電子工程技術(shù)前沿~雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

1、 電子信息理論專題研究 課 題： 雷達(dá)技術(shù)及軍用雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)院 部： 信 息 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí)： 13電 子 學(xué) 號(hào)： 21306021078 姓 名： 顏 朋 飛 指導(dǎo)教師： 陳 珍 海 雷達(dá)技術(shù)及軍用雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì) 眾所周知，雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的原理是模仿蝙蝠夜間飛行捕食過程，即通過天線發(fā)出無線電波，無線電波遇到障礙物就反射回來，顯示在熒光屏上，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。當(dāng)前，雷達(dá)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、海洋、氣象、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、森林、資源勘測(cè)等領(lǐng)域，在軍事偵察中，雷達(dá)更是將利用電磁波對(duì)目標(biāo)檢測(cè)、定位、跟蹤、成像、識(shí)別的功能發(fā)揮的淋漓盡致。經(jīng)過半世紀(jì)的發(fā)展，雷達(dá)已經(jīng)成為我國(guó)軍事上必不可少的電子裝備，而且廣

2、泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（如氣象預(yù)報(bào)、資源探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等）和科學(xué)研究（天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等）。星載和機(jī)載合成孔徑雷達(dá)已經(jīng)成為當(dāng)今遙感中十分重要的傳感器。以地面為目標(biāo)的雷達(dá)可以探測(cè)地面的精確形狀。其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。雷達(dá)在洪水監(jiān)測(cè)、海冰監(jiān)測(cè)、土壤濕度調(diào)查、森林資源清查、地質(zhì)調(diào)查等方面也顯示出了很好的應(yīng)用潛力。那么雷達(dá)究竟經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？軍用雷達(dá)怎么分類？又有什么樣的技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)呢？一、雷達(dá)發(fā)展歷史簡(jiǎn)介1. 早期雷達(dá)的發(fā)展雷達(dá)的基本概念形成于20世紀(jì)初。但直到第二次世界大戰(zhàn)前后，雷達(dá)才得到迅速發(fā)展。1922年，意大利G馬可尼發(fā)表了無線電波可能檢測(cè)物體的

3、論文。同年，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室利用雙基地連續(xù)波雷達(dá)檢測(cè)到在其間通過的木船。1925年，美國(guó)開始研制能測(cè)距的脈沖調(diào)制雷達(dá)，并首先用它來測(cè)量電離層的高度。1936年，美國(guó)研制出作用距離達(dá)40km、分辨力為457m的探測(cè)飛機(jī)的脈沖雷達(dá)。1938年，英國(guó)已在鄰近法國(guó)的本土海岸線上布設(shè)了一條觀測(cè)敵方飛機(jī)的早期報(bào)警雷達(dá)鏈CH（Chain Home）。2. 二戰(zhàn)期間的雷達(dá)發(fā)展1939年英國(guó)科學(xué)家發(fā)明了大功率磁控管，克服了甚高頻雷達(dá)波束和頻帶窄的缺點(diǎn)，使實(shí)用雷達(dá)步入了微波頻段。1940年由英國(guó)設(shè)計(jì)的10cm波長(zhǎng)的磁控管在美國(guó)生產(chǎn)。20世紀(jì)40年代美國(guó)輻射研究室把微波新技術(shù)應(yīng)用于軍用機(jī)載、陸基和艦載雷達(dá)取得成功，其

4、代表產(chǎn)品是SCR -270 機(jī)載雷達(dá)、SCR -584 炮瞄雷達(dá)和AN/APQ-機(jī)載轟炸瞄準(zhǔn)相控陣?yán)走_(dá)。二戰(zhàn)中，俄、法、德、意、日等國(guó)都獨(dú)立發(fā)展了雷達(dá)技術(shù)，但除美、英外，雷達(dá)頻率都不超過600MHz。3. 50、60年代的雷達(dá)發(fā)展上世紀(jì)50、60年代，由于航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了諸如脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)體制等新體制雷達(dá)。新一代雷達(dá)發(fā)展方向是全固態(tài)電掃相控陣多功能雷達(dá)。雷達(dá)信號(hào)和數(shù)據(jù)處理的數(shù)字化革命、半導(dǎo)體元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展日臻完善并達(dá)到比較高的水平。4. 新技術(shù)推動(dòng)下的雷達(dá)發(fā)展70年代后，由于發(fā)展反彈道導(dǎo)彈、空間衛(wèi)星探測(cè)與監(jiān)視、軍用

5、對(duì)地偵察等的需要，推動(dòng)了雷達(dá)的發(fā)展。80年代，無源相控陣?yán)走_(dá)研制成功并裝備于載機(jī)，毫米波雷達(dá)開始研制、試驗(yàn)。80年代后期，超高速集成電路技術(shù)的發(fā)展，使雷達(dá)信號(hào)處理能力取得重大突破并實(shí)用化，數(shù)字電路使處理機(jī)體積縮小到原來的l/10，同時(shí)雷達(dá)進(jìn)行模塊化、多功能化和軟件工程化設(shè)計(jì)，使機(jī)載雷達(dá)的平均故障間隔時(shí)間達(dá)到100h以上。90年代，有源相控陣體制雷達(dá)的成熟、毫米波雷達(dá)的研制成功、機(jī)載雷達(dá)與多傳感器的數(shù)據(jù)融合等，使雷達(dá)具有多功能、綜合化、高可靠、抗干擾、遠(yuǎn)距離、多目標(biāo)和高精度等先進(jìn)特性。進(jìn)入新世紀(jì)，合成孔徑雷達(dá)（SAR），高頻超視距雷達(dá)（OTHR），雙、多基地雷達(dá)，超寬帶（UWB）雷達(dá)，逆合成孔徑

6、雷達(dá)（ISAR），干涉儀合成孔徑雷達(dá)（InSAR），綜合脈沖與孔徑雷達(dá)等新技術(shù)新體制成為趨勢(shì)。二、軍事雷達(dá)的分類現(xiàn)代軍事雷達(dá)種類眾多，按用途可分類如下：1 搜索雷達(dá)和警戒雷達(dá)：作用距離400600km，用于發(fā)現(xiàn)飛機(jī)。2 預(yù)警雷達(dá)、超遠(yuǎn)程雷達(dá)：作用距離數(shù)千公里，用于發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略轟炸機(jī)，洲際導(dǎo)彈。3 引導(dǎo)指揮雷達(dá)(監(jiān)視雷達(dá))：用于對(duì)殲擊機(jī)的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn)，機(jī)場(chǎng)調(diào)度。4 制導(dǎo)雷達(dá)：控制導(dǎo)彈去攻擊飛機(jī)或?qū)椀饶繕?biāo)。5 戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)：用于發(fā)現(xiàn)坦克、軍用車輛、人和其它在戰(zhàn)場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。6 機(jī)載雷達(dá)（截?fù)簟⑥Z炸瞄準(zhǔn)、護(hù)尾、導(dǎo)航雷達(dá)）：現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)上的雷達(dá)具有搜索、截獲目標(biāo)，空對(duì)空制導(dǎo)導(dǎo)彈，空對(duì)地觀察地形和引導(dǎo)轟

7、炸，敵我識(shí)別、地形跟隨和回避等多種功能。7 艦載雷達(dá)：搜索雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、艦載多功能相控陣監(jiān)視、預(yù)警雷達(dá)、偵察雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)等。8 炮瞄雷達(dá)：自動(dòng)控制火炮跟蹤攻擊目標(biāo)。9 炮兵雷達(dá)：炮兵部隊(duì)使用的戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)偵察雷達(dá)、戰(zhàn)場(chǎng)炮位偵校雷達(dá)、對(duì)海偵校雷達(dá)、炮兵氣象雷達(dá)、初速測(cè)量雷達(dá)、陣地標(biāo)定雷達(dá)。10 靶場(chǎng)測(cè)量雷達(dá):測(cè)距、測(cè)速、精密定位、安全控制等單功能雷達(dá)。11 雷達(dá)導(dǎo)引頭(尋的器)、雷達(dá)引信:裝在導(dǎo)彈、炮彈上,末段制導(dǎo)導(dǎo)彈,精確命中目標(biāo)。毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭已應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)中。三、幾種先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是陸、海、空、天、電的多維戰(zhàn)場(chǎng)，信息戰(zhàn)成為一種關(guān)鍵的作戰(zhàn)樣式。雷達(dá)技術(shù)的

8、發(fā)展直接影響到能否掌握制信息權(quán)。在作戰(zhàn)中，雷達(dá)面臨電子偵察、電子干擾、隱身、反輻射導(dǎo)彈四大威脅。所以增進(jìn)強(qiáng)雷達(dá)抗偵察、抗干擾、抗隱身（包括抗低空突防）、搞反輻射導(dǎo)彈的能力，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)下雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的主要方向。雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)下?lián)?fù)：目標(biāo)的精確、實(shí)時(shí)、全天候偵察監(jiān)視；對(duì)彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等大規(guī)模破壞性武器的探測(cè)與跟蹤；各種隱身目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別；戰(zhàn)斗殺傷效果判別和目標(biāo)識(shí)別等任務(wù)。雷達(dá)還擔(dān)任導(dǎo)彈制導(dǎo)和武器火控等任務(wù)。雷達(dá)為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)是：相控陣?yán)走_(dá)（PAR）技術(shù)；合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)和干涉儀合成孔徑雷達(dá)（InSAR）技術(shù)；超視距雷達(dá)（OHTR）技術(shù)；雙、多基地雷達(dá)技術(shù)；毫米波（MMW）

9、雷達(dá)技術(shù)等。1. 相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)相控陣?yán)走_(dá)即電子掃描陣列雷達(dá)（AESA)，是指一類通過改變天線表面陣列所發(fā)出波束的合成方式，來改變波束掃描方向的雷達(dá)。這種設(shè)計(jì)有別于機(jī)械掃描的雷達(dá)天線，可以減少或完全避免使用機(jī)械馬達(dá)驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線便可達(dá)到涵蓋較大偵測(cè)范圍的目的。目前使用的電子掃描方式包括改變頻率或者是改變相位的方式，將合成的波束發(fā)射的方向加以變化。電子掃描的優(yōu)點(diǎn)包含掃描速率高，改變波束方向的速率快，對(duì)于目標(biāo)訊號(hào)測(cè)量的精確度高于機(jī)械掃描雷達(dá)，同時(shí)免去機(jī)械掃描雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)裝置可能發(fā)生的故障。相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展方向是:固態(tài)有源相相控陣，靈敏、寬帶有源陣列，分布式有源相控陣，有源共形陣，自適應(yīng)共形陣，超高頻、

10、低旁瓣相控陣天線，多波束相控陣天線，自適應(yīng)波束形成技術(shù)，自適應(yīng)抗干擾技術(shù)，采用光電子技術(shù)的有源相控陣技術(shù)，數(shù)字組件相控陣技術(shù)，毫米波空間監(jiān)視相控陣?yán)走_(dá)，反隱身相控陣?yán)走_(dá)。2. 合成孔徑雷達(dá)技術(shù)合成孔徑雷達(dá)就是利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把尺寸較小的真實(shí)天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線孔徑的雷達(dá)，也稱綜合孔徑雷達(dá)。合成孔徑雷達(dá)的特點(diǎn)是分辨率高，能全天候工作，能有效地識(shí)別偽裝和穿透掩蓋物。所得到的高方位分辨力相當(dāng)于一個(gè)大孔徑天線所能提供的方位分辨力。逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）。合成孔徑雷達(dá)是雷達(dá)相對(duì)于靜止目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。而逆合成孔徑雷達(dá)是雷達(dá)固定在地面，目標(biāo)在空中相對(duì)于雷達(dá)運(yùn)動(dòng)，也可以產(chǎn)生目標(biāo)的

11、圖像。合成孔徑雷達(dá)是戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向。重點(diǎn)開發(fā)的內(nèi)容是：寬帶、超寬帶SAR，探測(cè)葉簇、地表下的隱蔽目標(biāo)，各種目標(biāo)分類、識(shí)別；多功能、多模式，特別是將SAR與GMTI相結(jié)合。干涉儀合成孔徑雷達(dá)（InSAR）可得到數(shù)字地形高程圖；生成二維艦船目標(biāo)圖像，可用于船只分類；重點(diǎn)解決InSAR的雷達(dá)回波“實(shí)時(shí)”處理問題。高分辨、多波段、多極化、多模式衛(wèi)星SAR（InSAR）圖像的解譯技術(shù)。3. 高頻超視距雷達(dá)技術(shù)高頻超視距雷達(dá)利用電離層對(duì)電波的折射，傳播距離可超過視線距離，單次折射的雷達(dá)距離可控制在4000km。超視距雷達(dá)必須利用多普勒處理技術(shù)從雜波中分離出所需目標(biāo)。由于電離層白天與晚上變化較大，所

12、以雷達(dá)工作頻率也要作相應(yīng)的改變。直到70年代,現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理能力的提高,超視距雷達(dá)才能實(shí)現(xiàn)并用于作戰(zhàn)。高頻超視距雷達(dá)可觀測(cè)飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船等目標(biāo)，它的作用距離大約10003500km。空間分辨率很粗，幾十公里數(shù)量級(jí)。由于工作波長(zhǎng)較長(zhǎng)，天線必須很大。超視距雷達(dá)（OHTR）發(fā)展重點(diǎn)是利用高頻無線電波的電離層反射，擴(kuò)大雷達(dá)的覆蓋范圍，提高分辨率；超視距雷達(dá)探測(cè)隱身飛機(jī)的機(jī)理和能力；電離層引起的相位畸變修正技術(shù)；非穩(wěn)定性電離層條件下，低徑向速度目標(biāo)檢測(cè)的信號(hào)處理技術(shù)；超視距雷達(dá)的外噪聲自適應(yīng)抑制技術(shù)。4. 雙、多基地雷達(dá)技術(shù)雙基地雷達(dá)的發(fā)射和接收天線分開距離較大。雙基地發(fā)射機(jī)的輻射信號(hào)經(jīng)兩

13、條路徑到達(dá)接收機(jī)。一條是直接到達(dá)路徑，另一條路徑是經(jīng)目標(biāo)散射后到達(dá)接收機(jī)。雙基地雷達(dá)截面（RCS）與雙基地角（散射角）有關(guān)。135°180°稱為前向散射區(qū)。在該區(qū)間，雙基雷達(dá)截面（RCS）通常顯著地大，對(duì)探測(cè)目標(biāo)非常有利。多基雷達(dá)與雙基雷達(dá)的區(qū)別是采用多個(gè)分開的接收和發(fā)射天線。多基雷達(dá)除了可獲得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)外，還可獲得目標(biāo)的航速、航向信息。多基地雷達(dá)和雙基地雷達(dá)具有反隱身目標(biāo)潛力和抗反輻射導(dǎo)彈的能力。雙、多基地雷達(dá)，重點(diǎn)發(fā)展反隱身目標(biāo)的雙、多基地雷達(dá)。重點(diǎn)解決雙、多基地雷達(dá)的配置、布站技術(shù)；雙、多基地雷達(dá)的檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)。5. 毫米波雷達(dá)技術(shù)毫米波波段被定義為40GHz300GHz,Ka波段(35GHz)某些性質(zhì)屬于毫米波。毫米波的“傳播窗口”的標(biāo)稱工作頻率為：35、95、140、220GHz。四個(gè)主要窗口中，可利用帶寬分別為：16、23、26、70GHz。其與微波相比的優(yōu)點(diǎn)是：（1）可利用頻率的帶寬寬。（2）對(duì)于給定的天線尺寸，天線增益高，波束寬度窄，角分辨率高。（3）具有較大的多普勒頻移，有利于提高測(cè)速精度。毫米波分辨率不如紅外光和激光，但具有穿透灰塵、煙和霧的能力