机载有源相控阵预警雷达及应用

有源相控阵雷达系统在预警机上的应用作者：韩宇鹏来源：《数字化用户》2013年第29期【摘要】本文介绍了有源相控阵雷达的发展状况、组成及工作原理，对有源相控阵雷达在预警机上的应用进行了分析与研究，最后对有源相控阵雷达在预警机上的应用前景和研究趋势进行了展望。

【关键词】有源相控阵雷达预警机 MMIC一、引言预警机是将雷达装在飞机，利用飞机飞行高度克服地球曲率对观测视距的限制，扩大对低空和超低空探测的距离，为防空系统和作战飞机提供充足的预警时间。

预警机具有全空域、远距离、高机动，强生存力，灵活布防等特点。

未来的主要作战对象将是隐身性能和飞行性能俱佳的第四代战机，及低空高速飞行的低RCS巡航导弹，而实际电子战环境中还存在着多种形式的干扰等，对下一代机载预警雷达技术的发展提出了更高的要求。

二、有源相控阵雷达概述原理及关键技术。

相控阵雷达天线由许多辐射器排列构成的，通过移相器来控制阵列天线中各个辐射器的相位，获得所需的方向图和波束指向。

有源相控阵雷达的天线是在每一个辐射器的输入端都安置一部（T/R）模块，每一个模块都能产生和接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗余度设计上比其它类型的雷达天线具有优势。

当有源相控阵雷达工作时，计算机通过控制移相器的相移量来改变每个T/R模块向空中发射电磁波的相位，完成对空搜索任务。

当搜索远距离目标时， T/R模块通过计算机控制集中向一个方向发射电磁波，使天线辐射的总功率大大提高，每个移相器可根据担负的任务向某个方向偏转，有的搜索、有的跟踪、有的接收，发现和识别目标。

关键技术包括微波/毫米波单片集成电路（MMIC）技术、光电子技术和T/R模块技术等[1]。

（一）MMIC技术。

MMIC技术将晶体管、二极管、电阻、电容、电感集成到一个芯片上，制成功率放大器、低噪声放大器、移相器和开关等，使得T/R模块的体积、重量和成本大大降低，可靠性很大提高。

美国雷声公司制造由6个芯片组成的峰值功率为10W的E/F波段砷化镓T/R模块和用3个芯片构成的峰值功率为1W的D波段T/R模块。

相控阵技术在机载火控雷达中的应用【摘要】在现代战争中，先进的战斗机对掌握制空权起非常重要的作用。

近些年来，随着对战斗机远程打击能力的要求不断提高，机载火控雷达作为战斗机的“千里眼”，其性能也越来越受到重视。

为了适应这种需求，人们将相控阵技术与机载火控雷达相结合，实现了战斗机探测距离的巨大飞跃。

本文在简要介绍相控阵技术的基础上，主要对其在机载火控雷达中的应用进行了分析。

【关键词】相控阵技术；机载雷达；火控雷达；应用1.前言近些年来，随着各国航空力量的不断发展，越来越多的先进战机被研发出来。

为了争夺制空权，人们对战斗机的作战性能，特别是远程探测和远程打击能力的要求不断提高。

在发现敌对目标时，为了实现战斗机攻击导弹发射后不管的能力，机载火控雷达的性能需要较大幅度的改善。

为此，人们将相控阵技术与机载火控雷达相结合，实现了对多目标进行远程捕获和攻击的能力。

由于相控阵技术具有抗干扰能力强，探测距离远、精度高及多目标跟踪能力好等诸多优势，因此将其与机载火控雷达结合，战机性能将得到显著提升。

本文在简要介绍相控阵技术的基础上，主要对其在机载火控雷达中的应用进行了分析。

2.相控阵技术简介相控阵技术出现的时间较早，早在20世纪30年代后期就已经出现。

但它的大规模发展应用还是在70年代以后。

作为一种新型的电扫描阵列多功能技术，与传统的机械扫描天线系统相比具有许多优势。

例如它具有很强的抗干扰能力，探测距离远，同时能够快速跟踪远程多目标，可靠性高、战场生存能力强等。

所谓相控阵，就是将许多辐射单元按照一定的方式布列在面阵上，通过各辐射单元自发辐射电磁波，形成一个电磁波发生面。

其中，每个辐射单元发射的电磁波的频率和相位都可以通过电子计算机控制移相器来进行改变。

因此，相控阵雷达可以实现相扫和频扫等不同的工作模式。

此外，根据发射/接收单元数量的多少，还可以将相控阵雷达分为无源和有源两种。

无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，每个辐射单元只负责发射电磁波而不参与反射电磁波的接收。

有源相控阵雷达在预警机上的应用及发展趋势3072007035 余鹏作为预警机的主要探测手段，预警机载雷达在单脉冲、数字式信号和数据处理、脉冲压缩、合成孔径以及脉冲多普勒等技术上已经取得较大的发展，然而随着未来战场环境的日益复杂化对抗和反对抗、干扰和反干扰技术的不断升级，预警机雷达面临的挑战也日渐严峻。

只有在技术上不断发展才能够适应未来战争需求。

有源相控阵技术建立在天线阵列技术、信号和数据处理技术以及微电子技术等多学科综合成果的基础上，是近年来正在发展的雷达新技术，将对预警机载雷达的发展带来深刻又广泛的影响。

1 有源相控阵雷达有源相控阵雷达采用分布式发射机，即天线是由许多辐射单元排成阵列形式构成的，且在天线阵面上的每个或数个辐射单元后面均接有固态收发组件。

由于天线阵面上存在着数千个直接向空间辐射能量的功率源器件，所以称为有源相控阵雷达。

1. 1 有源相控阵雷达的特点有源相控阵是按一定规律控制各个辐射单元的相位差，利用电磁波的干涉现象控制波束的方向。

由于相控阵雷达波束的方向是通过对每个辐射单元上信号的相对相位的改变进行电子控制而实现的，因而天线不用机械转动，只通过改变天线各辐射单元的相位差，就能实现波束在空间的扫描。

相对于一般机械扫描雷达和无源相控阵雷达，有源相控阵雷达具有以下特点：(1)能对付多目标。

相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割或多波束原理，可实现边搜索边跟踪工作方式。

通过电信号控制波束，可以实现瞬间捷变，在探测的同时进行目标识别、电子侦察甚至电子干扰等，适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。

(2)系统功率效率高。

机械扫描的雷达，发射机产生的射频功率由馈线网络送到天线阵面辐射出去，这个过程中的损耗较大，而有源相控阵雷达直接由天线阵元发射和接收射频信号，经过的路程短，功率损耗低，可以增大雷达的发射功率。

(3)功能多，机动性强。

有源相控阵雷达能够同时形成多个独立控制的波束，分别用以执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能。

2009年8月莫斯科航展上，在没有大型武器出现的情况下，俄罗斯展示的大量新型电子设备成为了展会的一大亮点。

尤其是提赫米洛夫仪器制造研究所(NIIP)展示的新型X波段有源相控阵雷达，这款未来将用于俄五代机及苏-27/30/35系列战斗机改进的雷达成了媒体的聚焦点。

作为俄罗斯机载雷达研制领域领头羊的仪器制造研究所，其展示的并不只有这款有源相控阵雷达，同时展出的还有一款新型L波段有源相控阵雷达，在公司分发的一些宣传资料上也都涉及到了这款雷达。

其实，这款雷达早在2007年莫斯科航展上就已经展出过，可能是因为仪器制造研究所很少透露其相关信息，此前虽然在仪器制造研究所的一些技术刊物中已数次报道了该雷达研制进展，但是一直未引起外界的注意。

尽管在2009年莫斯科航展开幕之前，仪器制造研究所在介绍新型X波段有源相控阵雷达将亮相时也提到了这款雷达，仍未引起媒体的太多关注。

鉴于这款L波段有源相控阵雷达的独特设计及技术潜力，可以肯定未来它必将有不错的发展。

本文将结合一些公开的资料，为大家介绍一下这款雷达并对其性能及用途进行猜测。

从展出的雷达样机以及分发的宣传资料，我们能对这款新型L波段有源相控阵雷达（以下简称新型L波段雷达，现在有一些媒体将其称为AFAR-L，AFAR即俄语中的AESA，L指L波段）有一个初步了解：新型L波段雷达的出现与新型X波段有源相控阵雷达有点类似，也是面向苏-27/30/35系列战斗机的改进及装备的新一代战机。

其最大特点是将整个雷达系统安装在战斗机的前缘襟翼内，或者说整个雷达系统本身也就是为战斗机前缘襟翼设计的。

该雷达的天线发射单元呈块状，每块包含4个单元。

从展出的样机可以看出每个襟翼内共有3个这样的块状单元呈线状排列，也就说襟翼内包含了12个子发射单元。

而有源相控阵雷达最重要的3个T/R模块则分别控制这样的3个块状天线发射单元，整个系统十分紧凑。

什么是L波段对于这款雷达，很多人首先可能就会想到它为什么采用L波段？这个问题可以用L波段本身的特性来回答。

机载预警雷达概论机载预警雷达概论一、预警机在现代信息化战争中的地位和作用1. 预警机是一种装有远距离搜索雷达、数据处理、敌我识别以及通信导航、指挥控制、电子对抗等完善的电子设备，集预警、指挥、控制、通信和情报于一体，用于搜索、监视与跟踪空中和海上目标，并指挥、引导己方飞机执行作战任务的作战支援飞机[1]。

2. 预警机于第二次世界大战结束时问世，曾被用于越南战争，但直到上世纪八十年代初中东战争中的“贝卡谷地”之战，预警机创造了一边倒的军事奇迹，才受到世界军事强国的密切关注。

1982年6月6日，以色列90架战斗机在E-2C预警机的指挥下，向黎巴嫩贝卡谷地发起进攻。

E-2C预警机先敌发现前来支援的近百架叙利亚战斗机，适时干扰、遮断它们与地面指挥部的联系，以损失1架战斗机的代价，一举击落、击伤叙利亚战斗机79架和7架。

3. 预警机已成为军队信息化的重要标志，是现代战争整个作战体系的神经中枢。

1991年海湾战争期间，美国动用了27架E-2C和11架E-3预警机参战。

E-2C预警机出动1183架次，飞行4700小时，用于预警和通信中继。

E-3预警机共出动448架次，飞行5546小时，指挥控制各型飞机9万架次的飞行。

由于空战中有预警机指挥控制，以美国为首的多国部队未损失1架参战飞机，伊拉克飞机则被击落40余架[1]。

二、世界现役主要预警机及其机载雷达介绍4. 美国E-2C ，中高空目标探测距离480km，低空目标探测距离270km，可在复杂背景中同时跟踪300个目标，引导己方数十架飞机实施拦截。

︒“鹰眼”预警机。

它是目前世界上最先进的舰载预警机，1968年开始研制，1973年交付使用，主要任务是掌握空情，对进犯的战斗机和导弹进行预警，配合航空母舰或地面指挥所完成对己方战斗机的作战指挥。

E-2C预警机先后使用了AN/APS-138、139和145三种型号的监视雷达，工作在超高频（UHF）波段，具有对空、对海、对地三种工作方式，方位覆盖3605. 美国E-3 ，小型低空目标探测距离300km，大型高空目标探测距离600km，可在复杂背景中同时跟踪600个目标，引导己方上百架飞机实施拦截，并具有良好的对抗各种人为干扰的能力。

相控阵雷达功能特点及其应用分析摘要：相控阵具备迅速扫瞄与灵活波束的能力，支持同时进行多目标搜索、追踪与其他多种任务。

相控阵雷达的出现，在非常大程度之上克服了一般雷达的问题。

相控阵雷达的优势是极大的，但是它也是基于极大的资本投入。

必需融合改良技术，减少输入与输出，展现相控阵雷达的极大优势。

本文对于其特点与应用作了详细的论述。

关键词：相控阵雷达；功能特点；应用分析1 相控阵雷达原理相控阵雷达天线阵由若干辐射单元与接收单元（称作阵元）构成。

单位的数量取决雷达的性能，自几千到几万不等。

这些细胞有规律地排序于一个平面之上，产生一个阵列天线。

通过电磁波相干原理，通过计算机掌控输入到各紫外线单元的电流的相位，可变化波束的扫描方向，故称为电扫描。

天线单元将接收到的回波信号传送到主机，完成雷达对于目标的搜索、追踪与测量。

除天线紫外线元件之外，每个天线单元也具备比如移相器之类的装置。

不一样的振子可通过移相器获得不一样的相电流，进而在空间之中紫外线出不一样方向的光束。

天线的单元数愈多，频带于空间之中产生的波束便愈多。

该雷达以此相控阵天线为基础，并且以此相控阵天线取名。

振幅掌控可通过相位法、频率法与电子馈电开关法来构建。

在一维中布局多个辐射单元作为线阵，在二维中布局多个辐射单元称为面积阵。

紫外线元件也可布局于曲线或是曲面之上。

这种天线称作保角阵列天线。

该共形阵天线消除了线阵与面阵扫描角度的缺乏，构建了单天线全空气电扫。

共形阵天线包含圆形阵、圆锥阵、圆柱阵、半球形阵等。

综上所述，调压阵雷达是以此其天线为相控阵因而取名的。

2 相控阵雷达的特点相控阵雷达和其他雷达相比，具备比较强的生命力与灵活性。

它远高于采用机械扫描的普通雷达。

其特点重要有以下几点。

（1）天线波束形状变动快的能力：依据天线图综合理论，在维持计算机掌控的条件之下，对于每个天线单元相控阵的幅值与振幅原产展开干涉与变化，波束形状发生变化。

其次是相对比较低的速度（宽度，副瓣的位置，副瓣电平与数字，天线副瓣的位置）。

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。

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，并在其基础上研制了机载火控达雷达SCR-720，不过这个时候机载火控雷达还不是真正意义上或者说功能完善的雷达，它只能测距，所以也被称之为雷达测距器，50年代随着电子技术的发展，出现了能进行天线扫描和角度跟踪的单脉冲雷达，虽然这些雷达在功能比早期的测距器有很大的提高，但其仍旧有一个比较大的缺点就是没有下视能力，也就对低空和近地目标的探测能力差。

机载有源相控阵预警雷达及应用作者：孔挺,宫芳,谢彦宏,张源原来源：《现代电子技术》2010年第17期摘要:基于日益复杂的现代战场环境对预警机所带来的挑战,将有源相控阵雷达装备于预警机是一个提高预警机性能的有效途径。

对相控阵雷达原理做了简要介绍,通过总结和分析有源相控阵雷达的特点,列举有源相控阵雷达在国外预警机上的应用实例和相关参数,指出机载有源相控阵预警雷达使预警机在时间能量管理、扫描跟踪速度、多目标处理能力、测量精度、抗干扰能力以及可靠性等方面都有了根本性的改善,可有效提高预警机现代战场上的生存能力和作战效能。

关键词:机载预警雷达; 有源相控阵; 雷达原理; 雷达特点; 应用实例中图分类号:TN959-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)17-0020-03Airborne Active Phased-array Early-warning Radar and Its Application-hong1,ZHANG Yuan-yuan1(1. Teaching and Research Department, Naval Flying College, Huludao 125001, China;2. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Based on the fact that the early-warning aircraft is challenged by the increasingly complex environment of the modern battlefield, it is an effective way to equip the early-warning aircraft with the active phased-array radar so as to improve it performance. Therefore, the principle of the phased-array radar isintroduced briefly.By summarizing and analyzing the characteristics of the active phased-array radar, and citing the applications of active phased array radar on early-warning aircraft in foreign countries and relevant parameters, it is pointed out that the airborne active phased-array early-warning radar can fundamentally improve the performance of the early-warning aircraft, such as time-energy management, scanning-tracking speed, multi-target handling capacity, detection accuracy, anti-jamming capability, reliability and so on. It can eventually embody the effective improvement of the survivability and fighting efficiency of early-warning aircraft in the modern battlefield.Keywords: AEW radar; active phased array; radar principle; radar characteristic; application instance0 引言海湾战争和科索沃战争表明,制空权是赢得现代高技术局部战争最后胜利的关键因素。