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相控雷達,是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。其優點突出,廣泛的用在科研、軍事領域。


相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。它不但具有傳統雷達的功能,而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機械掃描天線系統相比,有許多顯著的優點。例如、相控陣省略了整個天線驅動系統,其中個別部件發生故障時,仍保持較高的可靠性,平均無故障時間為10萬小時,而機械掃描雷達天線的平均無故障時間小於1000小時。下面主要介紹先進的相掛陣雷達。

1 相控雷達 -概況



相控陣技術,早在30年代後期就已經出現。1937年,美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研製出2部實用型艦載相控陣雷達。60年代,美國和前蘇聯相繼研製和裝備了多部相控陣雷達,多用於彈道導彈防禦系統,如美國的 AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR,前蘇聯的「雞籠」和「狗窩」等。這些都屬於固定式大型相控陣雷達,其共同點:採用固定式平面陣天線,天線體積大、輻射功率高、作用距離遠。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯的「狗窩」最為典型,70年代,相控陣雷達得到了迅速發展,除美蘇兩國外,又有很多國家研製和裝備了相控陣雷達,如英、法、日、意、德、瑞典等。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、義大利的RAT—31S、德國的 KR一75等。這一時期的相控陣雷達具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應用範圍廣等特點。80年代,相控陣雷達由於具有很多獨特的優點,得到了更進一步的應用。在已裝備和正在研製的新一代中、遠程防空導彈武器系統中多採用多功能相控陣雷達,它已成為第三代中、遠程防空導彈武器系統的一個重要標誌。從而,大大提高了防空導彈武器系統的作戰性能。在21世紀,相控陣雷達隨著科技的不斷發展和現代戰爭兵器的特點,其製造和研究將會更上一層樓。

2 相控雷達 -原理



相控陣,就是由許多輻射單元排成陣列形式構成的走向天線,各單元之間的輻射能量和相位關是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計算機控制移相器改變天線孔徑上的相位分佈來實現波束在空間掃描,即電子掃描,簡稱電掃。相位控制可採用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關法。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,能以一部天線實現全空域電掃。通常的共形陣天線有環形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述,相控陣雷達因其天線為相控陣型而得名。

3 相控雷達 -分類



相控陣雷達大體可分為兩大類,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採用電掃,天線陣是固定不動的。有限電掃相控陣是一種混合設計的天線,即把兩種以上天線技術結合起來,以獲得所需要的效果,起初把相掃技術與反射面天線技術相結合,其電掃角度小,只需少量的輻射單元,因此可大大降低設備造價和複雜程度。

天線陣,根據掃描情況可分為相掃、頻掃、相/相掃、相/頻掃、機/相掃、機/頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關係來實現波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實現波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個角坐標實現波束電掃。相/頻掃是利用移相器控制平面陣一個坐標而另一坐標利用頻率變化控制來實現波束電掃.機/相掃是在方位上採用機掃、仰角上採用相掃。機/頻掃是在方位上採用機掃、仰角上採用頻掃。

4 相控雷達 -特點



相控陣雷達之所以具有強大的生命力,因為它優勝於一般機械掃描雷達。它具有以下特點:

(1)能對付多目標。相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束,可實現邊搜索邊跟蹤工作方式,與電子計算機相配合,能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標,並能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此,適用於多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。

(2)功能多,機動性強。相控陣雷達能夠同時形成多個獨立控制的波束,分別用以執行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導導彈等多種功能。一部相控陣雷達能起到多部專用雷達的作用,如「愛國者」的一部多功能相控陣雷達可以完成相當於「霍克」和「奈基」-2型9部雷達的功能,而且還遠比它們能夠同時對付的目標多。因此,可大大減少武器系統的設備,從而提高系統的機動能力。

(3)反應時間短、數據率高。相控陣雷達可不需要天線驅動系統,波束指向靈活,能實現無慣性快速掃描,從而縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間,具有較高的數據率。相控陣天線通常採用數字化工作方式,使雷達與數字計算機結合起來,能大大提高自動化程度,簡化了雷達操作,縮短了目標搜索、跟蹤和發控準備時間,便於快速、準確地實施畦達程序和數據處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標的能力。

(4)抗干擾能力強。相控陣雷達可以利用分佈在天線孔徑上的多個輻射單元綜合成非常高的功率,並能合理地管理能量和控制主瓣增益,可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量,易於實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾,有利於發現遠離目標和小雷達反射面目標(如隱形飛機),還可提高抗反輻射導彈的能力。

(5)可靠性高。相控陣雷達的陣列組較多,且並聯使用,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,隨著固態器件的發展,格控陣雷達的固態器件越來越多,甚至已生產出全固態兒控陣雷達,如美國的。「愛國者」雷達,其天線的平均故障間隔時間高達15萬小時,即使有10%單元損壞也不會影響雷達的正常工作。

當然,相控陣雷達不是十全十美的,也有其缺點。主要是造價貴,典型的相控陣雷達比一般雷達的造價要高出若干倍。此外,相控陣雷達對於短程彈道導彈的襲擊可以說是無能為力,這也是美國及台灣為什麼擔心大陸方面在福建沿海部署東風導彈的原因。而1991年,海灣戰爭期間,伊拉克用「飛毛腿」導彈襲擊以色列的時候,其「愛國者」導彈根本無法有效將其擊落.
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