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相控阵雷达与多普勒雷达相比,优势劣势是什么?

作者:Anita 发布时间: 2022-06-10 22:31:50

简介:】我是雷达工程师,我可以来回答这个问题!其实相控阵雷达和多普勒雷达并不是两个并列的分类,而是一种包含的关系,相控阵雷达就是多普勒雷达,或者说相控阵雷达工作的基本原理里面用到

我是雷达工程师,我可以来回答这个问题!其实相控阵雷达和多普勒雷达并不是两个并列的分类,而是一种包含的关系,相控阵雷达就是多普勒雷达,或者说相控阵雷达工作的基本原理里面用到了多普勒原理!

多普勒雷达这种雷达主要采用的就是一种叫做多普勒效应的原理,而多普勒效应简单的来说,就当雷达的发射机部分发射某一固定频率的信号源,通过天线发射出去,然后在空中遇到目标发生反射,反射的回波信号被雷达的接收机接收。如果目标是移动的话,返回的信号频率就会和发射信号的频率不一样!当回波信号频率比发射的信号频率高一些的时候,证明目标是在向雷达这个方向移动,当回波信号频率比发射信号频率低一些的时候,那就代表目标是向远离雷达方面移动。

而且还可以根据回波信号和发射信号的频率差或者时间差的情况,计算出来目标的运动速度,这个时候雷达就可以获得目标的运动方向和速度等重要的信息了。

现在的多普勒雷达大多也都是脉冲多普勒雷达,相比普通的雷达,可以理解脉冲多普勒雷达不是连续的发射雷达波,而是隔一段时间发射一个较强的脉冲信号,功率比较大,这个时候目标反射的信号功率也是比较大,就非常方便的被接收机接收到分析处理。因为如果是普通的连续波雷达,功率就比较小,回波信号特别弱,很容易被空气当中的杂波覆盖,这样接收机就接收不了。而且这样也就导致了脉冲多普勒抗干扰能力比较强。

相控阵雷达可以说相控阵雷达,就是很多的小多普勒雷达组成的。因为相控阵雷达也是需要获得目标的速度、距离和运动方向等信息的,而其中一些信息的获取也是需要利用到多普勒效应。

相控阵雷达主要是通过控制模拟信号的相位来控制雷达的波束(探测方向),这里我们进行了比喻,来解释一下什么是相控阵雷达。

前面的多普勒雷达,就是一个普通手电筒,照射哪里,就必须要对着哪里,也就是需要转动手电筒,这就是传统的雷达,一次只能照射探测固定的方向,要想探测水平方向或者上下的方向,天线就需要不停的转动了,这个就是我们经常在新闻当中看到的在不断旋转的雷达天线。

但是相控阵,里面是成百上千个小雷达,也就是小手电筒,比如10X10这样的排列,组合在一起形成了大的手电。不过这里面的小手电,每个都是可以独立工作的,并且都是可以进行转动的(实际相控阵雷达天线不转动,这里比喻不当)。

当需要朝着一个方向的时候或者只有一个目标的时候,大家同时工作,也可以根据目标的不同情况,其中一部分工作。这个时候所有的小手电可以一起朝着同一方向转动,指向目标,这样就可以实现,整个大的手电筒指向不动的情况下,可以实现不同方向的探测。这里的手电照射出来的光,就好像是和雷达辐射的波束是一样的。

如果目标是不同的方向,这个时候就可以把100个小手电灯进行分组,比如分成10个小组,每组都是相邻的10个手电灯,这个时候这10个小组也可以独立的工作,一部雷达瞬间变成了十部雷达,也就是可以探测跟踪十个方向的十个不同的目标,每个小组也都是可以实现不同方向的照射,在一定的角度内,想照哪里照哪里!

优缺点分析因为相控阵里面各个小雷达都是独立工作的,所以即使坏了一些,整体不受太大的影响,也就是具有可靠性高的优点。而传统雷达,一旦出现问题,整个雷达就失效了。

相控阵雷达可以在不转动天线的情况下,实现不同方向的探测跟踪和对不同目标的探测跟踪,这也是相控阵的优势了,多目标和多方向。目前的相控阵雷达,同时跟踪几百个目标都没有问题。

而传统的多普勒雷达,只能探测跟踪一个目标或者极少数目标,探测的角度也是非常的有限。不过脉冲多普勒雷达相比较相控阵雷达,技术要求要低一些,也就是成本比较低,适合大规模装备。相控阵雷达技术含量很高,也就导致成本费用高,适合高端装备按照,比如战斗机和军舰。

目前全球能够研制和生产相控阵雷达的国家不多,就算是没有能力研制的国家,购买也可能没有足够的资金购买,因为太贵了。

上面就是所长关于多普勒雷达和相控阵雷达的简单解释,我本人还有更多关于雷达方向的文章,有些比本文解释的更详细,包括雷达的基本工作原理等,还有解释什么是火控雷达和测速雷达等文章,欢迎大家关注。

纸上的宣仔,为您解答。

脉冲多普勒雷达和相控阵雷达其实概念并不在一个层次上,更不是互斥相对的。脉冲多普勒指的是用高重复频率脉冲的多普勒效应来过滤杂波,识别出空中目标的技术;而相控阵雷达指的是用多个振子的相位控制来实现波阵面偏转,指的是天线的形式和波束控制。就技术先进性而言,相控阵出现的更晚,功能更多技术更复杂,也更先进。脉冲多普勒本身就是相控阵的一个工作模式。当然它的功能更加高级,能干的也不止脉冲多普勒一种。总之,二者的概念上不是对立互斥的。比如现在的一款先进的有源相控阵机载雷达,你完全可以认为是一个用了相控阵天线的多普勒脉冲雷达(当然实际包括SAR、ISAR等更复杂的功能)。

脉冲多普勒雷达(Pulse Dolpler)是上个世纪60年代,比相控阵雷达早得多,是为了解决雷达下视问题而研发的。我们都知道,雷达是靠回波来检测敌方战机目标的。那么如果回波打到的不是战斗机,而是一颗树,一个岩石,那怎么分辨呢?早期的机载雷达还真就解决不了这个问题。所以早期的战机下视能力都很差,一旦有敌方目标飞到了比自己还低的空域,凭雷达几乎很难把战机和地面背景分辨出来。而脉冲多普勒雷达就是为了解决这个问题应运而生的。虽然雷达下视的时候会引入很多背景杂波,但是有一点是可以和战机区分开的,那就是不同速度的目标其回波的多普勒频移不同。由于地面是静止的,其多普勒频移几乎都是一样的,而飞机因为可以快速移动,则回波可以产生一个较强的多普勒频移,与地面背景杂波区分开。找到这个特定频率的回波,就相当于发现了飞机目标。要想实现这个能力,需要多普勒脉冲雷达拥有足够高的重复频率。多普勒脉冲雷达的发射机用的是行波管技术,早期天线采用倒置卡塞格伦天线,后期平板缝隙天线,一直到相控阵天线的出现,才彻底取代了这些天线。

倒置卡塞格伦天线

歼-8II上使用的1471 平板缝隙雷达

而相控阵雷达(ESA)是目前较新体制的一种雷达,也是最先进的,具体可以分为有源相控阵(AESA)和无源相控阵(PESA)。PESA还使用行波管的中央发射机,而AESA的MMIC本身就相当于一个小发射机/接收机。相控阵雷达利用数字处理终端,通过对时间的延迟实现每个天线振子进行相位控制,最终实现波阵面合成,每个天线阵子的相位不同,最终导致的波阵面不同,表现为增益最大点的方向不同,也就是说实现了雷达波的偏转。而整个过程不需要机械旋转,天线阵面始终是静止的。

F-22 AN/APG-77 有源相控阵雷达,每一个单元都是一个小天线

无源相控阵雷达的工作原理

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