I夕95年第了期现代电子总第j期相控阵雷达的发展与前景陈忠先(电子工业部第8研究所合肥230031)摘要相控阵雷达是一种高技术雷达它具有使天线波束作无惯性扫描和对雷达的时间,,.、能量等资源进行自适应管理的能力可以充分发挥雷达的潜力,因此相控阵雷达具有广泛的应用前景相控阵雷达技术已成为现代雷达技术的主要发展方向的发展概况与应用前景本文综述了相控阵雷达概述,相控阵雷达是以相控阵天线为基础采用多种高技术的产物波广播和声纳阵列天线中得到应用、、,相控阵技术首先在短、0年代为适应对人造卫星6,,、洲际弹道导弹等外空目标的监视跟踪识别和编目等需要战略防御系统用的大型相控阵雷达才应运而生。由于大型相控阵雷达的研制费用极高因此早期只有美苏等国研制了很少几部实用雷达随着作为雷达观测对象的各种飞行器性能的提高雷达目标环境的复杂化为了从雷达回波中提取更多信息和提高雷达的生存能力的要求,、、,,,对雷达的战术性能提出了越来越高、、、例如要求雷达具有高精度高数据率抗干扰目标识别多功能以及多种自适应能力等与此同时随着技术的进步特别是微电子技术固态功率器件和阵列信号处,,,理技术的飞速发展民用雷达之中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、采用相控阵技术的三坐标对空监视与引导雷达、、、战术地对空导弹目标、,指示与制导雷达战场炮位侦察与校射雷达机载预警雷达机载火控雷达舰载对空监视与制导雷达多目标精密跟踪靶场测量雷达已相继间世、、、、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,,、近年来在推动相控阵雷达广泛应用的高新技术中宽带阵列天线技术超低副瓣天线技术单片微波集成电路(MMIC)技术数字波束形成(DB)F技术和自适应阵列信号处理技术等方面的发展较快、、特别是人们已日益认识到,,发展有关新材料新器件以及,、先进的结构设计与制造工艺是研制高性能相控阵雷达的重要前提也是降低相控阵雷达研制成本的根本措施因此,发展新一代多功能相控阵雷达的条件已日趋成熟,现在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9本文于195年7月24日收到许多国家都在积极研制一l一新型固态有源相控阵雷达。可以预期,相控阵雷达不仅具备远远超出常规雷达能力的巨大潜力,而且还能在制造成本方面与常规雷达相抗衡2相控阵雷达的发展相控阵雷达的出现是雷达的一个重要发展,它的众多优越性举世瞩目。但是,半个世纪来,相控阵雷达的发展历程却是缓慢而艰难的相控阵雷达的概念早在40年代初就已提出,从40年代到50年代是相控阵雷达的理论发展和验证阶段。在第二次世界大战期间,第一代相控阵雷达AN/APQ一7和舰载相控阵雷达MK一8问世第一代相控阵雷—机载相控阵雷达达采用机电移相器,既笨重又复杂,且数据率低,未能发挥相控阵的优越性,所以只作了原理性的验证从50年代末期到60年代是研制大型相控阵雷达的时期。在这期问,由于对人造卫星、洲际弹道导弹等外空目标进行监视和防御的需要,相继研制了一批战略相控阵雷达,例如,美国的AN/FPs一85、PAR、MSR、RESER和前苏联的“狗窝”、“鸡笼”等,甚些雷达占领了战略防御领域的主要地位。在战术应用领域,60年代初期,美国研制成功舰载相控阵雷达AN/SPS一3,曾装于核动力航空母舰和巡洋舰上AN/SPS一3只具有单一功能,重量却为现在的舰载多功能相控阵雷达AN/SPY一ID的13倍,后被换装,未再使用。另一“台风”计划中的舰载相控阵雷达AN/SPG一95,只作了样机试验,后因该雷达过于笨重,造价高,效率低,性能不能满足战术要求,故于1967年取消该项目这说明60年代的战术相控阵雷达技术不够成熟,还不具备研制实用战术相控阵雷达的条件。从70年代到80年代初期,相控阵雷达的理论和技术取得了重要的进展,几种战术相控阵雷达开始投人使用,例如,美国海军“宙斯盾”系统中的舰载相控阵雷达AN,S/PY一1,陆军防空导弹“爱国者”的目标指示与制导雷达AN/MPQ一35,炮位侦察雷达入N/TPQ一37等,这些雷达在使用中展示了相控阵雷达特有的优越性.与此同时,战略相控阵雷达也有了新的发展,如美国的AN/FPS一108、AN/FPS一115和前苏联的“猫窝”、“鸡栏”等另外,自60年代以来,人们为了降低相控阵雷达的造价和推广应用相控阵雷达技术做了大量努力,并于70年代研制出一批采用有限相扫技术和一维相扫的相控阵雷达,例如,有限相扫的靶场测量雷达REST、A性015,有限相扫精密进场雷达AN汀PN一52、AN/GPN一22、一维相扫的三坐标雷达AN厂PS一95、RAT一351等,这类雷达采用机械扫描与相控电扫相结合的天线技术,在特定的使用条件下,有效地降低了雷达的制造成木。进人80年代后,随着技术的进步,固态有源相控阵雷达得到了迅速发展,多功能相控阵雷达技术日趋成熟。多功能相控阵雷达的代表性产品有英国的舰载多功能电扫自适应雷达(MESAR),英、意、法合作的欧洲多功能相控阵雷达(EMPAR),英国的多路火控相控阵雷达(MULTIFER)和法国的阿拉贝尔(Arabel)X波段多功能相控阵雷达等,这些产品不仅充分展示了相控阵雷达的优越性而且给人以艺术家杰作的印象。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,固态TR/组件的批量生产必然大大降低固态有源相控阵雷达的制造成木,提高费效比。现在战术相控阵雷达已在二费效比上具备与常规雷达竞争的能力预计本世纪末相控阵雷达必将在更多的领域推广应用,并逐步取代常规雷达3相控阵雷达的特点相控阵雷达与常规雷达相比具有如下技术特点,。()I监视(搜索)与跟踪功能相互,,相控阵雷达采用序列检测法检测目标雷达进人跟踪方式是根据监视(搜索)方式中的单次检测来确定目标的存在(跟踪起始)或是一次新的跟踪,目标跟踪的数据率和波、、束驻留时间是自适应的雷达在跟踪方式中完成目标航迹参数(距离角度径向速度)的估算并且使用最佳信号波形脉冲重复频率和极化形式目标的性能,、,提高雷达跟踪复杂环境中小2)数据率高(由于数据率仅受波束驻留时间的利用相控阵天线波束扫描的灵活性和监视(搜索)与跟踪功能相互的特点减少雷达的监视(搜索)时间间隔或增加并行通道数可大大提高相控阵雷达的有效数据率3)能量自适应管理(根据目标的状态/特性环境条件和雷达的工作方式对雷达的发射能量进行最佳控制使雷达在所有的时间和能量约束条件下发挥最大威力适应各种任务的瞬时要求(4)分辨力高为了从目标回波中提取更多的信息相控阵雷达可以控制波束驻留时间提高目标的角分辨力和多普勒分辨力以便进行目标分类和目标识别处理(5)可进行空间滤波,,,,,,,。、,,,,相控阵天线可实现自适应零点控制尤其是采用DBF技术,,将信号处理技术与天线、技术相结合可实现各种具有特殊形状的波束大大提高雷达抑制干扰杂波和多径效应的能力(6)可获得最大功率孔径积、,固态有源相控阵雷达的收发组件直接装在天线上口径阻挡,避免了常规雷达的馈线损耗和可大大提高雷达的发射效率和灵敏度,使雷达在有限天线孔径上获得最大威力(7)具有多功能能力,相控阵雷达按时间分割原理实现边扫描边跟踪工作方式波束驻留时间信号形式和脉冲重复频率等参数导和敌我识别等多种功能、,,并可通过改变波束形状、、、同时实现对多批目标的搜索跟踪制这样一部多功能相控阵雷达就可以代替多部专用的常规雷达。(8)相控阵天线可进行共形设计,、、、,,由于天线波束基于电扫将天线阵面设计成与雷达载体(例如军舰飞机导弹卫星等)外形相吻合这样既可以不改变雷达载体(流体空气)的动力学性能又可以充分利一3一用雷达载体提供的天线安装面积,提高雷达天线增益由此可见,相控阵雷达是一种性能优异,能适应多种应用要求的雷达但是,相控阵雷达性能的完善程度与其设备的复杂性及成本成正比。目前,相控阵雷达除了成本高以外,不少性能还受到技术上的,例如,当波束扫离法线时,天线波束宽度将增大,从而引起雷达固有检测性能和角分辨力的下降;天线单元问的互韧影响也会变化,从而产生附加旁瓣,并使主波束方向图产生误差另外,在一个阵列天线中,极化控制和极化处理要比在反射器天线中复杂得多固态有源阵的阵列散热问题是一个很重要的热工程问题,它不仅影响雷达的性能,而且很强的红外辐射直接威胁雷达的生存能力这些局限因素都需系统设计者认真考虑4相控阵雷达的应用前景现代战争对雷达提出了越来越高的要求,特别是电子干扰、反辐射导弹、隐身目标和低空突防“四大威胁”,使现代雷达的有效性和生存能力面临着严重的挑战。相控阵雷达的技术特点不仅适合对多批目标的监视与跟踪,实现多功能,而且具有天线波束无惯性地快速扫描的能力和易于获得大的功率孔径积因此,相控阵雷达具有较强的“四抗”潜力,相控阵雷达技术的发展必将使现代雷达在以下几方面得到广泛应用41相控阵雷达是雷达反隐身的重要途径单基地雷达反隐身的主要技术措施有两种,一种是增加雷达辐射的雷达信号的有效功率,一种是提高雷达接收机的灵敏度为此必须增大雷达的天线孔径和发射机平均功率,这正是有源相控阵雷达的技术特点。采用有源相控阵雷达可以减少馈线系统的损耗,实现功率在空间的合理分配,降低接收机的噪声系数。如一部采用平均功率为IOW的T/R组件的S波段中程监视雷达,其主要参数如下:单元数3000最大探测距离200km天线波束宽度(单程)2.2“最大探测高度20km阵平均功率3OkW角覆盖范围仰角00~300噪声系数(含接收损耗)3dB方位土45“系统损耗gdB搜索时问5S该雷达探测小目标的作用距离R。伊d,05%)如下表所示目标RSC(mZ)R。k(m)鸽子000881477麻雀000166988工蜂000022588由此可见,该雷达具有良好的反隐身能力。一4一.2相控阵雷达是雷达隐身的重要途径雷达抗干扰和抗反辐射导弹的重要措施之一是抗敌方的电磁侦察。这种措施要求雷达具有良好的隐身性能相控阵雷达在这方而具有较大潜力,、,。相控阵雷达除可采用常,,规的低截获概率措施外还具有天线波束扫描不规则不连续的特点大大降低了敌方截获和识别雷达信号的概率,相控阵雷达还可以有效管理信号能量,,通过对雷达能量和时间的合理调度使雷达在不降低探测威力的情况下状态。大部分时间处于低峰值功率工作。这不仅有利于雷达隐身同时也有利于提高雷达的抗干扰能力和反隐身能力机载相控阵雷达天线由于不作机械扫描43.还可以提高飞机的隐身性能相控阵雷达是实现探测和武器控制一体化的重要途径相控阵雷达的多功能特性不仅适用于对多目标多方向多层次空袭作战环境的探、、,测而且它的反应时间短数据率高“”、,也适用于对各种高技术武器系统的制导和控制一如美国的防空导弹爱国者A的目标指示与制导雷达AN/MPQ,35和炮位侦察雷达/NTPQ一,73,它们都在海湾战争中显示了很大的优越性情报雷达与高技术武器系统的一体化大大提高了防空系统的实时性和有效性防御途径44.。也为雷达对抗反辐射导弹提供了硬相控阵雷达是实现探测和电子对抗一体化的重要途径电子战是现代战争的重要组成部分,雷达若缺乏电子对抗手段就不能发挥应有的,,作用。相控阵雷达不仅可以采用常规的反电子干扰措施,还可以利用雷达的能量、时间管理和自适应波瓣零点控制等技术抑制干扰与杂波有利于对电子干扰进行无源定位和跟踪威胁目标实施电子干扰,,.相控阵雷达的笔形波束探测万式“”相控阵雷达甚至可以利用烧穿工作方式对,,如国外正在研制的一种机载有源相控阵火控雷达由于其装有还可完成电子侦察和电,,超宽带T/R组件因此这种火控雷达除具有雷达探测功能外子干扰等多种功能雷达与电子战设备的一体化。大大提高了雷达的电子对抗能力是雷达武器化的一个重要途径.45相控阵雷达是作战平台智能化的重要途径现代战争是立体化的战争各类作战平台是战场上的基本作战力量,、、,,因此在提高,各类作战平台的战斗力方面使作战平台保持坚固机动威力大的同时向着智能化方向发展是很重要的目前高技术作战平台都配有计算机和各种侦察探测设备其中雷、,达作为全天候的远程探测设备起着重要作用天线的很难发挥应有的作用,,,但是常规雷达因体积重量和机械扫描、、、,、相控阵雷达不仅具有较小的天线和灵活的电扫描波、,束而且可以设计成共形阵使各类作战平台(如战车舰艇飞机飞船等)在不影响机动性能的情况下获得对远距离目标的探测跟踪和制导能力高技术作战平台的重要组成部分46.。,因此相控阵雷达必将成为相控阵雷达技术是研制新雷达的重要技术基础随着科学技术的进步和各种尖端武器的发展各种新雷达也不断出现,,不少新雷达是以相控阵雷达技术为基础的如双/多基地雷达及分布式雷达都要求雷达接一5一收天线具有多波束形成与扫描的能力采用相控阵技术中的,,DBF技术是最灵活的...短目波超视距雷达的巨大天线阵只有采用相控阵技术才能实现波束扫描成象雷达(合成孔径与逆合成孔径雷达),,,具有相控扫描的、可以获得更高的横向分辨力及成象质量前相控阵雷达技术已广泛用于各种雷达领域这必将使新一代雷达在性能可靠性及费效比诸方面产生质的飞跃5结束语相控阵雷达正向着多功能高可靠和低成本的方向发展、多功能相控阵雷达集中体,现了现代雷达工程技术方面的最新成果和最高水平,,,研制高性能相控阵雷达对于提高目70我国防空系统的防空能力促进我国雷达技术水平的发展具有十分重要的意义前我国在相控阵雷达的研制上已取得一些成果如十四所于一台超远程大型相控阵雷达,,年代就研制成功我国第一批采用相控阵雷达技术的有限相扫雷达和一维相扫三我所在相控阵雷达的研制方面也开展了大量预研工,坐标雷达已研制成功并投人使用作如,,DBF试验台与双基地接收站的研制成功、,微电子化接收机及固态功率模块的推,广应用我所已成功地研制了一批大中型对空情报雷达并拥有一支生气勃勃的科技力量因此我们一定能研制出高水平的多功能相控阵雷达参考文献,111舰载相控阵雷达文集海军装备论证研究中心19929][23]【相控阵雷达技术文集(第二集)电子工业部第14研究所情报信息中心EREBillamPean,“,191.2tion”,Phasedearryanrarendarand,thedetectionoflowerosssee19thuroMieorwavCoefe19PP55~65GECG为研制一2005年新雷达而努力。EC一Ma叨衍和旧1币n书on6F正在合作研制作为新一代军用机载传感器的一种有源相控阵雷达吸组件的新技术是可以承受的机载有源阵列雷达的关键下这种机载多用途固态有源阵列雷达计划的可行性研究和初步设计研究始于1卯3年并准备再花十,2年半年7年半左右的时间建成一个可供飞行试验的技术验证系统一口’预计其投人使用的时间为么刃5GEC】1幻11右On机载雷达研制机构与英国法国国防部合作开发、他们希望采用稼砷单片微波集成电路来降低成本;异质结双极性晶体管会提高组件功率输出和效率尽量减少噪声和干扰的影响,、数字式信号处理是获得自适应波束形成的全部好处的关键;这种自适应技术可以调节雷达的发射,以另外它使雷达能在密集电子对抗环境下工作降低敌方截获雷达辐射的概率并能完成空对地空对空任务湘彭摘译自“lJylu7,1卯5”一6一
