機(jī)載相控陣火控雷達(dá)的技術(shù)特征及干擾研究分析

1、機(jī)載相控陣火控雷達(dá)的技術(shù)特征及干擾研究分析機(jī)載火控雷達(dá)的主要作用是測(cè)定目的的空間位置，提供給火控系統(tǒng)， 通過制導(dǎo)武器對(duì)目的施行攻擊。相控陣機(jī)載火控雷達(dá)是采用相控陣天線的機(jī)載火控雷達(dá)。它是一種電子掃描雷達(dá)， 由計(jì)算機(jī)控制， 用電子的方法實(shí)現(xiàn)天線波束指向在空間的轉(zhuǎn)動(dòng)或掃描的電掃雷達(dá)系統(tǒng)，抑制了機(jī)械掃描雷達(dá)慣性延遲的缺乏， 波束靈敏， 能迅速而準(zhǔn)確地控制和變換波束形狀、數(shù)目和掃描圖形， 使得機(jī)載相控陣火控雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)多目的跟蹤和攻擊、同時(shí)多功能和低截獲概率才能， 并降低了的自身的雷達(dá)截面積， 可進(jìn)步飛機(jī)的作戰(zhàn)才能和戰(zhàn)場(chǎng)生存才能。1 相控陣天線原理相控陣天線有多種形式， 如線陣、平面陣、圓陣、圓柱形

2、陣列、球形陣和共形陣等， 但都是從陣列天線開展起來的。陣列天線通常由多個(gè)偶極子天線單元組成，偶極子天線具有近似的無方向性天線方向圖， 天線增益很低， 在自由空間內(nèi)增益只有6dB 左右， 為了獲得較高的增益， 將多個(gè)偶極子天線單元按一定的規(guī)那么排列在一起， 形成一個(gè)大的陣列天線。N 個(gè)帶有移相器的一樣單元的線性陣列天線， 相鄰單元間隔為d。與直線陣相垂直的方向?yàn)樘炀€陣的法線方向， 稱為根本軸。設(shè)各單元移相器輸入端均為等幅同相饋電， 且饋電相位為零。各個(gè)移相器可以對(duì)饋入信號(hào)產(chǎn)生02 的相移量， 按單元序號(hào)的增加其相移量依次為1、2、3、N-1、N。(1)當(dāng)目的處于天線陣法線方向時(shí)，要求天線波束指向

3、目的，即波束峰值對(duì)準(zhǔn)目的。由陣列天線的原理可知， 只要各單元輻射同相位的電磁波， 那么波束指向天線陣的法線方向。根據(jù)陣列天線這一結(jié)論， 假設(shè)對(duì)相控陣天線中各個(gè)移相器輸人端同相饋電， 那么， 各個(gè)移相器必須對(duì)饋人射頻信號(hào)相移一樣數(shù)值(或均不移相)， 才能保證各單元同相輻射電磁波，從而使天線波束指向天線陣的法線方向。換句話說， 各個(gè)移相器的相移量， 應(yīng)當(dāng)使相鄰單元間的相位差均為零， 天線波束峰值才能對(duì)準(zhǔn)天線陣的法線方向。(2)在目的位于偏離法線方向一個(gè)角度0時(shí)，假設(shè)仍要求天線波束指向目的， 那么波束掃描角(波束指向與法線方向間的夾角) 也應(yīng)為0。倘假設(shè)波束指向與電磁波等相位面垂直， 即波束掃描一個(gè)

4、0角度， 那么電磁波等相位面也將隨之傾斜、見圖中MM 方向， 它與線陣的夾角也為0。這時(shí)， 各單元就不應(yīng)該是同相輻射電磁波， 而需要通過各自的移相器， 對(duì)饋入射頻信號(hào)的相位進(jìn)展必要調(diào)整。首先討論單元1 與單元2 的移相器對(duì)饋入射頻信號(hào)的相移情況。假設(shè)單元1 與單元2 的移相器分別對(duì)饋入的射頻信號(hào)相移了1和2， 那么單元1 輻射的電磁波到達(dá)等相位M點(diǎn)的相位為1， 而單元2 輻射的電磁波由于在空間多行程一段間隔 AB， 故到達(dá)等相位面時(shí)的相位為：/ dsin0根據(jù)等相位條件， 在等相位面上那么有：2=2/ dsin0設(shè)兩單元的相位差為， 上式可寫成：2- dsin0即兩單元的相位差， 補(bǔ)償了兩單元

5、波程差引起的相位差， 使得兩單元輻射的電磁波在0方向可以同相相加， 得到最大值， 即波束指向了0方向。同樣的分析可以得出單元2 與單元3 之間的相位差也為：3=2/ dsin00=arcsin (d )此式說明， 在雷達(dá)工作波長(zhǎng)與單元之間的間距d 一定的情況下， 波束指向角0隨 而變化。只要控制移相器使各單元間產(chǎn)生一樣的相移增量， 并且其大小和正負(fù)又是可變的， 那么波束就可以在范圍內(nèi)掃描。簡(jiǎn)單來說， 控制移相器對(duì)饋入射頻信號(hào)產(chǎn)生的相移， 即可改變電磁波等相位面的位置， 從而改變天線波束的指向， 到達(dá)掃描的目的。這就是相控陣天線實(shí)現(xiàn)電掃描的根本原理。2 相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)特征2.1 天線波束快速掃描

6、才能天線波束快速掃描才能是相控陣?yán)走_(dá)主要技術(shù)特點(diǎn)。這一特點(diǎn)來自于陣列天線中各天線單元通道內(nèi)信號(hào)傳輸相位的快速變化才能。正是由于相控陣天線的波束快速掃描的技術(shù)特點(diǎn)使得相控陣火控雷達(dá)具有高搜索數(shù)據(jù)率、高跟蹤數(shù)據(jù)率、多目的搜索與跟蹤、實(shí)現(xiàn)多種雷達(dá)的功能。2.2 天線波束形狀捷變才能天線波束形狀捷變才能是指相控陣天線波束形狀的快速變化才能。天線波束形狀捷變才能使相控陣天線可快速實(shí)現(xiàn)波束賦形和實(shí)現(xiàn)空時(shí)二維自適應(yīng)處理(STAP)?？諘r(shí)二維自適應(yīng)處理(STAP)是相控陣?yán)走_(dá)在空域與頻域同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波干擾進(jìn)展抑制的方法， 用于機(jī)載相控陣火控雷達(dá)抑制地面雜波。機(jī)載雷達(dá)在強(qiáng)地物背景中檢測(cè)目的， 采用間隔 門多普勒

7、濾波方法， 對(duì)每一個(gè)要檢測(cè)的間隔 單元， 即可能存在目的的間隔 單元， 通過多普勒濾波器組對(duì)目的回波進(jìn)展頻譜分析， 從速度上分辨目的與雜波， 而在不同角度上與不同間隔 上地物的雜波頻譜是不同的， 與雷達(dá)載機(jī)飛行速度及姿態(tài)有關(guān)， 而且地物雜波信號(hào)是由與被檢測(cè)單元同樣間隔 的所有天線主瓣與副瓣照射的地物信號(hào)疊加而成， 主瓣雜波對(duì)目的回波的信號(hào)的遮蔽最大。要檢測(cè)雷達(dá)主瓣照射區(qū)內(nèi)某一間隔 單元內(nèi)是否存在目的， 首先在每一天線單元或子天線級(jí)別上， 對(duì)該單元的接收信號(hào)進(jìn)展頻譜分析， 即頻域?yàn)V波， 然后對(duì)每一個(gè)濾波器的輸出在進(jìn)展自適應(yīng)空域?yàn)V波， 即實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)才能方向圖形成， 在該濾波器最大值對(duì)應(yīng)的角度上形成

8、接收方向圖凹口。就是對(duì)回波信號(hào)的每一個(gè)多普勒頻率分量， 分別形成各自的天線方向圖，方向圖的最大值均指向預(yù)定要檢測(cè)或跟蹤目的的方向，而這些方向圖凹口那么分別對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生該多普勒頻率的強(qiáng)地物所在方向。2.3 空間功率合成才能空間功率合成才能使相控陣機(jī)載火控雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了發(fā)射電磁波能量的低峰值功率、高脈沖能量和高平均功率， 進(jìn)步其探測(cè)性能。陣列天線的每一個(gè)單元通道或每一個(gè)子天線陣上設(shè)置一個(gè)發(fā)射信號(hào)功率放大器， 依靠移相器的變化， 使發(fā)射天線波束定向發(fā)射， 既將各單元通道或各子陣通道中的發(fā)射信號(hào)聚焦于某一空間方向。2.4 多波束形成才能相控陣?yán)走_(dá)通過波束轉(zhuǎn)換控制信號(hào)可以方便地在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)形成多個(gè)指向不同的

9、發(fā)射波束和接收波束。用同一個(gè)孔徑可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的波束， 即將一部分面陣對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)波束， 另一部分面陣對(duì)應(yīng)產(chǎn)生另一個(gè)波束， 各個(gè)波束又可以具有不同的輻射功率、波束寬度、目的駐留時(shí)間、重復(fù)頻率和重復(fù)照射次數(shù)等。各個(gè)波束可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制和分別控制， 用于對(duì)目的的一般搜索、重點(diǎn)搜索和跟蹤。2.5 強(qiáng)抗干擾才能相控陣?yán)走_(dá)天線波束的快速掃描、天線波束形狀捷變、自適應(yīng)空間濾波、自適應(yīng)空時(shí)處理才能以及多種信號(hào)波形的工作方式， 使得相控陣?yán)走_(dá)在體制上具有強(qiáng)的抗干擾潛在性能。在相控陣?yán)走_(dá)中又采用了單脈沖測(cè)角技術(shù)、脈沖壓縮技術(shù)、頻率分集技術(shù)、頻率捷變和自適應(yīng)旁瓣抑制技術(shù)， 進(jìn)一步進(jìn)步了其抗干擾性能。相控陣機(jī)

10、載火控雷達(dá)具有高增益和低副瓣的天線陣列， 副瓣電平可達(dá)-50-40dB， 由于副瓣電平低， 可以使雷達(dá)少受相鄰頻段雷達(dá)的互擾， 使掩護(hù)式干擾機(jī)的等效干擾功率增大， 給干擾機(jī)制造增加困難， 進(jìn)步了雷達(dá)的抗干擾才能; 主瓣波束很窄、掃描方式迅速靈敏， 使偵察接收機(jī)可接收的脈沖數(shù)少而難以實(shí)現(xiàn)跟蹤， 低副瓣技術(shù)的采用， 又要求偵察接收機(jī)靈敏度高， 動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)測(cè)定瞬時(shí)迅速， 使得偵察工作難以進(jìn)展; 波束調(diào)零技術(shù)的采用， 使其易于對(duì)抗針對(duì)雷達(dá)天線副瓣的干擾。3 對(duì)相控陣機(jī)載火控雷達(dá)的干擾研究對(duì)相控陣機(jī)載雷達(dá)的干擾要從雷達(dá)原理、電子對(duì)抗原理等方面入手， 從原理角度分析相控陣機(jī)載火控雷達(dá)自身固有的弱點(diǎn)，

11、 才能找到對(duì)應(yīng)的干擾方法。從原理上講， 機(jī)載相控陣火控雷達(dá)有如下弱點(diǎn)： 一是對(duì)所有的電子信號(hào)， 只要在雷達(dá)設(shè)備的通帶內(nèi)的信號(hào)， 它不分?jǐn)澄遥?都能接收; 二是不管雷達(dá)采用什么樣的信號(hào)處理方式， 只要干信比到達(dá)一定值時(shí)， 它就不能干擾和有用信號(hào)的混合體中， 提取有用信號(hào); 再一方面雖然相控陣?yán)走_(dá)天線副瓣低， 而且還可以采取副瓣調(diào)零等措施， 但是它的天線副瓣仍然不可能為零， 副瓣電平是客觀存在的， 副瓣干擾有機(jī)可乘。相控陣機(jī)載火控雷達(dá)本質(zhì)也是一部雷達(dá)設(shè)備， 也要遵循雷達(dá)的根本工作原理， 也具有上述弱點(diǎn)， 因此只要是在雷達(dá)接收通道通帶內(nèi)的無線電信號(hào)， 都能進(jìn)入到雷達(dá)， 無法回避; 其次進(jìn)步進(jìn)入接收通

12、道的電信號(hào)(包含有用信號(hào)和干擾信號(hào))干擾信號(hào)能量，只要干信比到達(dá)一定值時(shí)， 雷達(dá)就不能從干擾和有用信號(hào)的混合體中提取有用信號(hào)， 直接影響雷達(dá)對(duì)目的的探測(cè)。根據(jù)上述分析， 可采用以下方法施行電子干擾。(1)由于天線副瓣的存在，因此通過增大干擾機(jī)功率，可進(jìn)展副瓣干擾; 或者直接對(duì)雷達(dá)實(shí)行寬帶噪聲干擾。強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)的接收通道可降低雷達(dá)接收信號(hào)的的信噪比， 直至接收機(jī)到達(dá)飽和狀態(tài)， 破換雷達(dá)接收機(jī)的正常工作。(2)從戰(zhàn)術(shù)層面采用多機(jī)干擾，協(xié)同工作。相控陣?yán)走_(dá)具有自適應(yīng)空間濾波才能， 能自適應(yīng)地在干擾方向形成天線方向圖零點(diǎn)， 因此， 單部干擾機(jī)無法對(duì)其形成有效的干擾。但是從原理角度分析自適應(yīng)空間濾波需要自適應(yīng)地計(jì)算空間矢量， 而計(jì)算空間矢量需要空間取樣， 也要消耗計(jì)算時(shí)間， 即自適應(yīng)時(shí)間。采用兩部或兩部機(jī)載干擾設(shè)備協(xié)同使用， 分