雷達(dá)工作原理及相控陣?yán)走_(dá)工作原理.doc

1、雷達(dá)的工作原理雷達(dá)(radar)原是“無線電探測(cè)與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號(hào)。由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收

2、機(jī)放大微弱的回波信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。 為了測(cè)定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測(cè)量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離公式為：S=CT/2 其中S為目標(biāo)距離，T為電磁波從雷達(dá)發(fā)射出去到接收到目標(biāo)回波的時(shí)間，C為光速 雷達(dá)測(cè)定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。通過機(jī)械和電氣上的組合作用，雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測(cè)的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，雷達(dá)讀出些時(shí)天線小事的指向角，就是目標(biāo)的方向角。兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測(cè)定目標(biāo)的方位

3、角，三坐標(biāo)雷達(dá)可以測(cè)定方位角和俯仰角。 測(cè)定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能，雷達(dá)測(cè)速利用了物理學(xué)中的多普勒原理：當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對(duì)徑向速度，通常，具有測(cè)速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。 雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測(cè)距分辨力與精度、測(cè)角分辨力與精度、測(cè)速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等。 其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大?。┑纫蛩赜嘘P(guān)。威力范圍指由最大作用距

4、離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。 雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)很多，而且與雷達(dá)的體制有關(guān)，這里僅僅討論那些與電子對(duì)抗關(guān)系密切的主要參數(shù)。 根據(jù)波形來區(qū)分，雷達(dá)主要分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類。當(dāng)前常用的雷達(dá)大多數(shù)是脈沖雷達(dá)。常規(guī)脈沖雷達(dá)周期性地發(fā)射高頻脈沖。相關(guān)的參數(shù)為脈沖重復(fù)周期（脈沖重復(fù)頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個(gè)脈沖內(nèi)信號(hào)的高頻振蕩頻率，也稱為雷達(dá)的工作頻率。 雷達(dá)天線對(duì)電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設(shè)計(jì)和制造過程中，雷達(dá)天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內(nèi)，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。

5、能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或電子控制，使雷達(dá)波束在探測(cè)區(qū)域內(nèi)掃描。 概括起來，雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)主要包括工作頻率（波長(zhǎng)）、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機(jī)靈敏度等。技術(shù)參數(shù)是根據(jù)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與指標(biāo)要求來選擇和設(shè)計(jì)的，因此它們的數(shù)值在某種程度上反映了雷達(dá)具有的功能。例如，為提高遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，預(yù)警雷達(dá)采用比較低的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率，而機(jī)載雷達(dá)則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率。這說明，如果知道了雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)，就可在一定程度上識(shí)別出

6、雷達(dá)的種類。 雷達(dá)的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、無線電測(cè)高雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、雷達(dá)引信、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識(shí)別雷達(dá)等。 除了按用途分，還可以從工作體制對(duì)雷達(dá)進(jìn)行區(qū)分。這里就對(duì)一些新體制的雷達(dá)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 雙/多基地雷達(dá) 普通雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一地點(diǎn)，而雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)上，地點(diǎn)可以設(shè)在地面、空中平臺(tái)或空間平臺(tái)上。由于隱身飛行器外形的設(shè)計(jì)主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá)，這對(duì)于單基地雷達(dá)很有效。但入射的雷達(dá)

7、波會(huì)朝各個(gè)方向反射，總有部分反射波會(huì)被雙/多基地雷達(dá)中的一個(gè)接收機(jī)接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗(yàn)雙/多基地雷達(dá)，較著名的“圣殿”計(jì)劃就是專門為研究雙基地雷達(dá)而制定的，已完成了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都安裝在地面上、發(fā)射機(jī)安裝在飛機(jī)上而接收機(jī)安裝在地面上、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都安裝在空中平臺(tái)上的試驗(yàn)。俄羅斯防空部隊(duì)已應(yīng)用雙基地雷達(dá)探測(cè)具有一定隱身能力的飛機(jī)。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達(dá)，主要用于預(yù)警系統(tǒng)。 相控陣?yán)走_(dá) 我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接

8、收單元（稱為陣元）組成，單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號(hào)送入主機(jī)，完成雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的搜索、跟蹤和測(cè)量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別是就是無源是只有單個(gè)或者幾

9、個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收，而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)：（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測(cè)等多種功能；（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；（4）對(duì)復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；（5）抗干擾性能好。 全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。 但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90120。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí)，需配置34個(gè)天線陣面。 相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強(qiáng)，能快速適應(yīng)

10、戰(zhàn)場(chǎng)條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測(cè)量、靶場(chǎng)測(cè)量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的ANMPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。 寬帶超寬帶雷達(dá) 工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶超寬帶雷達(dá)。隱身兵器通常對(duì)付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的，而面對(duì)覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測(cè)到。另一方面，超寬帶

11、雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄，具有相當(dāng)高的距離分辨率，可探測(cè)到小目標(biāo)。目前美國正在研制、試驗(yàn)超寬帶雷達(dá)，已完成動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)的研究，將要進(jìn)行雷達(dá)波形的試驗(yàn)。 合成孔徑雷達(dá) 合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動(dòng)的空中或空間平臺(tái)上，利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將雷達(dá)在每個(gè)不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相干處理，就相當(dāng)于在空中安裝了一個(gè)“大個(gè)”的雷達(dá)，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測(cè)效果，具有很高的目標(biāo)方位分辨率，再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測(cè)到隱身目標(biāo)。合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如戰(zhàn)場(chǎng)偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測(cè)、地圖測(cè)繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。美國的聯(lián)合監(jiān)

12、視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機(jī)新安裝了一部AN/APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá)，英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機(jī)正在試飛合成孔徑雷達(dá)。毫米波雷達(dá)工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)它工作在目前隱身技術(shù)所能對(duì)抗的波段之外，因此它能探測(cè)隱身目標(biāo)。毫米波雷達(dá)還具有攻擊能力，特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器，已獲得了各國的調(diào)試重視。例如，美國的“愛國者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭，目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá)。 激光雷達(dá) 工作在紅外和

13、可見光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對(duì)微波雷達(dá)的，因此激光雷達(dá)很容易“看穿”隱身目標(biāo)所玩的“把戲”；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測(cè)量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測(cè)隱身目標(biāo)。激光雷達(dá)在軍事上主要用于靶場(chǎng)測(cè)量、空間目標(biāo)交會(huì)測(cè)量、目標(biāo)精密跟蹤和瞄準(zhǔn)、目標(biāo)成像識(shí)別、導(dǎo)航、精確制導(dǎo)、綜合火控、直升機(jī)防撞、化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測(cè)、局部風(fēng)場(chǎng)測(cè)量、水下目標(biāo)探測(cè)等。美國國防部正在開發(fā)用于目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的激光雷達(dá)技術(shù)，已進(jìn)行了前視下視激光雷達(dá)的試驗(yàn)，主要探測(cè)

14、偽裝樹叢中的目標(biāo)。法國和德國正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測(cè)和識(shí)別直升機(jī)的聯(lián)合研究工作。 相控陣?yán)走_(dá)有多神？ “宙斯盾”系統(tǒng)的核心就是SPY1D相控陣?yán)走_(dá)，特別是它出眾的預(yù)警搜索能力和識(shí)別能力，仿佛給妄圖“獨(dú)立”的臺(tái)灣新領(lǐng)導(dǎo)人一根救命稻草，一把夢(mèng)幻的保護(hù)傘，而相控陣?yán)走_(dá)又再一次走進(jìn)國人的視線中。說到相控陣?yán)走_(dá)或技術(shù)，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關(guān)于中國如何監(jiān)測(cè)其隱型戰(zhàn)斗機(jī)的報(bào)道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監(jiān)視天空，經(jīng)濟(jì)又有效，這就是最原始、最基礎(chǔ)的雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)。下面談一談雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展情況。一、雷達(dá)及其分類雷達(dá)（Radar，即 radio detecting a

15、nd ranging），意為無線電搜索和測(cè)距。它是運(yùn)用各種無線電定位方法，探測(cè)、識(shí)別各種目標(biāo)，測(cè)定目標(biāo)坐標(biāo)和其它情報(bào)的裝置。在現(xiàn)代軍事和生產(chǎn)中，雷達(dá)的作用越來越顯示其重要性，特別是第二次世界大戰(zhàn)，英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰(zhàn)，使雷達(dá)的重要性顯露的非常清楚。雷達(dá)由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號(hào)處理器、電源等組成。其中，天線是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)大空域、多功能、多目標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵之一；信號(hào)處理器是雷達(dá)具有多功能能力的核心組件之一雷達(dá)種類很多，可按多種方法分類：（1）按定位方法可分為：有源雷達(dá)、半有源雷達(dá)和無源雷達(dá)。（2）按裝設(shè)地點(diǎn)可分為；地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、航空雷達(dá)、衛(wèi)星雷達(dá)等

16、。（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。（4）按工作被長(zhǎng)波段可分：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和其它波段雷達(dá)。（5）按用途可分為：目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)、偵察雷達(dá)、武器控制雷達(dá)、飛行保障雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)等。相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)的功能，而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點(diǎn)是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機(jī)械掃描天線系統(tǒng)相比，有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如、相控陣省略了整個(gè)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中個(gè)別部件發(fā)生故障時(shí)，仍保持較高的可靠性，平均無故障時(shí)間為10萬小時(shí)，而機(jī)械掃描雷達(dá)天線的平均無故障時(shí)間小于1000小時(shí)。下面主要介紹先進(jìn)的相控陣?yán)?/p>

17、達(dá)。二、相控陣?yán)走_(dá)的概況相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項(xiàng)研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。60年代，美國和前蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部相控陣?yán)走_(dá)，多用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，如美國的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯(lián)的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣?yán)走_(dá)，其共同點(diǎn)：采用固定式平面陣天線，天線體積大、輻射功率高、作用距離遠(yuǎn)。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯(lián)的“狗窩”最為典型，70年代，相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展，除美蘇兩國外，又有很多國家研制和裝備了相控陣?yán)走_(dá)，如英、法、日、意、德、瑞典等。

18、其中最為典型的有：美國的AN/TPN-25 、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時(shí)期的相控陣?yán)走_(dá)具有機(jī)動(dòng)性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)兵器的特點(diǎn)，其制造

19、和研究將會(huì)更上一層樓。三、相控陣原理相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位關(guān)是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描，即電子掃描，簡(jiǎn)稱電掃。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn)，能以一部天線實(shí)現(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而

20、得名。四、相控陣?yán)走_(dá)分類相控陣?yán)走_(dá)大體可分為兩大類，即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣，即在方位上和仰角上都采用電掃，天線陣是固定不動(dòng)的。有限電掃相控陣是一種混合設(shè)計(jì)的天線，即把兩種以上天線技術(shù)結(jié)合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術(shù)與反射面天線技術(shù)相結(jié)合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設(shè)備造價(jià)和復(fù)雜程度。 天線陣，根據(jù)掃描情況可分為相掃、頻掃、相相掃、相頻掃、機(jī)/相掃、機(jī)頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實(shí)現(xiàn)波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個(gè)角坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)波束電掃。相頻掃

21、是利用移相器控制平面陣一個(gè)坐標(biāo)而另一坐標(biāo)利用頻率變化控制來實(shí)現(xiàn)波束電掃機(jī)/相掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用相掃。機(jī)頻掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用頻掃。五、相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)相控陣?yán)走_(dá)之所以具有強(qiáng)大的生命力，因?yàn)樗鼉?yōu)勝于一般機(jī)械掃描雷達(dá)。它具有以下特點(diǎn)：（1）能對(duì)付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)利用電子掃描的靈活性、快速性和按時(shí)分割原理或多波束，可實(shí)現(xiàn)邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計(jì)算機(jī)相配合，能同時(shí)搜索、探測(cè)和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標(biāo)，并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個(gè)空中目標(biāo)。因此，適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。（2）功能多，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)能夠同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立控制的波束，分別用以

22、執(zhí)行搜索、探測(cè)、識(shí)別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種功能。一部相控陣?yán)走_(dá)能起到多部專用雷達(dá)的作用，如“愛國者”的一部多功能相控陣?yán)走_(dá)可以完成相當(dāng)于“霍克”和“奈基”2型9部雷達(dá)的功能，而且還遠(yuǎn)比它們能夠同時(shí)對(duì)付的目標(biāo)多。因此，可大大減少武器系統(tǒng)的設(shè)備，從而提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力。（3）反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)率高。相控陣?yán)走_(dá)可不需要天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描，從而縮短了對(duì)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)、錄取、信息傳遞等所需的時(shí)間，具有較高的數(shù)據(jù)率。相控陣天線通常采用數(shù)字化工作方式，使雷達(dá)與數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，能大大提高自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化了雷達(dá)操作，縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間，便于快速、準(zhǔn)確

23、地實(shí)施畦達(dá)程序和數(shù)據(jù)處理。因而可提高跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力。（4）抗干擾能力強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)可以利用分布在天線孔徑上的多個(gè)輻射單元綜合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離目標(biāo)和小雷達(dá)反射面目標(biāo)（如隱形飛機(jī)），還可提高抗反輻射導(dǎo)彈的能力。（5）可靠性高。相控陣?yán)走_(dá)的陣列組較多，且并聯(lián)使用，即使有少量組件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。此外，隨著固態(tài)器件的發(fā)展，格控陣?yán)走_(dá)的固態(tài)器件越來越多，甚至已生產(chǎn)出全固態(tài)兒控陣?yán)走_(dá)，如美國的。“愛國者”雷達(dá)，其天線的平均故障間隔時(shí)間

24、高達(dá)15萬小時(shí)，即使有10單元損壞也不會(huì)影響雷達(dá)的正常工作。當(dāng)然，相控陣?yán)走_(dá)不是十全十美的，也有其缺點(diǎn)。主要是造價(jià)貴，典型的相控陣?yán)走_(dá)比一般雷達(dá)的造價(jià)要高出若干倍。此外，相控陣?yán)走_(dá)對(duì)于短程彈道導(dǎo)彈的襲擊可以說是無能為力，這也是美國及臺(tái)灣為什么擔(dān)心大陸方面在福建沿海部署東風(fēng)導(dǎo)彈的原因。而1991年，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，伊拉克用“飛毛腿”導(dǎo)彈襲擊以色列的時(shí)候，其“愛國者”導(dǎo)彈根本無法有效將其擊落，何況短短的臺(tái)灣海峽呢？有關(guān)相控陣?yán)走_(dá)的進(jìn)一步說明相控陣?yán)走_(dá)又稱作相位陣列雷達(dá)，是一種以改變雷達(dá)波相位來改變波束方向的雷達(dá)，因?yàn)槭且噪娮臃绞娇刂撇ㄊ莻鹘y(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線面方式，故又稱電子掃描雷達(dá)。相控陣?yán)走_(dá)有相

25、當(dāng)密集的天線陣列，在傳統(tǒng)雷達(dá)天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個(gè)相控陣天線 (F-22約有2000個(gè))，任何一個(gè)天線都可收發(fā)雷達(dá)波，而相鄰的數(shù)個(gè)天線即具有一個(gè)雷達(dá)的功能。掃描時(shí)，選定其中一個(gè)區(qū)塊(數(shù)個(gè)天線單元)或數(shù)個(gè)區(qū)塊對(duì)單一目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描，因此整個(gè)雷達(dá)可同時(shí)對(duì)許多目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描或追蹤，具有多個(gè)雷達(dá)的功能。由於一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)針對(duì)不同方向進(jìn)行掃描，再加之掃描方式為電子控制而不必由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，因此資料更新率大大提高，機(jī)械掃描雷達(dá)因受限於機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)頻率因而資料更新周期為秒或十秒級(jí)，電子掃描雷達(dá)則為毫秒或微秒級(jí)。因而它更適於對(duì)付高機(jī)動(dòng)目標(biāo)。此外由於可發(fā)射窄波束，因而也可充當(dāng)電戰(zhàn)天線使用，如電磁

26、干擾甚至是構(gòu)想中發(fā)射反相位雷達(dá)波來抵消探測(cè)電波等。相控陣?yán)走_(dá)對(duì)於飛機(jī)的匿蹤性能也相當(dāng)重要，傳統(tǒng)的機(jī)械雷達(dá)之機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)造成相當(dāng)大的回波，使用無機(jī)械結(jié)構(gòu)的相控陣?yán)走_(dá)就能使這一影響更小。而偵查時(shí)發(fā)射的窄波束也減低了被發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，并使得敵方的電戰(zhàn)系統(tǒng)難以發(fā)揮功能。相控陣?yán)走_(dá)何以有此功效呢？在做進(jìn)一步認(rèn)識(shí)之前，筆者先簡(jiǎn)單介紹雷達(dá)原理及其演進(jìn)。雷達(dá)是高科技產(chǎn)物，但其基本原理是很簡(jiǎn)單的。雷達(dá)是一種發(fā)射電磁波，藉由解算回波之種種數(shù)據(jù)來達(dá)到探測(cè)目的的一種裝置。隨著年代的演進(jìn)而增加新的功能，但都不脫離兩個(gè)基本步驟：發(fā)射雷達(dá)波以及解算回波。電磁波的發(fā)射，是利用正負(fù)電荷之往返震蕩而發(fā)出的，在雷達(dá)上是在天線上產(chǎn)生正負(fù)電

27、荷并使之震蕩如圖一。發(fā)出電磁波之強(qiáng)度分布如圖二，為一橫躺在x軸上的8字繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)後所產(chǎn)生的立體形狀，類似紅血球一般，天線指向y軸而以橫躺的8字中心為中心。設(shè)由原點(diǎn)向任一方向畫直線與此紅血球形交於p點(diǎn)，則原點(diǎn)到p點(diǎn)的長(zhǎng)度代表該方向電磁波強(qiáng)度。也就是說在垂直於y軸之平面上電磁波最強(qiáng)，隨著與此平面之夾角增加電磁波隨之減弱，在天線方向上則沒有電磁波。以上所提對(duì)相控陣?yán)走_(dá)原理之理解并不是那么重要，不過將有助於我們觀察雷達(dá)天線的陣列情形。當(dāng)然，單一天線發(fā)射的雷達(dá)波依然是以球面擴(kuò)散的，強(qiáng)度與距離平方成反比，所以當(dāng)然不可能只用一個(gè)天線就能做成雷達(dá)啦，一定要有其他方法的，除了增強(qiáng)功率外，就是讓雷達(dá)波盡量平行發(fā)射

28、啦。為了達(dá)到此目的，目前主要有拋物面雷達(dá)以及平面陣列雷達(dá)，兩者都是機(jī)械掃描雷達(dá)，但後者之原理與相控陣?yán)走_(dá)有些相近。拋物面雷達(dá)在拋物面焦點(diǎn)處安裝發(fā)射天線，經(jīng)拋物面反射成近乎平行波束，目前直升機(jī)雷達(dá)以及陸基防空雷達(dá)、機(jī)場(chǎng)雷達(dá)等多使用這種雷達(dá)。這種雷達(dá)現(xiàn)在漸漸被取代，因?yàn)閽佄锩嫦喈?dāng)難做，一般都是用球面或橢球面來近似，不論如何進(jìn)似，終究不是真正拋物面，因此就容易出現(xiàn)誤差。此外，這種雷達(dá)只由一個(gè)天線作收發(fā)工作，因而對(duì)單一天線性能要求就相當(dāng)高，而天線故障整個(gè)雷達(dá)也就掛了。這種雷達(dá)不是沒有好處的，他能接收單一天線感測(cè)不到的強(qiáng)度的回波：天線有其能感測(cè)的最低電磁波強(qiáng)度(單位面積的功率)，若強(qiáng)度小於這個(gè)值，就無法感測(cè)或被當(dāng)雜波濾除。拋物面天線可將回波反射回位於焦點(diǎn)的天線，故此時(shí)天線接收到的強(qiáng)度就是拋物面接收到之雷達(dá)波強(qiáng)度之加成。(副圖：雷達(dá)波的加成示意)平面陣列雷達(dá)則是在一個(gè)平面上布上許多天線，藉由波的干涉原理來制造近平行波束，基本發(fā)射原理與相控陣?yán)走_(dá)相近故留待稍後解釋之。西方標(biāo)準(zhǔn)的第三代戰(zhàn)機(jī)以及俄國第四代戰(zhàn)機(jī) (除了MiG-31)多用這種雷達(dá)，中國自行研發(fā)的殲雷十也是平面陣列雷達(dá)。此類雷達(dá)還仰賴合成孔徑技術(shù)，雷達(dá)的性能除了探測(cè)距離、資料更新率等等外，還有個(gè)很重要的，解析度。解析度不高的雷達(dá)無法精確知道敵人的位置，只能知道敵人來襲卻無法反制，因此要提高解析度，雷達(dá)的解析度與波束發(fā)散角(最外