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      武器百科大全  > 所屬分類  >  雷達   
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      相控陣雷達(Phased Array Radar)即有源電子掃描陣列雷達(active electronically scanned array,AESA)或無源電子掃描陣列雷達(passive electronically scanned array,PESA),是指一類通過改變天線表面陣列所發出波束的合成方式,來改變波束掃描方向的雷達。這種設計有別于機械掃描的雷達天線,可以減少或完全避免使用機械馬達驅動雷達天線便可達到涵蓋較大偵測范圍的目的。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,將合成的波束發射的方向加以變化。電子掃描的優點包含掃描速率高,改變波束方向的速率快,對于目標訊號測量的精確度高于機械掃描雷達,同時免去機械掃描雷達天線驅動裝置可能發生的故障。相控陣雷達有相當密集的天線陣列,在傳統雷達天線面的面積上可安裝上千個相控陣天線,任何一個天線都可收發雷達波,而相鄰的數個天線即具有一個雷達的功能。掃描時,選定其中一個區塊(數個天線單元)或數個區塊對單一目標或區域進行掃描,因此整個雷達可同時對許多目標或區域進行掃描或追蹤,具有多個雷達的功能。由于一個雷達可同時針對不同方向進行掃描,再加之掃描方式為電子控制而不必由機械轉動,因此資料更新率大大提高,機械掃描雷達因受限于機械轉動頻率因而資料更新周期為秒或十秒級,電子掃描雷達則為毫秒或微秒級。因而更適對付高機動目標。此外由于可發射窄波束,因而也可充當電子戰天線使用,如電磁干擾甚至是構想中發射反相位雷達波來抵消探測電波等。

      武器性能

    3. 中文名:相控陣雷達
    4. 外文名:Phased Array Radar
    5. 分????類:有、無源電子掃描陣列雷達
    6. 優????點:目標容量大、波束指向靈活
    7. 目錄

      原理編輯本段

      相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元(稱為陣元)組成,單元數目和雷達的功能有關,可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上,構成陣列天線。利用電磁波相干原理,通過計算機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行掃描,故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機,完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個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。天線的單元數目越多,則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線,“相控陣”由此得名。相位控制可采用相位法、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
      美國NMD系統的陸基相控陣雷達 美國NMD系統的陸基相控陣雷達
      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。
      例如,美國裝備的“鋪路”相控陣預警雷達在固定不動的圓形天線陣上,排列著15360個能發射電磁波的輻射器和2000個不發射電磁波的輻射器。這15360個輻射器分成96組,與其他不發射電磁波的輻射器搭配起來。這樣,每組由各自的發射機供給電能,也由各自的接收機來接收自己的回波。所以,它實際上是96部雷達的組合體。如果我們把通常的雷達稱作“個體戶”,那么相控陣雷達就相當于一個“合作社”了。

      優點編輯本段

      (1)波束指向靈活,能實現無慣性快速掃描,數據率高;
      美國將在日本部署的X波段相控陣雷達?;? id= 美國將在日本部署的X波段相控陣雷達?;?
      (2)一個雷達可同時形成多個獨立波束,分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能;
      (3)目標容量大,可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標;
      (4)對復雜目標環境的適應能力強;
      (5)抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高,即使少量組件失效仍能正常工作。
      美中不足的是,相控陣雷達設備復雜、造價昂貴,且波束掃描范圍有限
      機載有源相控陣--21世紀機載雷達的革命 機載有源相控陣--21世紀機載雷達的革命
      ,最大掃描角為90°~120°。當需要進行全方位監視時,需配置3~4個天線陣面。 相控陣雷達與機械掃描雷達相比,掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強,能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN/MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展,固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用,是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。

      分類編輯本段

      諾斯羅普公司為F-16開發新型AESA雷達。
      相控陣雷達又分為有源和無源兩類。其實,有源和無源相控陣雷達的天線陣相同,二者的主要區別在于發射/接收元素的多少。無源相控陣雷達僅有一個中央發射機和一個接收機,發射機產生的高頻能量經計算機自動分配給天線陣的各個輻射器,目標反射信號經接收機統一放大(這一點與普通雷達區別不大)。有源相控陣雷達的每個輻射器都配裝有一個發射/接收組件,每一個組件都能自己產生、接收電磁波,因此在頻寬、信號處理和冗度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。正因為如此,也使得有源相控陣雷達的造價昂貴,工程化難度加大。但有源相控陣雷達在功能上有獨特優點,大有取代無源相控陣雷達的趨勢。
      有源相控陣雷達最大的難點在于發射/接收組件的制造上,相對來說,無源相控陣雷達的技術難度要小得多。無源相控陣雷達在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控陣雷達,但是在功能上卻明顯優于普通機械掃描雷達,不失為一種較好的折中方案。因此在研制出實用的有源相控陣雷達之前,完全可以采用無源相控陣雷達作為過渡產品。而且,即使有源相控陣雷達研制成功以后,無源相控陣雷達作為相控陣雷達家族的一種低端產品,仍具有很大的實用價值。

      特點編輯本段

      相控陣雷達之所以具有強大的生命力,因為它優勝于一般機械掃描雷達。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,并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此,適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。
      裝備EL/M2075的費爾康707預警機 裝備EL/M2075的費爾康707預警機
      (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,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。相控陣天線通常采用數字化工作方式,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,便于快速、準確地實施雷達程序和數據處理。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布在天線孔徑上的多個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,可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量,易于實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾,有利于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,且并聯使用,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,相控陣雷達的固態器件越來越多,甚至已生產出全固態相控陣雷達,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。

      應用編輯本段

      俄羅斯的&amp;quot;頓河”有源雷達 俄羅斯的&quot;頓河”有源雷達
      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。一般的雷達波束掃描是靠雷達天線的轉動實現的,被稱為機械掃描。而相控陣雷達是用電的方式控制雷達波束的指向變動來進行掃描發現目標的。這種方式被稱為電掃描。相控陣雷達雖然不能像其他雷達那樣靠旋轉天線來使電磁瓣轉動,一個相位一個相位地進行搜索。但它自有自己的“絕招”,那就是使用“移相器”來實現電磁瓣轉動。
      在相控陣雷達直徑為幾十米的圓形天線陣上,排列著上萬個能發射電磁波的輻射器,每個輻射器配有一個“移相器”,每個“移相器”都由電子計算機控制。當雷達工作時,電子計算機就通過控制這些“移相器”,來改變每個輻射器向空中發射電磁波的“相位”,從而使電磁瓣能像轉動的天線一樣,一個相位一個相位地偏轉,從而完成對空搜索使命。
      相控陣雷達使用1個不動的天線陣面,就可以對120度扇面內的目標進行探測,使用3個天線陣面,就能實現360度無間斷的目標探測和跟蹤?!颁伮纷Α本陀?個固定不動的大型天線面
      蘇35的雪豹E型機載雷達 蘇35的雪豹E型機載雷達
      陣,可以對360度范圍內的目標進行探測,探測距離達5000公里。
      當相控陣雷達警戒、搜索遠距離目標時,雖然看不到天線轉動,但上萬個輻射器通過電子計算機控制集中向一個方向發射、偏轉,即使是上萬公里外來襲的洲際導彈和幾萬公里遠的衛星,也逃不過它的“眼睛”。如果是對付較近的目標,這些輻射器又可以分工負責,有的搜索、有的跟蹤、有的引導,同時工作。每個“移相器”可根據自己擔負的任務,使電磁瓣在不同的方向上偏轉,相當于無數個天線在轉動,其速度之快非一般天線所能相比。正是由于這種雷達天線摒棄了一般雷達天線的工作原理,利用“移相器”來實現電磁瓣的轉動,人們給它起了個與眾不同的名字--相控陣雷達,代表著“相位可以控制的天線陣”的含義。

      歷史編輯本段

      相控陣技術,早在20世紀30年代后期就已經出現。1937年,美國首先開始這項研究工作。但一直到20世紀50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣雷達。
      諾斯羅普公司為F-16開發新型AESA雷達 諾斯羅普公司為F-16開發新型AESA雷達
      20世紀60年代,美國和前蘇聯相繼研制和裝備了多部相控陣雷達,多用于彈道導彈防御系統,如美國的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR,前蘇聯的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣雷達,其共同點: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。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯的“狗窩”最為典型。
      20世紀70年代,相控陣雷達得到了迅速發展,除美蘇兩國外,又有很多國家研制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、意大利的RAT-31S、德國的KR-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、應用范圍廣等特點。
      20世紀80年代,相控陣雷達由于具有很多獨特的優點,得到了更進一步的應用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠程防空導彈武器系統中多采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志。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,其制造和研究更上一層樓。

      發展編輯本段

      裝備有源相控陣雷達的歐洲戰斗機首飛
      雷達體制從無源到有源
      作為有源相控陣雷達的前身,無源相控陣雷達的發射機與天線分離配置,射頻能量從發射機通過復雜昂貴的波導管饋送至天線。但是,波導管穿過甲板、隔艙等艦體結構,自然會影響艦體的強度;而且這種配置的可靠性也較低,一旦發射機組或波導管出現故障或戰損,就會導致整個雷達系統的失效。同時,無源相控陣雷達由行波管之類的發射機來提供功率,要增大雷達發射功率不那樣容易。人們認識到了無源相控陣雷達的上述缺點,設法尋找新的雷達模式。
      微波集成電路的快速發展帶來了機遇--人們可以在砷化鎵晶片上做出幾厘米大小、能發射/接收電磁波的小單元,用來取代龐大的行波管和天線。將一個個這種小單元(移相器)排成陣列,就成為發射機與天線合一的有源相控陣雷達。與無源相控陣雷達不同,有源相控陣雷達拋棄了集中式發射機,而是每一個天線單元都配備一個獨立的雷達發射機,只要增加天線的發射/接收單元數,就可以增加發射功率。
      有源相控陣雷達不使用穿過艦體的波導管,降低了系統的復雜性和體積,也相應減少了饋電系統造成的能量損耗;每個天線單元均具備獨立發射與接收電磁波的功能,少數天線單元的故障或受損不會導致整個系統的失效,故可靠性與抗戰損能力有了大幅度的提升;高峰值功率是通過諸多天線單元合成的方式來實現的,因此降低了對微波元件的峰值功率要求,有助于降低成本。同時,有源相控陣雷達在雷達波束的分配、管理與運用上也更加靈活,有利于提高雷達系統的反應速度與效率。
      俄超大型相控陣雷達系統
      全面提升電子對抗能力
      在電子對抗日趨激烈的未來海戰場環境中,為了有效地發揮雷達的信息作戰優勢,
      中國公開新型相控陣雷達 中國公開新型相控陣雷達
      強大的抗干擾、電子壓制能力不可或缺。面對海軍作戰區域由遠洋向近岸水域轉變的趨勢,水面艦艇所面臨的威脅與實戰環境也變得更加復雜。對艦載相控陣雷達來說,淺灘、急流、礁石、島嶼、海岸線陸地、叢林等復雜地形所造成的雜波和多重反射,對??漳繕说膫蓽y造成了很大干擾,急需提高雷達的抗干擾能力。而有效對抗反輻射導彈的威脅,也成為確保艦載相控陣雷達生存和有效運用的必要前提。采用雷達低截獲概率技術
      艦艇要改善隱身性能,除了降低雷達反射截面之外,還需要嚴格控制艦載設備發射的各種電磁波,以避免敵方探測到艦艇位置。而艦載相控陣雷達必須時常開機,會發射大量電磁波,對艦艇隱身十分不利。因此要采取降低峰值功率、編碼擴展頻譜、削減波束旁瓣等“雷達低截獲概率技術”,使敵方難以捕捉到相控陣雷達發射的信號,或由于信號太微弱而無法判定雷達載艦的準確位置。這種技術還有助于提高艦載相控陣雷達對抗反輻射導彈的生存能力。
      增強彈道導彈偵測能力
      除此而外,艦載相控陣雷達還力求與艦載指控系統、數據鏈、編隊網絡整合并高速交換數據,爭取能通過雷達反射特性快速辨識目標艦(機)。長遠目標是整合各種艦載雷達的功能,以期用1部多功能相控陣雷達滿足從遠程導彈攔截到近距防御的多種需求,如遠距離探測、跟蹤、目標鎖定以及各類艦載武器的導引、作戰指揮,從根本上簡化艦艇的雷達配置。

      世界典型機載相控陣一覽編輯本段

      國家類別型號裝備機型狀態
      美國
      PESA
      APY-3
      E-8退役 
      APQ-164B-1B服役
      APQ-181
      (PESA升級至AESA)
      B-2
      服役

      AESA
      APG-63V2/V3
      F-15 服役 
      APG-77F-22服役
      APG-79F/A-18E/F服役
      APG-80F-16服役
      APG-81F-35服役
      APG-82F-15E服役
      APG-83F-16服役
      APS-149P-3服役
      APY-7E-8服役
      APY-9E-2D服役
      APY-10P-8服役
      “瞭望者”波音737AEW服役
      MFASRQ-4服役
      日本
      AESA
      JPG-1F-2服役
      JPG-2F-2未服役
      ?P-1服役
      HPS-104
      SH-60服役
      "多功能射頻系統"(RF)ATD-X"心神”研發
      俄羅斯
      PESA
      N001VEP+Pero“熊貓”蘇-27
      驗證
      N007/A/AM“閃舞”
      米格-31服役
      N010F“甲蟲F”蘇-27 驗證
      N010MF/MFE"甲蟲MF/MFE"米格-29 蘇-27  無服役
      N010MFS/MFSE"甲蟲MFS/MFSE"
      蘇-27 蘇-33UB 無服役
      N011M
      蘇-30MKI/MKM/MKA/SM 服役
      N035"雪豹-E“蘇-35服役
      V-004蘇-34服役
      “檢閱-K"圖-160服役
      AESA
      N010A/AE”甲蟲A/AE“卡-52 米格-35服役
      N036"松鼠“
      N036B-1-01
      N036L-1-01
      PAK FA
      未服役
      ?A-100研發
      V-004AM
      蘇-34研發
      中國
      AESA
      1475型殲-20研發
      ?(存疑)殲-11D 殲-16研發
      ?(存疑) 殲-10B服役
      ?空警-2000 空警-500服役
      ?空警-200 運-8AEW服役
      法國
      PESARBE-2陣風服役
      AESARBE-2AA陣風服役
      以色列
      PESAEL/M-2026未知
      無服役 
      AESA
      EL/M-2052米格-29 LCA等未服役
      EL/M-2075波音-707 波音-767等服役
      EL/W-2080G-550服役
      EL/W-2090A-50 服役
      意大利
      AESA
      ES-05
      JAS-39未服役
      VIXEN1000E
      未知未服役
      VIXEN500E未知未服役
      PICOSAR未知未服役
      海狼7000E山貓未服役
      海狼7500E
      MQ-9服役
      印度
      AESA
      HMRLCA無服役
      ?AMCA研發
      瑞典AESAPS-05MK5JAS-39未服役
      "愛立眼”EMB-145服役
      國際合作AESAAMSAREF-2000驗證
      Captor-EEF-2000研發
      加拿大AESAAPS-504V6未知研發

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