷达的美好前景。1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。两年后美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，预警雷达。时至今日，雷达已成为各式飞机不可缺少的组成部分，是实施精确打击和自身防护的必要手段。 1.1.2五十年代
第三章 天线阵列设计 雷达波形和信号的时间宽度通常与雷达的距离分辨率和速度分辨率相关，而雷达分辨率除了包括距离分辨率和速度分辨率，还包括角度分辨率，角度分辨率，亦称为横向距离分辨率。距离和速度分辨率由雷达信号的模糊函数确定。由模糊函数理论可知，信号的距离测量精度和分辨率取决于信号的频率结构，为了提高距离分辨率，信号必须有大的持续带宽，距离分辨率与信号带宽的关系满足下式 B c R 2△= △R 为距离分辨率，c 为光速，B 为信号持续带宽。所以现代雷达几乎都要求大带宽甚至超宽带工作能力。 速度测量精度和速度分辨率同样由模糊函数可知，它取决于信号的时域结构，即速度分辨率越高，要求信号具有大的持续时宽，二者关系由下式确定 C T f c v 02△= v △为速度分辨率，0f 为载波频率，c T 为信号持续时宽。 高性能雷达中常常使用大时宽带宽积的雷达信号以获得多方面的优越性能，所以普通相控阵列雷达将受到限制。而光控相控阵雷达由于采用光真实延时技术能够在大的瞬时信号带宽下工作，故在现代相控阵雷达中，它将更加值得重视和深入研究。 而角度分辨率取决于天线波束的宽度，其表达式为 R L 0λδ= δ表示角度分辨率，0λ为载波波长，R 为斜距，L 为天线孔径。为了提高角度分辨率，可以采用更短的波长，以及使天线孔径更大，更为实用和先进的改进角分辨能力的方法是采用具有超分辨处理能力的阵列技术，故相控阵列雷达具备了这方面的优势。阵列天线有一个由大量相同辐射单元（例如裂缝或偶极子）组成的孔径，每个单元在相位和幅度上是独立控制的。能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。 由此处给出并将在以后还要详细讨论的一些简单公式，很容易得到一般平面阵的特性。按间距λ/2排列单元（λ为波长）以避免产生被称为栅瓣的多个波束。对笔形波束而言，辐射单元个数N 与波束宽度的关系为 2 )(000 10B N θ≈ 或 N B 100 =θ 式中，θB 是以度为单位的3 dB 波束宽度。当波束指向孔径法线方向时，相应的天线增益为 a L N N G ηηηπ≈π≈0 式中，η计入由天线损耗ηL 和由于单元不等加权带来的幅度分布不均匀而产生的增益下降ηa 。当扫描到角度θ0时，平面阵列增益减少到与投影孔径相对应的值： 00cos )(θηθN G π≈
有源相控阵雷达的发展 机载有源相控阵雷达的发展水平以美国最为先进。在20世纪60年代末即研制出有604个单元的X波段有源阵列天线。在1988年到1991年完成了配装F22战斗机的AN/APG-77雷达的飞行试验，该雷达有2000个T/R组件，对雷达反射面积为1平方米的目标，探测距离设计要求为120—220KM。综合了探测、敌我识别、电子侦察和电子干扰等多种功能于一体，具有低截获概率（也就是说不易被对方雷达告警器发现）。可以说美国在机载有源相控阵火控雷达技术上已经比较成熟。除了APG-77雷达以外，美国还在原有的PD雷达上进行改进，换装相控阵天线，例如计划给F18E战斗机换装APG79雷达和给F15换装的APG63（V）3雷达等除此之外，英、法、德三国联合研制机载固态多功能有源相控阵雷达，2001年已经完成具有1200个T/R组件的全尺寸样机的试验工作，但是离实用化还有一定的距离。 前苏联在八十年代初即研制出无源相控阵雷达，装备于米格31战斗机上，搜索距离200千米，对战斗机的跟踪距离达到90千米以上，可以同时跟踪10个目标并攻击其中的4个，这在当时已经是比较先进的了。目前俄罗斯正在努力发展有源相控阵雷达，但离实用化也有很大的距离。 目前世界上另一种装机实用化的有源相控阵雷达为日本F-2战斗机所采用的火控雷达，这反映了日本在电子工业上的技术实力。该雷达包含800个T/R 组件，公开的探测距离为80KM（中等战斗机目标）。如果这个数据属实的话，则说明日本虽然在半导体生产技术上比较先进，但是在雷达系统设计上的能力仍嫌不足。 我国从六十年代开始即开展相控阵技术的研究，并于七十年代研制成功7010大型远程相控阵雷达，曾出色的完成了观测美国天空试验室和苏联核动力卫星殒落任务，引起世界重视(相关资料可查阅中国科学技术协会网站文章)。在九十年代又研制出YLC-2全固态相控阵远程警戒雷达(第二届中国国际国防电子展览会上展出)。这些成果都反映了我国在相控阵雷达研制上的进步。不过，相对于一些陆基和舰载的大型雷达来说，机载相控阵雷达的技术难度要大得多，主要难度又集中在小体积T/R组件的研制上。据介绍，607所和电子部14所在机载相控阵雷达的研制上处于国内领先地位，目前，相控阵雷达的数据处理部分已经比较成熟，但是在T/R组件的生产，尤其是成本控制上仍然有相当大的差距。据顾诵芬院士在前不久的介绍，国内目前单个T/R组件的生产成本要达到数万人民币，这样，光雷达天线的造价就已经是天价了，而美国目前已经将T/R组件的生产成本控制在四五百美元以下，因此我们的差距还是相当大的。对比美国的发展历程，我们要研制出AN/APG-77级别的雷达，可能要到2010年以后。相对来说，无源相控阵雷达的技术难度要小得多，因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前，完全有可能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一种低端产品，仍然具有很大的使用价值。 我国在航空电子产品上起步晚，发展慢，一度和西方先进国家的差距拉得
计算机与现代化 2014年第2期 JISUANJI YU XIANDAIHUA 总第222期 文章编号：1006- 2475（2014）02-0209-04收稿日期：2013-09-29作者简介：王桃桃（1989-），女，江苏沭阳人， 南京航空航天大学自动化学院硕士研究生，研究方向：雷达系统仿真；万晓冬（1960-），女，江苏南京人， 副研究员，硕士生导师，研究方向：分布式仿真技术，实时分布式数据库技术，嵌入式软件测试技术；何杰（1988- ），男，安徽铜陵人，硕士研究生，研究方向：机载红外弱小目标检测，三维视景仿真。相控阵雷达系统的仿真 王桃桃，万晓冬，何 杰 (南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016) 摘要：雷达的数字仿真及雷达仿真库的建立已经成为近年来雷达领域研究的热点。本文主要进行相控阵雷达系统的仿真研究。首先根据相控阵雷达的组成和原理，建立相控阵雷达的仿真模型与数学模型。然后选择Simulink 作为仿真平台，对相控阵雷达系统进行仿真与研究。仿真的模块主要有天线模块、信号环境模块、信号处理模块以及GUI 人机交互界面模块。最终在Simulink 库中生成自己的雷达子库，形成相控阵雷达系统，为后续相控阵雷达的研究奠定基础。关键词：雷达;相控阵;信号处理中图分类号：TP391．9 文献标识码：A doi :10．3969/j．issn．1006-2475．2014．02．047 Simulation of Phased Array Ｒadar Systems WANG Tao-tao ，WAN Xiao-dong ，HE Jie （College of Automation Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ）Abstract ：The digital simulation of radar and the establishment of radar simulation libraries has become research hot spot in radar field in recent years．This paper mainly focuses on phased array radar system simulation．According to the composition and prin-ciple of phased array radar ，it establishes the simulation model and mathematical model of phased array radar．Then ，the paper does simulation and research on phased array radar system by choosing Simulink as the simulation platform．The simulation mod-ule mainly includes the antenna module ，the signal environment module ，the signal processing module and GUI man-machine in-terface module．Eventually it generates radar sub-libraries and forms phased array radar system ，which lay the foundation for fol-low-up phased array radar study． Key words ：radar ；phased array ；signal processing 0引言 计算机仿真技术应用于雷达源于20世纪70年代，国内雷达仿真起步较晚，仿真主要是基于SPW 、Matlab 、Simulink 、ADS 、HLA 等平台，其中Simulink 是一种在国内外得到广泛应用的计算机仿真工具，它支持线性系统和非线性系统，连续和离散事件系统，或者是两者的混合系统以及多采样率系统。ADS （Ad-vanced Design System ）软件可以实现高频与低频、时域与频域、噪声、射频电路、数字信号处理电路的仿真等。SPW （Signal Processing Workspace ）是用于信号处理系统设计的强有力的软件包，在雷达领域有着广泛的应用。HLA （High Level Architecture ）提供了基于分布交互环境下仿真系统创建的通用技术支撑框架， 可用来快速地建造一个分布仿真系统。比较4种仿 真平台，SPW 比较昂贵，只能在Unix 操作系统下使用，HLA 通信协议复杂，不同版本的ＲTI 可能有无法通信的问题。Simulink 应用于雷达仿真比ADS 广泛并易于推广，所以本文采用Simulink 作为仿真平台。 为了进行后期雷达与红外的数据融合，首先需要建立雷达模块以产生雷达数据源，本文根据相控阵雷达的工作原理，采用数字仿真的方法，仿真雷达模块。首先提出相控阵雷达的仿真结构图以及给出各个模块的数学模型，然后根据数学模型，利用Simulink 仿真平台，仿真实现雷达的各组成模块，从而构建一个完整的雷达系统。同时，也可以通过使用S 函数将各个模块封装，然后建成自己的雷达仿真库，从而可以形成不同类型的雷达系统，便于更好地进行雷达系统
中图分类号:TN958.92 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2010)04-0010-02 收稿日期:2010-02-24;修回日期:2010-04-02 作者简介:张成伟(1971 ),男,高级工程师;李登(1978 ),男,工程师;孙时珍(1965 ),高级工程师。 机载有源相控阵雷达特征分析 张成伟1,李 登1,孙时珍2 (1.电子信息控制重点实验室,成都610036;2.海装航技部,北京100071) 摘要:以美军F/A-22飞机的AN/APG-77机载有源相控阵雷达为代表,对机载有源相控阵雷达的典型特征等进行了简要介绍,阐述了有源相控阵雷达信号特征带来的挑战和影响。关键词:机载有源相控阵雷达;波形特征;发射功率;灵敏度;侦收;干扰 The Challenge from Airborne AESA Z HANG Cheng -wei 1,LI Deng 1,S UN Sh-i zhen 2 (1.Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chen gdu 610036,China; 2.Aviation Technology Guaran tee Department of Navy Equipmen t,Beijing 100071,China) Abstract:Taking AN/APG-77airborne phase -array radar on F/A-22aircraft as typical example, a brief introduction on typical characteristics of airborne active phase -array radar is introduced,both challenges and influence brought by the signal characteristics of active phase -array radar on detection and jamming are elaborated. Key words:airborne active phase array radar;waveform characteristics;transmitting power;sensitiv -ity;detection;jammin g 1 引言 美国空军2005年12月15日宣布F/A -22 猛禽 战斗机正式服役,标志着世界上最先进的第四代空中优势战斗机进入美国空军战斗序列[1,2] 。继F/A-22以后,F-35 闪电 II 战斗机是美国联合英国、意大利、澳大利亚、土耳其、挪威、荷兰、丹麦和加拿大等八个国家正在研制的一种低成本多功能第四代战斗机,预计2012年和2013年形成初始作战能力,将成为未来数十年中装备国家和装备数量最大、使用最广泛的第四代战斗机。以F/A-22、F-35为代表的第四代战斗机具有低可探测性、高度综合化的航电系统、高杀伤性、高生存力等特征,可在恶劣环境条件下昼、夜执行精确对地攻击、制空和防空作战任务,这种以信息技术为特征的第四代战斗机将逐渐成为空中力量的主宰。 实现第四代战斗机强大功能的是以机载有源相控阵雷达(AESA)为核心的综合航空电子系统,其中,F/A-22战斗机的AN/APG-77和F-35战斗机的AN/APG-81多功能雷达不但具有强大的雷达功能,还具有电子战和通信功能,是第四代机战斗机优异性能的集中体现。机载有源相控阵雷达已经成为下一代机载火控雷达发展的必然趋势,是第四代战斗机的主要标志。 近年来,经过航电系统升级的第三代主力战斗机F/A-18E/F 装备了AN/APG-79有源相控阵雷达,F-15C 装备了AN/APG-63(V)2有源相控阵雷达,法国的 阵风 战斗机也装备了RB E2有源相控阵雷达,欧洲 台风 战斗机、瑞典JAS-39 鹰狮 战斗机等欧洲三代半战斗机以及俄罗斯的苏-35战斗机也将装备有源相控阵雷达。进入21世纪,F/A-22、F-35以及经过航电升级的 10 张成伟,李 登,孙时珍机载有源相控阵雷达特征分析 电子信息对抗技术 第25卷 2010年7月第4期
相控阵雷达之弊端 舰载多功能相控阵雷达是舰载雷达的一个主要发展方向，具有探测目标精度高、抗干扰能力强、可靠性高、隐身性能好等诸多优点。相控阵雷达采用电子稳定平台，通过自适应调度雷达时间和能量资源，改变天线表面阵列所发出波束的合成方式来改变波束扫描方向，可同时完成搜索警戒、精确跟踪、目标敌我识别、导弹制导、目标引导等多种功能。相控阵雷达使用电子扫描方式，通过改变频率或者是改变相位的方式，将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描扫描速率高、改变波束方向的速率快、对于目标测量精确度高于机械扫描雷达。目前，中、美、日、俄、法、意、德、英等国家都装备或正在研制相控阵雷达，其中较为著名的有中国装备于052C导弹驱逐舰和“辽宁”号航空母舰上的346相控阵雷达和装备于052D型导弹驱逐舰上的346A型相控阵雷达；美国装备于阿利?伯克级驱逐舰上的SPY-1系列相控阵雷达；日本海军装备在“日向”级“护卫舰”上的FCS-3型相控阵雷达等。多功能相控阵雷达虽然有着诸多的优点，但其与任何武器装备一样，有其利也有其弊。从造价上来说，相控阵雷达的造价普遍偏高，往往是普通雷达的数十倍乃至数百倍，这使得多功能相控阵雷达一般只能装备在一些高端主战舰艇上；从适装舰艇方面来说，由于多功能相控
阵雷达的重量一般较重而体积较大，故此，只能装备于大型舰艇上。从能耗上来说，多功能相控阵雷达的功率较大，长时间开机对舰艇上宝贵的能源资源耗费厉害。在性能上，多功能相控阵雷达也有一些不足之处，如对杂波特别是海杂波抑制能力不足、探测隐身目标能力不足、在对抗自卫式噪声干扰能力不足、探测低空及掠海目标能力不足、在强杂波背景时性能下降等。舰载多功能相控阵雷达既有预警雷达的远程警戒能力，又具有火控雷达的高精度。其警戒预警距离超过300千米，全空域搜索数据率在10至20秒。为满足舰载武器系统制导及火控的精度要求，雷达跟踪测量精度不能超过10分，而一般舰载警戒雷达的跟踪测量精度往往在几度以内。综合多方面性能上的考虑及目前的科技水平和经济性，舰载相控阵雷达雷达一般都以S频段作为工作频段。S频段与C频段和X频段相比较而言，波束宽，可用带宽窄，对海杂波的抑制能力不强。为了进行三坐标测量，该类型雷达都采用针状波束，为了提高可靠性，一般都采用工作在饱和放大模式的固态发射机。由于发射机输出功率不可调，故不能象普通对海雷达那样对发射波束进行赋形，导致在低空或掠海工作模式时海杂波更加强烈。在近岸工作时，如果蒸发波导等异常传播效应明显，会有大量远距陆地、岛屿等杂波出现，距离上的多重折叠会进一步增加杂波抑制的难度。而为了保证多任务和多目标能力，此时一般不采用MTD或
雷达发展史 雷达的基本概念形成于20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。 1922年，意大利G.马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。 第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管,把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达,使盟军在空中作战和空-海作战方面获得 优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584,使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。 40年代后期出现了动目标显示技术，这有利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，于是研制了功率、、前向波管等器件。50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。60～70年代，电子计算机、、和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。 在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。 在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地－空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的大型雷达还用于观测中国和其他国家发射的人造卫星。 在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。① 尽管雷达在二战时发展迅速，但追根溯源，此前的科学家运用他们的智慧为此创造了必要的条件。让我们来看下面的简史： 1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。 1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。 1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。
浅析歼15舰载机火控系统配有源相控阵雷达 近日，网上出现了国产舰载机部队的报道，从相关报道来看歼-15已经设计定型，批量生产装备部队，从而结束中国海军和航空工业无舰载机的历史。 根据中国航空技术发展报告《2012-2013》，歼-15舰载战斗机配备了电子扫描雷达，显现它是第一批配备相控阵火控雷达的国产战斗机。 不过从立项的时间来看(歼-15在2009年试飞，立项应该在21世纪初)，所以它配备应该是无源相控阵雷达。 目前作战飞机配备的机械扫描火控雷达，受到机械控制精度及惯性的限制，因此在快速扫描的时候，雷达探测精度较差，所以难以对付多个方向、多批次目标。 因此虽然现在机械扫描的雷达性能介绍也有可以跟踪数十批目标，同时攻击数目标的说法，但是它的角度范围非常小，所以通常认为机械扫描雷达多目标能力象征意义大于实际。 中国海军歼15飞鲨舰载机陆上集结，至少出现7架。中国海军歼15飞鲨舰载机陆上集结，至少出现7架。 为了提高作战飞机的多目标攻击能力，就需要电子扫描雷达，电子扫描的优点就是波束指向迅捷，精度高，二维电子扫描雷达还可以在探测到目标之后，迅速调头确认，而不象机械扫描雷达那样必须等下一个扫描周期。 从而在大大提高了雷达对于目标的目标能力和速度，电子扫描雷达分为有源相控阵和无源相控阵两种，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，因此损耗小，可靠性好，但是系统比较复杂，成本高，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，技术比较简单，成本和费用较低，不过可靠性较低，另外在频宽、信号处理等方面低于有源相控阵雷达，所以现在有源相控阵雷达是趋势，而无源相控阵雷达被视为前者的过渡。 国产机载无源相控阵雷达的发展始于上世纪60年代，甚至比脉冲多普勒雷达还要早，当时为了给水轰-5配套，国内有关部门研制了采用一维无源相控阵天线的698侧视对海搜索雷达。 70年代末研制出样机，虽然这个雷达没有设计定型，但是却为国产机载无源相控阵雷达的发展积累了经验，打下了基础。 进入80年代，着眼于新型歼击机的配套，国产机载火控雷达的攻关重点放在了机械扫描脉冲多普勒雷达的研制上面，相控阵雷达作为技术发展方向，也进行了技术预研，开展了无源相控阵雷达样机的研究。 从相关图片来看，国产无源相控阵雷达样机采用的空馈方式，主要是回避加工难度高的高频微波器件，从而降低雷达的造价、重量和成本，不过它的缺点就是馈源及其支撑对于天
机载有源相控阵火控雷达-AESA是机载雷达的发展方向，图为美国 AN/APG-79雷达，注意其天线呈仰角安装 近日，有新闻报道中航雷电院张昆辉同志的先进事迹，其中提到张院长从“2001年开始着手相控阵雷达的研发，2008年完成飞机验证试飞，雷电院向部队机关和集团公司做了汇报，在军方引起了强烈反响，并受到军方各级领导的高度关注。空军景文春副司令专程到无锡了解情况、听完汇报后说：“当初×代机立项时，我有两点担忧，一是发动机问题，二是相控阵雷达问题。今天看来，雷达问题已经解决了，我们已经有了自己的相控阵雷达”。空军首长和空装首长的关注，给了雷电院极大鼓舞和鞭策。该项目在完成它机验证试飞后，原国防科工委在北京组织召开了成果鉴定会，与会专家在认真了解试飞情况后给与了高度评价：“相控阵雷达研制，开创了国内机载火控雷达的新纪元，填补了国内X波段相控阵火控雷达的空白，为我国×代机的研制打下了坚实基础，标志着我国第×代战斗机提升战斗力的时机已经到来”。此项目还荣获该年度国家国防科技成果一等奖。“字里行间，透露出国家和空军对该型雷达的重视，从空军首长的话和国防科工委专家组的话分析；该雷达应试是X波段有源相控阵雷达，既可以用于正在研制的我国第四代战斗机配套，也可以用于现役的第三代战机的升级。其意义非凡，是建国60周年收获的又一大喜讯。
AESA除了用于新机、新雷达外，还可用于现役飞机和雷达的升级，图为美国的AN/APG-63V2，其用AESA替代了原来的机械扫描天线(下图) 我们知道二战一个重要的发明就是雷达的运用，1935年为了对付德国的潜艇，英国开始研制机载雷达-空海搜索雷达，1937年该机进行首次试验，1939年装备部队，1940年英国人发明了磁控管，为研制微波机载雷达打下了技术基础，由于当时英国经济技术实力已经衰落，因此将这个技术转让给了美国，美国麻省理工学院福射试验室很快在其基础上研制了厘米波机载雷达SCR-520，并
第一章 相控阵雷达系发射信号的设计与分析 1.1 雷达工作原理 雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1：简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号 ()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()R s t C - 。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t C σ?-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R 后，被雷 达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ?-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一
个LTI （线性时不变）系统。 图1.2：雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1 ()()M i i i h t t σδτ==-∑ (1.1) M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间， 2i i R c τ= (1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。 雷达发射信号()s t 经过该LTI 系统，得输出信号(即雷达的回波信号)()r s t ： 1 1 ()()*()()*()()M M r i i i i i i s t s t h t s t t s t σδτστ====-=-∑∑ (1.3) 那么，怎样从雷达回波信号()r s t 提取出表征目标特性的i τ(表征相对距离)和 i σ(表征目标反射特性)呢？常用的方法是让()r s t 通过雷达发射信号()s t 的匹配 滤波器，如图1.3。 图1.3：雷达回波信号处理 ()s t 的匹配滤波器()r h t 为： *()()r h t s t =- (1.4) 于是， *()()*()()*()*()o r r s t s t h t s t s t h t ==- （1.5） 对上式进行傅立叶变换：
仿真技术 机载相控阵雷达模拟器设计与实现* 梁 红1,高 遐2 (1.南京电子技术研究所, 南京210013; 2.空军装备部, 北京100843) 摘要 机载相控阵雷达模拟器可实现操作员在地面训练空中科目。该文介绍了机载相控阵雷达模拟器的运行计算机网络结构、功能(模拟功能、可控功能、用户界面功能),重点介绍了雷达探测功能仿真软件的模块组成和逻辑流程,着重分析了基于高层体系结构的架构、雷达横截面积和干扰对作用距离的影响等关键技术,最后指出了机载相控阵雷达模拟器今后的研究方向。 关键词 机载相控阵雷达;模拟器;设计;实现 中图分类号:TN958、TN955 文献标识码:A D esi gn and Imp l e m entation for Sim ul ator of A irborne Phased Array R adar LI A NG H ong1,GAO X ia2 (1.Nan ji n g Research I nstitute o fE lectron ics Technology, N anjing210013,Ch i n a) (2.The Equ i p m ent Depart m en,t PLAAF, Be iji n g100843,Ch i n a) Ab stract The s i m u l a t o r o f a irbo rne phased a rray radar can be used t o tra i n the radar operator on ground.Th i s pape r i n troduces the net wo rk arch itecture of the compu ter t hat the s i m u l a t o r run in the f uncti ons(S i m u l a ti on、Contro l、U I)of si m ulato r of a i r borne phased a rray radar,and also i ntroduces the consisti ng of t he m odule and log ica l flo w cha rt o f the s i m u l ation so ft w are o f radar detecti ng,focuses on t he key technology o fHLA(H i gh L evel A rch itecture)a rchitec t ure,the i m pact of RCS(R adar Corss Section) and i n terference on range,a l so i nd i cates the direc ti on o f the research o f the airborne phased array radar si m u lator. K ey w ords airborne phased array radar;si m ulato r;design;i m p l em enta tion 0 引 言 利用模拟器替代实装开展训练,可以实现地面训练空中科目,节省费用、安全可靠,其效果与空中训练相近,在特殊情况处置和高强度训练方面甚至超过实装训练。任务训练模拟器就是任务电子系统在地面的仿真模拟训练系统,用于对任务电子系统的操作人员在地面进行技术、战术训练等,以及对任务电子系统记录的数据进行重放、分析和辅助评估。机载相控阵雷达模拟器是任务训练模拟器中的一部分,该模拟器实时模拟机载相控阵雷达在各种工作方式下对空中、海面各类目标的探测功能,实现操作员在地面训练空中科目。 本文介绍了机载相控阵雷达模拟器的功能、设计和关键技术。 1 机载相控阵雷达模拟器的设计 机载相控阵雷达模拟器运行的计算机网络如图1所示。 它由以下各部分组成: (1)RADARS:雷达探测级模拟器; (2)MCS:任务计算机; (3)OW S:操作员工作站; (4)I FF/SSR:敌我识别/二次雷达设备模拟器; (5)I N S:惯性导航设备模拟器; (6)ES M:电子对抗设备模拟器; (7)COM:通信设备模拟器; (8)TCD:训练管理台, 其上运行训练管理软件。 图1 雷达模拟器运行计算机网络结构 105 第30卷 第8期 2008年8月 现代雷达 M ode rn R adar V o.l30 N o.8 A ugust2008 *收稿日期:2008 04 12 修订日期:2008 07 28
雷达的基本概念形成于20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。 1922年，意大利G.马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。 第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管,把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达,使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584,使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。 40年代后期出现了动目标显示技术，这有利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，于是研制了功率、、前向波管等器件。50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。60～70年代，电子计算机、、和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。 在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。 在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地－空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的大型雷达还用于观测中国和其他国家发射的人造卫星。 在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。① 尽管雷达在二战时发展迅速，但追根溯源，此前的科学家运用他们的智慧为此创造了必要的条件。让我们来看下面的简史： 1842年多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。 1864年马克斯威尔（James Clerk Maxwell）推导出可计算电磁波特性的公式。 1886年赫兹（Heinerich Hertz）展开研究无线电波的一系列实验。1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。 图1赫兹图 2 无线电的产生1897年汤普森（JJ Thompson）展开对真空管内阴极射线的研究。 1904年侯斯美尔（Christian Hülsmeyer）发明电动镜（telemobiloscope），是利用无线电波回声探测的装置，可防止海上船舶相撞。 1906年德弗瑞斯特（De Forest Lee）发明真空三极管，是世界上第一种可放大信号的主动