机载有源相控阵雷达技术与应用

KLJ—7A 中国电科14所主任设计师徐健谈首次展出的国产机载有源相控阵火控雷达作者：凌弘毅来源：《现代兵器》2017年第03期在2016年的珠海航展上，中国电子科技集团第14研究所带来了其最新产品——KLJ-7A 型机载有源相控阵火控雷达。

这是珠海航展20年来首次有此类雷达展出，成为了航展现场令人瞩目的焦点，吸引观众、媒体和业界的广泛关注。

本刊在现场注意到，俄罗斯提赫米洛夫仪器研究所总裁和副总裁、法扎特隆设计局总设计师都相继来到14所的展台，非常认真的观察和详细了解KLJ-7A的情况。

这两家单位是俄罗斯主要的机载火控雷达研制单位，与14所一样，是目前世界上少数能够研制有源相控阵火控雷达的单位，由此可见业界对于KLJ-7A亮相的巨大关注。

为了进一步了解KLJ-7A雷达的性能以及我国在机载火控雷达领域的发展和出口情况，《现代兵器》杂志有幸采访到了“枭龙”战机雷达系统主任设计师徐健，他通过亲身经历对我们进行了深入讲解。

机载雷达生产线出口珠海航展归根到底还是一个商业平台，在这里展出考虑的一个重要因素当然是出口。

据徐健介绍，我国在机载火控雷达已经实现了出口，并且远不只是单纯“出口”那么简单，无论是竞标过程、合作模式以及背后发生的故事都令人印象深刻。

“枭龙”战机（出口型号：JF-17）是中航和巴基斯坦空军联合研制的轻型多功能战斗机，其配装的雷达合同竞争始于2003年，14所某型机载火控雷达在多次选型的试飞中表现出了杰出的性能，在与意大利、法国和国内其他单位中脱颖而出。

在十多年前，能与国外传统的该领域强国竞争无疑体现了14所作为“中国雷达工业发源地”的强大实力。

如今十多年过去了，那么这个项目进行得怎样了呢？据徐健介绍，在小批雷达成功交付后，外方基于获得技术进步的想法，后续的雷达采购采取合作生产方式进行。

从2009年开始，14所的技术指导队伍就扎根在某国的工厂，逐步开展该雷达在该国的批量合作生产工作。

为了帮助该国建立起完备的生产能力，14所向该国提供了大量的生产、调试和试验设备，从而真正实现全部雷达组件在该国的本地化生产愿景。

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)。

有源相控阵的天线设计的核心：T/R组件有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。

T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。

同时，辐射单元阵列形式的设计也至关重要。

1 芯片设计普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接，如图所示。

一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMICs组件和1个数字大规模集成电路(VLSI)，如图所示。

•高功率放大器(MMIC)•低噪声放大器加保护电路(MMIC)•可调增益的放大器和可调移相器(MMIC)•数字控制电路(VLSI)大多数X波段及以上频段T/R组件都采用基于GaAs工艺的MMICs技术。

该技术有个缺点就是热传导系数极低，因此基于GaAs的电路需要进行散热设计。

未来T/R组件的发展方向是基于GaN和SiGe的设计工艺。

基于GaN的功率放大器可实现更高的峰值功率输出，从而提升雷达的灵敏度或探测距离，输出功率是基于GaAS工艺电路的5倍以上。

SiGe工艺虽然传输的功率不如GaAs，然而该材料成本较低，适用于未来低成本、低功率密度雷达系统的设计。

2 功率输出通常情况下，在给定阵列的口径后，雷达系统所需要的平均功率输出也基本确定了。

天线可实现的最大平均功率与每个TR组件的输出功率、T/R组件的个数、T/R组件的效率和散热等条件相关。

在高功率放大器设计时，需要的峰值功率是重要的指标，定义为平均功率除以最小的占空比。

雷达系统的峰值功率是由整个天线阵列实现的，也就是说当峰值功率确定后，所需要的最少T/R组件个数也随之确定。

雷达系统TR组件设计需要综合考虑天线口径、T/R模块的输出功率以及T/R组件布局等因素，如为了实现同样的雷达探测性能且T/R组件个数相同，对于4m2口径天线，假定每个T/R组件的输出功率为P，那么对于2m2口径天线，每个T/R组件的输出功率为2P，如图所示。

“甲虫-AE”有源相控阵雷达主要用于装备俄最新式的米格-35战斗机。

据介绍，装备该型雷达可显著提升战机的作战能力。

此前进行的飞行测试显示，装备“甲虫-AE”后的米格-35对一般空中目标的探测距离不少于250-300千米，而且对隐形目标也具有较好的探测能力。

“法扎特隆无线电制造科学研究所”公司介绍说，“甲虫-AE”的探测距离要明显大于现役第四代战机的雷达。

此外，该雷达凭借其出色的合成孔径能力还能够绘制较高精度的地图。

“甲虫-AE”不但能分辨移动目标，而且还能通过二次识别确定出它们的准确型号，尤其是，它能够确定出一个集群目标中单个目标的数量。

RQ-4B全球鹰Block 40无人机(UAV)东方网3月12日消息：据周三宣布的一份价值2450万美元的合同，诺斯罗普·格鲁门公司航空系统部门将与雷神公司空间机载系统部门合作，联合开发和安装一种先进空对空和空对地雷达系统，用于诺·格公司的RQ-4B全球鹰Block 40无人机(UAV)。

位于马萨诸塞州汉斯科姆空军基地的美国空军电子系统中心要求诺·格公司和雷神公司开发并演示用于全球鹰Block 40无人机的“多平台雷达技术嵌入项目(MP-RTIP)”技术。

MP-RTIP项目正在开发一种模块化有源电子扫描阵列(AESA)雷达系统，可扩展应用于不同类型飞机，尤其是“全球鹰”无人机和“联合监视目标攻击雷达系统(Joint STARS)”飞机。

雷神公司空间机载系统部门是MP-RTIP项目的主要分包商，负责雷达系统的硬件开发。

正在生产的MP-RTIP系统基于诺·格公司以前开发的雷达技术，包括空军E-8联合星飞机和现有的“全球鹰”雷达。

(工业和信息化部电子科学技术情报研究所陈皓)“鹞鹰”无人机近日，中航工业自主研制的“鹞鹰”无人机首次成功实现了高精度全极化合成孔径雷达和高光谱光学载荷双装载科学试验飞行！该试验飞行历经4小时30分，标志着国家“863计划”地球观测与导航技术领域“无人机遥感载荷综合验证系统”重点项目取得了重大突破！攻克了无人机实现双装载遥感飞行技术难题，第一次成功实现了高精度、多载荷、同平台遥感成像，获取了有重要科研价值的数据！由中科院光电研究院牵总，北京信息技术研究所、中航贵州飞机有限责任公司等多家单位参与的“863计划”地球观测与导航技术领域“无人机遥感载荷综合验证系统”重点项目，旨在通过开展遥感载荷性能指标综合飞行验证关键技术研究，建成我国无人机遥感载荷综合验证系统，实现无人机民用遥感系统技术工程性突破，拓展无人机技术的应用领域，与有人航空遥感形成互补的完整体系，促进我国遥感技术及其应用的产业化发展。

中图分类号:TN971.1 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2011)01-0014-03收稿日期:2010-07-30;修回日期:2010-10-12作者简介:贾朝文,男,硕士研究生;周水楼,男,高级工程师。

机载雷达工作模式识别贾朝文1,周水楼2(1.电子信息控制重点实验室,成都610036;2.海军装备研究院系统所,北京100073)摘要:实现雷达工作模式识别对机载电子对抗的控制管理及对抗资源分配具有重要意义。

针对各型雷达尤其是机载有源相控阵雷达多种工作模式的特点,分析了机载雷达工作模式识别机理,提出了识别方法。

关键词:机载雷达;工作模式;识别Work Mode Identification of Airborne RadarJIA Chao -wen 1,ZHOU Shu-i lou 2(1.Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chen gdu 610036,China;2.System Divi sion of Naval Equip ment Insti tue,Beijing 100073,Chi na)Abstract:Work mode identification of radar is very important for airborne EC M s control managementand resource allocation.As to radar,especially airborne radar s multiple work modes,identification principle is analyzed and identification method is presented for airborne radar.Key words:airborne radar;work mode;identification1 引言载机必须在最危急时刻正确进行控制管理(如攻击或防御)以提高作战能力和生存力。

相控阵雷达的工作原理是什么?传统雷达的工作原理是首先向空中发射一束电磁波束，用机械的方式转动雷达天线，以使波束扫过一定的区域(天空、地面或海面)。

当电磁波束与目标相同时就会反射一定的回波，利用计算机对回波进行解算，就能对目标定位和测距了。

相控阵雷达与传统雷达不同的是天线。

它是依靠在一块平面火线上有规则地排列许多个辐射单元(称为阵元)，利用电磁波的相位原理，通过计算机控制输往天线各辐射单元电流相位的变化来改变波束的方向，对一定区域进行扫描。

接收单元则将接收到的辐射回波输入主机，经过解算对目标的方位、距离进行探测跟踪和定位。

因此，相控阵雷达也称为电子扫描雷达。

相控阵雷达有两种，一种是有源相控阵雷达，一种是无源相摔阵雷达。

两者的区别存于：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T/R模组都能产生电磁波；而无源相控阵雷达则是使用统一的发射机和接收机，外加具有相位控制能力的相控阵天线而成，天线本身不能产生雷达波。

有源与无源相控阵雷达在功能上无太大的区别，不过有源相控阵的收发装置只有T/R模组，所以结构重量轻，故障率低，即使几个相邻阵元出现故障和损坏，也不会对整个系统的性能造成影响。

而无源相控阵雷达与传统雷达有天线及处理系统的差别，结构重量、生存率等均不能与有源相控阵雷达相比。

因此，有源相控阵雷达是未来战斗机机载雷达的发展方向。

与传统雷达相比，相控阵雷达在性能上有重大突破，主要表现在以下几个方面：1．具有对付多目标的能力。

相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和多波束、可按时分割原理，能实现边搜索边跟踪工作方式，可与电子计算机相配合，能同时搜索探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，并能同时制导多枚导弹对多个目标进行攻击。

2．具有多功能性。

相控阵雷达能同时形成多个独立控制的波束，分别用于执行搜索、探测、识别、跟踪、照射和制导导弹等多种功能。

因此一个雷达便具有多个专用雷达的功能。

3．反应时间短、数据更新率高。

相控阵雷达天线的工作原理及应用作者：谢振武张劲栓来源：《中国科技博览》2019年第03期[摘要]本文应用惠更斯菲涅耳原理以及平面衍射光栅原理简要的分析了相控阵雷达天线的工作原理，并简要说明了实际相控阵雷达的工作原理及其优点。

最后举例说明了相控阵雷达天线的应用。

[关键词]相控阵；相位差；天线中图分类号：TN958.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0380-01一、引言相控阵雷达现已被人们视为现代科技的标志物。

各国对此相当重视，将其列为机密科研项目之一。

但就是这样一个被视为现代科技的标志物的原理却不那么深奥，它仅仅是一个电磁波发射和接受的装置。

它所应用的高技术，始终是波产生和接收这两个环节展开的。

传统雷达对区域进行探测时是通过机械转动其天线，形成波来扫描，这种扫描的周期较长（几秒～几十秒），且扫描速度慢，因而机械扫描无法实现对高速飞行物的跟踪探测。

而相控阵雷达的天线无物理运动，故其波束扫描的速度和方向均可以敏捷地调节。

二、相控阵雷达的工作原理相控阵天线由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。

基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。

由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。

一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。

相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。

相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。

通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。

控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。

在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。

相控阵雷达技术在防空系统中的应用分析作者：杨志滔，刘沛鑫来源：《中国新通信》 2018年第7期前言：随着我国航空航天事业的发展，相控阵雷达技术在航空航天中的应用也越来越广泛，它天线的复瓣零件可以迅速的朝向敌方干扰源，使敌方无法进行干扰，它还具有故障软化等一系列功能，十分适用于防空系统的建设与优化。

一、相控阵雷达技术相关内容综述1、发展历程。

相控阵雷达技术的兴起最早可追溯到上世纪30 年代，当时，美国进行了有关相控阵技术的研究工作，耗时二十多年的时间，最终研制出两部实用性舰载相控阵雷达AN/SPS32 以及AN/SPS33，并将两个雷达作为“企业号”航空母舰的装备使用。

到1958 年，美国迪克斯公司又相继研发出一部超高频面阵电扫雷达，它的天线由90 个辐射单元组成，采用抽头延迟线实现对波束的控制。

进入60 年代后，计算机技术不断崛起，相控阵雷达技术的发展也迎来了第一个高潮，前苏联研制出“鸡笼”与“狗笼”两款相控阵雷达，美国也奋起直追，再次研制出46/85 以及MAR 等多项新成果。

70 年代后，英、法、美、日等国家也加入到研究队伍中，相控阵雷达技术的功能也越来越多样化，诸如目标搜索与识别；导弹跟踪与制导等。

2、相控阵雷达技术的特点。

1）作用距离远。

相控阵可以通过多个小功率发射器来提升敷设功率，且它的雷达可以加大，这无疑为探测工作带来了极大的便利。

相控阵雷达的功率孔径大于其他任何类型的雷达，因此，其作用距离很远，通常可以达到3000Km，用于防空系统的相控阵雷达作用距离相对较小，但也能够保持在几百千米。

2）同时完成多种功能。

相控阵雷达可以同时形成多可独立的控制波束，这些波束通过系统的指令可分别完成观测、识别、跟踪、照射等多项内容。

一部雷达就可以解决其他雷达所不能解决的难题，提高了设备的利用率。

例如：美国的“爱国者”系统中就设有AN/MPQ-53 相控阵雷达，它同时完成的工作相当与其他几部雷达相加的工作量，极大的提高了设备的机动能力[1]。

相控阵雷达与光控相控阵雷达的详细分析与发展前景
 从近代战争来看,雷达是空战、陆战和海战中极为重要的作战软武器,在几十年的发展历程中,始终存在着雷达与反雷达的斗争。

雷达系有源探测技术,又称无线电定位仪,它是利用电磁波来探测目标的距离、方位及其运动状态的。

 
 世界上第一台雷达诞生于20世纪30年代末期;然后一直到60年代,常规雷达由于二战的刺激以及60年代新革命浪潮的推动而飞速发展。

其中,60年代初引入移相器和阵列天线而发展出相控阵雷达,解决了常规雷达由于机械扫描和天线惯性造成的扫描速度缓慢以及精度低、可靠性不高等问题,顿时成为国际研究热点,目前美、日、英、法、俄等各的军事装备中已广泛应用;但是由于其波束出射角受到微波频率的影响而造成波束偏斜的现象,无法满足宽带宽的要求。

1985年,美国GardoneLeo最早提出了光学真延时相控阵雷达的思想[1],真延时技术可以很好地解决宽带宽的问题,并且将光电子技术引入相控阵雷达还解决了电缆馈电带来的尺寸和重量的限制以及导电电缆干扰发射单元辐射方向的问题、提高雷达性能、降低成本等;到90年代中后期随着光电技术的日益成熟,相控阵雷达中的光学真延时技术得到了快速发展。

 1　相控阵雷达
 雷达在搜索目标时,需要不断改变波束的方向。

改变波束方向的传统方法。

相控阵雷达技术及其数据处理方式的研究摘要为研究相控阵雷达技术及其数据处理方式，用于实际业务，通过分析相控阵雷达技术原理、特点和应用范围，以及数据处理方式的研究，得出：相控阵雷达特别是有源相控阵雷达，具有波束扫描快、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高，容易实现天线共形设计、抗干扰能力强，说明相控阵天气雷达比常规多普勒天气雷达在其探测方面的优越性。

关键词相控阵；雷达；数据处理1 概述技术（篇幅压缩一点）20世纪40年代初提出相控阵雷达的概念，第一代相控阵雷达AN/APQ-7和舰载相控阵雷达MK-8问世。

到50年代末期，研制了一批战略相控阵雷达。

60年代初，相控阵雷达AN/SPS-33功能单一、造价高、性能低。

到70年代，超遠程、有限相扫雷达和一维相扫三坐标雷达，在使用中展示了相控阵雷达特有的优越性。

进入80年代后，固态有源相控阵雷达的发展，使相控阵雷达技术产生了质的飞跃[1]，固态T/R组件的批量生产使固态有源相控阵雷达的制造成本降低，提高费效比[2]。

相控阵雷达具有同时完成搜索及对多目标的精确跟踪，这种多功能是如何完成，与常规雷达有什么区别，数据处理上采取什么算法和特殊的数据处理方法，在探测方面比常规多普勒天气雷达具有哪些特点，本文旨在研究其特性。

2 相控阵雷达原理与技术应用随着微电子技术、固态功率器件和阵列信号处理技术的飞速发展，相控阵技术已从大型相控阵雷达逐步推广应用于各种战术雷达和民用雷达之中[3]。

在民用雷达方面，机场监视雷达、精密进场雷达、微波着陆系统、气象雷达以及卫星通信领域中也广泛应用了相控阵技术。

美国为了追踪龙卷、冰雹等强对流天气过程，发展了X波段可移动相控阵快速扫描天气雷达，主要用于快速获取三维气象数据，在强对流天气研究中发挥了有利作用。

固态有源相控阵雷达技术已成为当今雷达技术发展的主流，许多国家都在积极研制新型固态有源相控阵雷达。

近年来，相控阵技术在大气探测领域也有了重要突破，成为雷达气象学研究的新热点，并很可能成为将来气象雷达发展的重要方向。

机载SAR／MTI雷达系统设计技术研究SAR/MTI雷达将SAR雷达的全天时、全天候的观测特性和MTI体制雷达对地面目标良好的跟踪性能结合，具备优越的战场感知能力，已成为各国研究的热点。

文章对基于二维有源相控阵体制SAR/MTI雷达系统设计进行了研究，论述了系统组成及特点，进行了雷达体制与工作模式设计，并给出了试验结果。

标签：二维有源相控阵天线；实时处理；机载；SAR；GMTI；AMTI1 概述合成孔径雷达作为一种主动式微波成像系统，已广泛应用于军事侦察、环境监测、土地资源管理等军事及国民经济领域[1]。

合成孔径雷达成像具有全天时、全天候、远距离和宽测绘带等优点，可以大大提高雷达的信息获取能力；同时在战场侦察方面，合成孔径雷达地面动目标检测功能可以侦察和监视敌方的战略设备和部队的运动情况，从而大大提高了成像雷达的战场感知能力。

在现代战场监视雷达的研制中，将SAR雷达的全天时、全天候的观测特性和MTI体制雷达对地面目标和低空目标良好的跟踪性能结合，研制SAR/MTI模式雷达成为各国研究的热点[3-4]。

国外最早开发的机载SAR/MTI雷达是美国的JSTARS系统，其作战效能在近几次局部战争中得到了充分验证和发挥。

此外，类似的系统还有英国的ASTOR、美国的Global Hawk（“全球鹰”无人机）及Predator（“捕食者”无人机）等。

国内的机载SAR雷达系统经过二十多年的发展已经具备了坚实的基础，我们已经成功开发了机载SAR/MTI雷达样机，并成功进行了机载校飞试验，实现了多模战场监视功能。

文章对基于二维有源相控阵体制SAR/MTI雷达系统设计进行了研究，论述了系统组成及特点，进行了雷达工作模式设计，并给出了试验结果。

2 系统组成及特点机载SAR/MTI雷达系统由机载SAR/MTI雷达、数据链及地面站3个部分组成。

机载雷达完成多模式战场侦察监视功能，实时获取战场目标情报信息（包含固定目标图像情报和运动目标点迹、航迹情报），并通过数据链实时下传到地面站进行显示及分发。