第一篇：雷達(dá)原理論文

雷達(dá)原理論文

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指導(dǎo)老師：

2014年3月

雷達(dá)的隱身與反隱身技術(shù)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隱身和反隱身技術(shù)具有重要作用和戰(zhàn)略意義, 上個世紀(jì)的局部戰(zhàn)爭已充分證實了這一點，如美國的F-117飛機在1989年入侵巴拿馬和1991年轟炸伊拉克的戰(zhàn)爭中大顯神威, 這就是隱身技術(shù)應(yīng)用的成功實例。隱身技術(shù)的迅速發(fā)展對戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)防御系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術(shù)。

隱身與反隱身技術(shù)越來越受到人們的重視。目前應(yīng)用于武器系統(tǒng)中的探測手段有雷達(dá)、紅外、激光和聲波等,而雷達(dá)在各種探測器中占有相當(dāng)重要的地位,因此研究雷達(dá)的隱身和反隱身技術(shù)勢在必行。

雷達(dá)基本原理

雷達(dá)發(fā)射機輸出的功率饋送到天線，由天線將能量以電磁波的形式輻射到空間，電磁波脈沖在空間傳輸過程中遇到目標(biāo)會產(chǎn)生反射，雷達(dá)就是利用目標(biāo)對電磁波的反射、應(yīng)答等來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。但雷達(dá)的探測距離有一定范圍,雷達(dá)探測的基本原理和系統(tǒng)特征可以用雷達(dá)方程來描述:

Rmax?42PGG??ttr?4??3Smin

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Smin 為雷達(dá)最小可檢測信號，Gt為發(fā)射天線的增益，Gr為接收天線的增益，?為雷達(dá)工作波長，?為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積（RCS）。

雷達(dá)截面積是目標(biāo)對入射雷達(dá)波呈現(xiàn)的有效散射面積。從公式中可以看出雷

1達(dá)最大作用距離Rmax與目標(biāo)的雷達(dá)截面積?的 次方成正比。因此,要減小雷達(dá)

4的最大作用距離可以通過減小目標(biāo)的RCS 來實現(xiàn)。目前用來減小目標(biāo)RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機的外形和結(jié)構(gòu)，稱之為外形隱身；二是采用吸收雷達(dá)波的涂敷材料和結(jié)構(gòu)材料，稱之為材料隱身。

雷達(dá)隱身技術(shù)

雷達(dá)隱形技術(shù)是一種不讓雷達(dá)觀測到的技術(shù)和方法，用于對付雷達(dá)偵察。這是一種最早出現(xiàn)、最常用的隱形技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種隱形武器上2

1)雷達(dá)隱形技術(shù)原理

雷達(dá)隱形技術(shù)原理是通過降低己方目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,達(dá)到隱形目的.所謂目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS，就是定量表征目標(biāo)散射強弱的物理量.目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,越小，雷達(dá)接收能量越小，因而使敵方偵察雷達(dá)難于對己方目標(biāo)作出正確的判斷,從而達(dá)到隱形目的。(2)減少雷達(dá)散射截面的途徑

一是采用材料隱形技術(shù)，即采用吸波材料或透波材料，使目標(biāo)不反射或少反射雷達(dá)波，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。雷達(dá)吸波材料是抑制目標(biāo)鏡面反射最有效的方法，早在二戰(zhàn)后期，德國潛艇的潛望鏡上就涂敷了吸波材料。這就是雷達(dá)隱形的初次嘗試?，F(xiàn)在吸波材料技術(shù)種類很多，一般采用鉛鐵金屬粉、不銹鋼纖維、石墨粉、鐵氧體等具有特殊電磁性能的物質(zhì)來制成，它們具有吸波雷達(dá)波的特性。吸波材料按其使用方法可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型。目前廣泛使用的涂料型鐵氧體吸波材料可大幅度降低反射回波。

二是采用外形隱形技術(shù)，即對己方的武器裝備采用特殊的形狀，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。外形隱形技術(shù)歷史不長，發(fā)展很快，應(yīng)用十分廣泛。目前已成為隱形技術(shù)中最重要和最有效的技術(shù)途徑。所謂外形隱形技術(shù)，就是合理地設(shè)計武器裝備的外形，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS；同時使目標(biāo)的回波偏離偵察雷達(dá)的視向。

對飛行器而言，最重要的威脅方向通常是在鼻錐方向某一角度范圍內(nèi)，因此多以減小飛行器頭部方向RCS為重點。由于外形技術(shù)與飛行器的氣動性能直接相關(guān)，有時會影響其飛行速度和機動性等，因此二者必須進(jìn)行折中處理。例如：隱形飛機F117A就是采用以外形技術(shù)為主、吸波材料為輔的隱形方案。其形狀是一個前后緣不平行的復(fù)雜多面體，飛機大部分表面都后傾，與垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角機翼和V形雙垂尾。這種奇特外形使F117A在飛行過程中，雷達(dá)上下散射，產(chǎn)生時隱時現(xiàn)的微弱回波，雷達(dá)很難探測到這些信號，這就大大降低了F117A的雷達(dá)散射截面RCS，提高了其隱形效果。

雷達(dá)反隱身技術(shù)

反隱身技術(shù)是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術(shù)。雷達(dá)隱身是主要發(fā)展和使用的隱身技術(shù)，因此反雷達(dá)隱身也是當(dāng)前重點發(fā)展的反隱身技術(shù)。

電磁隱形的核心問題在于降低RCS。因為RCS越小,雷達(dá)就越難對目標(biāo)做出正確判斷。削減 RCS的方法多種多樣,但大體上不外乎隱身材料和外形設(shè)計這兩大方向。因此 ,雷達(dá)反隱身技術(shù)的研究也不外乎圍繞這兩大方向來開展。

1.采用長波或毫米波雷達(dá)

長波雷達(dá)可以對付隱身飛機的外形調(diào)整設(shè)計及現(xiàn)用的RAM(雷達(dá)吸波材料),使得隱身飛機外形設(shè)計與RAM涂層厚度有難以實現(xiàn)的過高要求。目前發(fā)展很快的長波雷達(dá)是OTH(超視距)雷達(dá),其工作波長達(dá)10m～60m(頻率為 5MHz～28MHz),完全在正常雷達(dá)工作波段范圍之外。這種雷達(dá)靠諧振效應(yīng)探測大多數(shù)目標(biāo),幾乎不受現(xiàn)有RAM的影響。毫米波雷達(dá)是反隱身技術(shù)的有效途徑。由于頻率為30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外,同時毫米波雷達(dá)具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾力強并對目標(biāo)細(xì)節(jié)反應(yīng)敏感等特點,使得目標(biāo)外形圖像可在雷達(dá)熒屏上直接顯示出來,因而具有反隱身能力。目前對長波或毫米波雷達(dá)主要研究解決如下問題: VHF雷達(dá)(頻率160MHz～180MHz、波長1.65m～1.90m)在探測低飛目標(biāo)或?qū)Ω度斯じ蓴_時存在嚴(yán)重問題；OTH雷達(dá)提供的跟蹤和定位數(shù)據(jù)不夠精確;毫米波雷達(dá)(頻率約為 94 GHz)探測概率不高。

2.采用雙/多基地雷達(dá)

雙 /多基地雷達(dá)系統(tǒng)是將發(fā)射機和接收機分臵在2個或2個以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛(wèi)星等多種平臺。利用遠(yuǎn)離發(fā)射機的接收機接收隱身飛機偏轉(zhuǎn)的雷達(dá)波,從側(cè)面探測隱身目標(biāo),并因無源而不會受到反輻射導(dǎo)彈的威脅。目前正在研究解決的主要問題是,不論是雙站還是多站雷達(dá),接收機都必須在發(fā)射波束的作用范圍之內(nèi)并與發(fā)射機精確同步。解決這個問題的一個辦法是,采用廣角天線并利用GPS。

3.采用無載頻超寬波段雷達(dá)

無載頻超寬波段雷達(dá)被稱為“反隱身雷達(dá)”,無載頻脈沖可覆蓋 L、S、C等波段。產(chǎn)生這種脈沖的小型低功率雷達(dá)已廣泛用于民用。目前,正是積極探索適用于防空的無載頻超寬波段雷達(dá),以及研究解決提高無載頻超寬波段雷達(dá)平均功率和在沒有載頻引導(dǎo)下保證寬波段接收機能區(qū)分出噪聲與目標(biāo)回波的問題。

4.采用激光雷達(dá)和紅外探測系統(tǒng)

由于隱身飛機主要是針對雷達(dá)電磁波隱身,其聲、光、紅外隱身效果較之雷達(dá)隱身相差很大,所以采用光學(xué)、紅外、紫外探測器 ,可彌補雷達(dá)探測的缺陷。英國宇航公司曾將“輕劍” 雷達(dá)改裝成光電跟蹤系統(tǒng),在6 km的距離上截獲和跟蹤了 B-2隱形轟炸機。目前正在研究解決的主要問題是 ,提高其作用距離以及在惡劣環(huán)境下的使用效能。

5.發(fā)展空基或天基平臺雷達(dá)

隱身飛行器的隱身重點一般放在鼻錐方向±45°角范圍內(nèi)。因此,將探測系統(tǒng)安裝在空中或衛(wèi)星上進(jìn)行俯視 ,可提高探測雷達(dá)截面較小目標(biāo)的概率。美空軍的 E-3A預(yù)警機和海軍正在研制的“鉆石眼”預(yù)警機以及高空預(yù)警氣球,都能有效地探測隱身目標(biāo)。美國還正在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機、預(yù)警衛(wèi)星等。此外 ,俄羅斯、英國、印度等國都很重視發(fā)展預(yù)警機的工作。

中國在雷達(dá)反隱身技術(shù)上也取得了一定的突破。

中國曾展出過一款“諧振雷達(dá)”，據(jù)稱，該雷達(dá)是一種新概念雷達(dá)，利用電磁諧振現(xiàn)象使目標(biāo)回波信號增強10-100倍，可連續(xù)觀察和跟蹤飛機、隱身飛機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等多種飛行目標(biāo)和水面目標(biāo)，有目標(biāo)識別能力。成為入侵目標(biāo)的克星，可以提供距離量程為600-2000公里的多種規(guī)格。

隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)之間的競爭，最終將會使得兩種技術(shù)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。任何一方的技術(shù)突破帶來的失衡必然會導(dǎo)致另一方技術(shù)的奮起直追。技術(shù)上的領(lǐng)先和創(chuàng)新將是未來戰(zhàn)爭中出奇制勝的法寶。

第二篇：雷達(dá)原理大作業(yè)

雷達(dá)目標(biāo)識別技術(shù)綜述

1引言

目標(biāo)識別是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的一個重要組成部分。對雷達(dá)目標(biāo)識別的研究，在國內(nèi)外已經(jīng)形成熱點，但由于問題本身的復(fù)雜性，以及多干擾信號，特別是多噪聲干擾源存在的復(fù)雜電磁環(huán)境，雷達(dá)目標(biāo)識別問題至今還沒有滿意的答案，尚無成熟的技術(shù)和方法。因此，對雷達(dá)目標(biāo)識別技術(shù)的研究具有極其重要的軍事應(yīng)用價值。本文將對雷達(dá)自動目標(biāo)識別技術(shù)進(jìn)行簡要回顧，討論目前理論研究和應(yīng)用比較成功的幾類目標(biāo)識別方法，以及應(yīng)用于雷達(dá)目標(biāo)識別中的模式識別技術(shù)，分析和討論問題的可能解決思路。

2雷達(dá)目標(biāo)識別模型

雷達(dá)目標(biāo)識別需要從目標(biāo)的雷達(dá)回波中提取目標(biāo)的有關(guān)信息標(biāo)志和穩(wěn)定特征并判明其屬性。它根據(jù)目標(biāo)的后向電磁散射來鑒別目標(biāo)，是電磁散射的逆問題。利用目標(biāo)在雷達(dá)遠(yuǎn)區(qū)所產(chǎn)生的散射場的特征，可以獲得用于目標(biāo)識別的信息，回波信號的幅值、相位、頻率和極化等均可被利用。對獲取的目標(biāo)信息進(jìn)行計算機處理，與已知目標(biāo)的特性進(jìn)行比較，從而達(dá)到自動識別目標(biāo)的目的。識別過程分成三個步驟：目標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取、特征提取和分類判決。相應(yīng)模型如圖“所示。

整個識別過程可以分為兩個階段：訓(xùn)練（或設(shè)計）階段和識別階段。前者用一定數(shù)量的訓(xùn)練樣本進(jìn)行分類器的設(shè)計或訓(xùn)練，后者用所設(shè)計或訓(xùn)練的分類器對待識別的樣本進(jìn)行分類決策。

訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲取是對各已知目標(biāo)進(jìn)行測量，取得目標(biāo)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)獲取是獲得未知種類目標(biāo)的測量數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)的獲得可采用目標(biāo)的靶場動態(tài)測量、外場靜態(tài)測量、微波暗室縮比模型等。特征提取模塊從目標(biāo)回波數(shù)據(jù)中提取出對分類識別有用的目標(biāo)特征信息。特征空間壓縮與變換模塊對特征信息進(jìn)行特征空間維數(shù)壓縮與變換，得到具有高同類聚合性的訓(xùn)練樣本進(jìn)行分類器的設(shè)計。類間可分離性的特征。分類器設(shè)計模塊根據(jù)已知類別目標(biāo)分類模塊完成對未知目標(biāo)的分類判決。

3雷達(dá)目標(biāo)識別技術(shù)回顧

雷達(dá)目標(biāo)識別的研究始于”#世紀(jì)$#年代。早期雷達(dá)目標(biāo)特征信號的研究工作主要是研究雷達(dá)目標(biāo)的有效散射截面積。但是，對形狀不同、性質(zhì)各異的各類目標(biāo)，籠統(tǒng)用一個有效散射截面積來描述，就顯得過于粗糙，也難以實現(xiàn)有效識別。幾十年來，隨著電磁散射理論的不斷發(fā)展以及雷達(dá)技術(shù)的不斷提高，在先進(jìn)的現(xiàn)代信號處理技術(shù)條件下，許多可資識別的雷達(dá)目標(biāo)特征信號相繼被發(fā)現(xiàn)，從而建立起了相應(yīng)的目標(biāo)識別理論和技術(shù)。近年來理論研究和實際應(yīng)用比較成功的目標(biāo)識別方法有以下4類。

3.1基于目標(biāo)運動的回波起伏和調(diào)制譜特性的目標(biāo)識別

這類方法大都基于目前廣泛使用的雷達(dá)時域一維目標(biāo)回波波形，抽取波形序列中包含的目標(biāo)特征信息來實現(xiàn)目標(biāo)分類。這類研究已獲得一些成功應(yīng)用。(1)利用目標(biāo)回波起伏特性的識別

空中目標(biāo)對低分辨力雷達(dá)來講可以看作點目標(biāo)，其運動過程中，目標(biāo)回波的幅度相位隨目標(biāo)對雷達(dá)的相對姿態(tài)的不同而變化，根據(jù)目標(biāo)回波的幅度與相位的變化過程，判斷其形狀，對復(fù)信息數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，可以判斷目標(biāo)的運動情況(2)利用動態(tài)目標(biāo)的調(diào)制譜特性的識別

動態(tài)目標(biāo)如飛機的螺旋槳或噴氣發(fā)動機旋轉(zhuǎn)葉片、直升機的旋翼等目標(biāo)結(jié)構(gòu)的周期運動，產(chǎn)生對雷達(dá)回波的周期性調(diào)制。不同目標(biāo)的周期性調(diào)制譜差異很大，因而可用于目標(biāo)識別。詳細(xì)分析了噴氣發(fā)動機的調(diào)制現(xiàn)象，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為利用JEM效應(yīng)進(jìn)行目標(biāo)識別奠定了理論基礎(chǔ)。

3.2基于極點分布的目標(biāo)識別

目標(biāo)的自然諧振頻率又稱為目標(biāo)極點，“極點”和“散射中心”分別是在諧振區(qū)和光學(xué)區(qū)建立起來的基本概念。目標(biāo)極點分布只決定于目標(biāo)形狀和固有特性，與雷達(dá)的觀測方向（目標(biāo)姿態(tài)）及雷達(dá)的極化方式無關(guān)，因而給雷達(dá)目標(biāo)識別帶來了很大方便。

除了直接求目標(biāo)的極點外，由于目標(biāo)的極點與目標(biāo)的頻率響應(yīng)存在一一對應(yīng)的關(guān)系，人們還研究了由目標(biāo)的頻域響應(yīng)來識別目標(biāo)的方法，典型方法有，從目標(biāo)的頻域響應(yīng)來識別目標(biāo)的方法；獲取目標(biāo)極點的頻域Prony法；由于頻域法的目標(biāo)極點估算精度同樣受到噪聲和雜波的限制，具有改善作用的數(shù)據(jù)多重組合法被提出。

為避開需要實時地直接從含噪的目標(biāo)散射數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)的極點，基于波形綜合技術(shù)的目標(biāo)識別方法被得到廣泛重視。它將接收到的目標(biāo)散射信號回波與綜合出來的代表目標(biāo)的特征波形進(jìn)行數(shù)字卷積，再根據(jù)卷積輸出的特征來判別目標(biāo)。E-脈沖法、頻域極大極小擬合匹配法等，都避開了直接提取目標(biāo)極點，減小了運算量。

3.3基于高分辨力雷達(dá)成像的目標(biāo)識別

借助高分辨力雷達(dá)對目標(biāo)進(jìn)行一維或二維距離成像，或采用合成孔徑雷達(dá)或逆合成孔徑雷達(dá)對目標(biāo)成像得到二維雷達(dá)圖像，可獲取目標(biāo)的形狀結(jié)構(gòu)信息。

由于一維距離像的獲取相對簡單，利用一維距離像進(jìn)行目標(biāo)識別的方法在;#年代以后被得到廣泛重視和深入研究?；谝痪S距離像的目標(biāo)識別方法，在艦船目標(biāo)、坦克、車輛等地面目標(biāo)、飛機目標(biāo)識別中分別獲得了較高的正確識別率。由于目標(biāo)的一維距離像常會受目標(biāo)之間、目標(biāo)各散射點之間的相互干涉、合成等交叉項的影響，限制了識別率的提高，因而雙距離像方法被提出并獲得了較高的識別率。為改善目標(biāo)識別的性能，可以將目標(biāo)一維距離像與其它目標(biāo)特征（如極化特征）相結(jié)合。對于基于二維雷達(dá)圖像的目標(biāo)識別，可利用圖象識別技術(shù)來進(jìn)行，這是目標(biāo)識別領(lǐng)域中最為直觀的識別方法，但是如何獲得高質(zhì)量的目標(biāo)二維圖像是進(jìn)行目標(biāo)識別的首先要解決的問題。

3.4基于極化特征的目標(biāo)識別

極化是描述電磁波的重要參量之一，它描述了電磁波的矢量特征。極化特征是與目標(biāo)形狀本質(zhì)有密切聯(lián)系的特征。任何目標(biāo)對照射的電磁波都有特定的極化變換作用，其變換關(guān)系由目標(biāo)的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)和取向所決定。測量出不同目標(biāo)對各種極化波的變極化響應(yīng)，能夠形成一個特征空間，就可對目標(biāo)進(jìn)行識別。極化散射矩陣（復(fù)二維矩陣）完全表征了目標(biāo)在特定姿態(tài)和輻射源頻率下的極化散射特性。對目標(biāo)幾何形狀與目標(biāo)極化特性的關(guān)系的研究結(jié)果表明，光學(xué)區(qū)目標(biāo)的極化散射矩陣反映了目標(biāo)鏡面曲率差等精密物理結(jié)構(gòu)特性。

經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多種利用極化信息進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識別的方法，其主要方法分為：

1）根據(jù)極化散射矩陣識別目標(biāo)根據(jù)極化散射矩陣來識別目標(biāo)是利用極化信息識別目標(biāo)的基本方法。具體分為：根據(jù)不同極化狀態(tài)下目標(biāo)截面積的對比來識別目標(biāo)；根據(jù)從目標(biāo)極化散射矩陣中導(dǎo)出的目標(biāo)極化參數(shù)集（極化不變量）來識別目標(biāo)；根據(jù)目標(biāo)的最佳極化或極化叉來識別目標(biāo)。

由于不同姿態(tài)角下目標(biāo)極化特性的改變，限制了根據(jù)極化散射矩陣及其派生參數(shù)識別目標(biāo)的有效性，使之只能應(yīng)用于簡單幾何形體目標(biāo)，或與其它識別方法結(jié)合使用。

2)利用目標(biāo)形狀的極化重構(gòu)識別目標(biāo)對低分辨力雷達(dá)，不能區(qū)分目標(biāo)上各個散射中心的回波，只能從它們的綜合信號中提取極化特征，因而只能從整體上對簡單形體的目標(biāo)加以粗略的識別。

對高分辨力雷達(dá)，目標(biāo)回波可分解為目標(biāo)上各個主要散射中心的回波分量。對復(fù)雜形狀目標(biāo)的極化重構(gòu)，就是利用高分辨力雷達(dá)區(qū)分出各個散射中心的回波，分別提取其極化信息。在對各個散射中心分別作出形狀判斷（可以利用目標(biāo)的極化散射矩陣，或利用目標(biāo)的繆勒矩陣中各個元素同目標(biāo)形狀的關(guān)系）后，依據(jù)其相對位置關(guān)系，組合成目標(biāo)的整體形狀。最后同已知目標(biāo)數(shù)據(jù)庫相比較，得到識別結(jié)果。

3)與成像技術(shù)相結(jié)合的目標(biāo)識別結(jié)合SAR和ISAR成像，在相應(yīng)雷達(dá)上加裝變極化裝置，從而可以利用極化信息或?qū)O化信息與已有的圖象識別技術(shù)相結(jié)合，對每一像素進(jìn)行更有效的識別。

3.5各種特征識別方法對雷達(dá)的要求

不同的識別方法對雷達(dá)系統(tǒng)有著不同的要求。基于目標(biāo)運動的回波起伏和調(diào)制譜特性的目標(biāo)識別方法對雷達(dá)沒有特殊的要求，它是在現(xiàn)有雷達(dá)的基礎(chǔ)上，利用目標(biāo)運動所引起的回波起伏特性和動態(tài)目標(biāo)的調(diào)制譜特性，并結(jié)合雷達(dá)所能獲取的目標(biāo)空間坐標(biāo)及運動參數(shù)（如目標(biāo)高度、速度、航跡等）來進(jìn)行目標(biāo)識別，因而主要用于低分辨雷達(dá)的目標(biāo)識別。

基于極點分布的目標(biāo)識別方法可分為時域和頻域方法。時域方法提取目標(biāo)極點要求雷達(dá)的發(fā)射信號帶寬足夠?qū)?，以保證由目標(biāo)的瞬態(tài)響應(yīng)中能夠獲得正確的目標(biāo)極點；頻域方法則要求雷達(dá)能夠發(fā)射多種頻率的電磁波以獲取目標(biāo)的頻率響應(yīng)。

基于高分辨力雷達(dá)成像的目標(biāo)識別方法要求雷達(dá)不僅具有高的距離分辨力（對于一維距離像方法）而且具有高的角分辨力（對于二維距離像方法），這就要求采用寬帶高分辨、合成孔徑或逆合成孔徑雷達(dá)?；谀繕?biāo)極化特征的目標(biāo)識別方法要求雷達(dá)能夠測量目標(biāo)對不同極化方向的入射電磁波的極化散射特性、雷達(dá)具有變極化特性，這增加了雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜性，限制了其應(yīng)用。

4用于雷達(dá)目標(biāo)識別中的模式識別技術(shù)

進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)識別，必須依靠有效的目標(biāo)特征分類技術(shù)（模式識別技術(shù)）。模式識別技術(shù)的發(fā)展為雷達(dá)目標(biāo)識別的研究提供了有利的條件。統(tǒng)計模式識別方法、模糊模式識別方法、基于模型和基于知識的模式識別方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別方法等在雷達(dá)目標(biāo)識別中均有成功的應(yīng)用。

4.1統(tǒng)計模式識別方法

統(tǒng)計模式識別是傳統(tǒng)的模式識別方法，也是雷達(dá)目標(biāo)識別中最常用到的特征分類方法，它是一種根據(jù)已知樣本的統(tǒng)計特性來對未知類別樣本進(jìn)行分類的方法。其基本思想是用"維特征矢量表征目標(biāo)模式，并通過對樣本的學(xué)習(xí)，估計出特征矢量的概率分布密度函數(shù)，在某種最優(yōu)準(zhǔn)則下，利用特征矢量的統(tǒng)計知識來構(gòu)造判別函數(shù)，從而在保證分類誤差概率最小的條件下，對目標(biāo)進(jìn)行分類。

4.2模糊模式識別方法

在雷達(dá)目標(biāo)識別中，由于噪聲對目標(biāo)背景的污染，目標(biāo)信息轉(zhuǎn)換過程中特征信息的隨機交迭，目標(biāo)信息隨時間、距離、方位和姿態(tài)等因素的變化都可引起信息的模糊及目標(biāo)特征的畸變，影響目標(biāo)識別的效果。

在模糊集理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的模糊模式識別技術(shù)，適于描述目標(biāo)特征存在不同程度的不確定性。在目標(biāo)識別過程中，模糊模式識別技術(shù)通過將數(shù)值變換提取的目標(biāo)特征轉(zhuǎn)換成由模糊集及隸屬函數(shù)表征，再通過模糊關(guān)系和模糊推理等對目標(biāo)的所屬關(guān)系加以判定。

因此，模糊模式識別技術(shù)可以有效地完成一些傳統(tǒng)模式識別中遇到的難題，近年來得到了廣泛的研究。

4.3基于模型和基于知識的模式識別方法

基于模型的模式識別方法是用一種數(shù)學(xué)模型來表示從目標(biāo)樣本空間或特征空間中獲取的、描述目標(biāo)固有特性的各種關(guān)系準(zhǔn)則。在建模過程中，除了利用目標(biāo)的物理特性外，還運用了特征之間的符號關(guān)系準(zhǔn)則，如特征隨姿態(tài)角變化的規(guī)律等，因此，基于模型的的模式識別方法在一定程度上改善了傳統(tǒng)的統(tǒng)計模式識別方法中信息利用率不高的缺點。目前也有不少人在致力于基于模型的目標(biāo)識別方法的研究.基于知識的模式識別方法是結(jié)合人工智能技術(shù)的識別方法。它把人們在實踐中逐步積累的知識和經(jīng)驗用簡單的推理規(guī)則加以表述，并轉(zhuǎn)換為計算機語言，利用這些規(guī)則可以獲得與專家有同樣識別效果的模式識別結(jié)果。

基于模型的方法常與基于知識的方法相結(jié)合，通過建立的目標(biāo)模型庫與相應(yīng)的推理規(guī)則相結(jié)合完成目標(biāo)的分類識別。

4.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN和生物神經(jīng)系統(tǒng)之間有著內(nèi)在的聯(lián)系，能夠在有限領(lǐng)域內(nèi)模擬人腦加工、存儲與搜索信息的機制來解決某些特定的問題。它具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)能力，可以處理一些環(huán)境信息十分復(fù)雜、背景知識不清楚的問題，通過對樣本的學(xué)習(xí)建立起記憶，然后將未知模式判為其最為接近的記憶。由于其自身的上述特點，模式識別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用得最為廣泛的領(lǐng)域之一。

由于雷達(dá)目標(biāo)特征信息在模式空間中的分布常常極為復(fù)雜，要獲得其先驗統(tǒng)計知識并用傳統(tǒng)的模式識別方法來實現(xiàn)目標(biāo)識別很困難。ANN可以通過學(xué)習(xí)獲得目標(biāo)特征信號在模式空間中的分布，因此在目標(biāo)識別的預(yù)處理、特征提取、模式分類的整個過程中均有初步的應(yīng)用。近%1年來，ANN用于雷達(dá)目標(biāo)識別得到了廣泛的重視。

總之，先進(jìn)的模式識別方法對于提高、改善雷達(dá)自動目標(biāo)識別系統(tǒng)的性能將起到至關(guān)重要的作用，對它的進(jìn)一步研究將具有重要的意義。

第三篇：雷達(dá)工作 原理

雷達(dá)的原理

雷達(dá)(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo)，測定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。

雷達(dá)發(fā)射機產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機，形成雷達(dá)的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。

為了測定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發(fā)射機到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機的傳播時間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離為：S=CT/2

其中S：目標(biāo)距離

T：電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時間

C：光速

雷達(dá)測定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實現(xiàn)的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測的方向，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，雷達(dá)讀出些時天線小事的指向角，就是目標(biāo)的方向角。兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測定目標(biāo)的方位角，三坐標(biāo)雷達(dá)可以測定方位角和俯仰角。

測定目標(biāo)的運動速度是雷達(dá)的一個重要功能，—雷達(dá)測速利用了物理學(xué)中的多普勒原理．當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對位置運動時，目標(biāo)回波的頻率就會發(fā)生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標(biāo)的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達(dá)，例如脈沖多普勒雷達(dá)，要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多。

雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統(tǒng)機動性等。

其中，作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離。它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積，并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大小）等因素有關(guān)。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域。

雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)很多，而且與雷達(dá)的體制有關(guān)，這里僅僅討論那些與電子對抗關(guān)系密切的主要參數(shù)。

根據(jù)波形來區(qū)分，雷達(dá)主要分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類。當(dāng)前常用的雷達(dá)大多數(shù)是脈沖雷達(dá)。常規(guī)脈沖雷達(dá)周期性地發(fā)射高頻脈沖。相關(guān)的參數(shù)為脈沖重復(fù)周期（脈沖重復(fù)頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈沖內(nèi)信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達(dá)的工作頻率。

雷達(dá)天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設(shè)計和制造過程中，雷達(dá)天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內(nèi)，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉(zhuǎn)動或電子控制，使雷達(dá)波束在探測區(qū)域內(nèi)掃描。

概括起來，雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術(shù)參數(shù)是根據(jù)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與指標(biāo)要求來選擇和設(shè)計的，因此它們的數(shù)值在某種程度上反映了雷達(dá)具有的功能。例如，為提高遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，預(yù)警雷達(dá)采用比較低的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率，而機載雷達(dá)則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率。這說明，如果知道了雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)，就可在一定程度上識別出雷達(dá)的種類。

雷達(dá)的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。通常可以按照雷達(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、無線電測高雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、雷達(dá)引信、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、機載截?fù)衾走_(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識別雷達(dá)等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達(dá)進(jìn)行區(qū)分。這里就對一些新體制的雷達(dá)進(jìn)行簡單的介紹。（軍事觀察·warii.net）

雙/多基地雷達(dá)

普通雷達(dá)的發(fā)射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機和接收機分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個或多個地點上，地點可以設(shè)在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設(shè)計主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá)，這對于單基地雷達(dá)很有效。但入射的雷達(dá)波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達(dá)中的一個接收機接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗雙/多基地雷達(dá)，較著名的“圣殿”計劃就是專門為研究雙基地雷達(dá)而制定的，已完成了接收機和發(fā)射機都安裝在地面上、發(fā)射機安裝在飛機上而接收機安裝在地面上、發(fā)射機和接收機都安裝在空中平臺上的試驗。俄羅斯防空部隊已應(yīng)用雙基地雷達(dá)探測具有一定隱身能力的飛機。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達(dá)，主要用于預(yù)警系統(tǒng)。

相控陣?yán)走_(dá)

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)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(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)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(jìn)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(dá)對目標(biāo)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(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點

（1）波束指向靈活，能實現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；（2）一個雷達(dá)可同時形成多個獨立波束，分別實現(xiàn)搜索、識別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個目標(biāo)；（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強；（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣?yán)走_(dá)與機械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機載和艦載防空系統(tǒng)、機載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

寬帶／超寬帶雷達(dá)

工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶／超寬帶雷達(dá)。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄，具有相當(dāng)高的距離分辨率，可探測到小目標(biāo)。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達(dá)，已完成動目標(biāo)顯示技術(shù)的研究，將要進(jìn)行雷達(dá)波形的試驗。

合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對運動，將雷達(dá)在每個不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行相干處理，就相當(dāng)于在空中安裝了一個“大個”的雷達(dá)，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標(biāo)方位分辨率，再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標(biāo)。合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如戰(zhàn)場偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測、地圖測繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等。美國的聯(lián)合監(jiān)視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá)，英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機正在試飛合成孔徑雷達(dá)。

毫米波雷達(dá)

工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標(biāo)。毫米波雷達(dá)還具有能力，特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器，已獲得了各國的調(diào)試重視。例如，美國的“愛國者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭，目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá)。

激光雷達(dá)

工作在紅外和可見光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá)。它由激光發(fā)射機、光學(xué)接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達(dá)的，因此激光雷達(dá)很容易“看穿”隱身目標(biāo)所玩的“把戲”；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標(biāo)。激光雷達(dá)在軍事上主要用于靶場測量、空間目標(biāo)交會測量、目標(biāo)精密跟蹤和瞄準(zhǔn)、目標(biāo)成像識別、導(dǎo)航、精確制導(dǎo)、綜合火控、直升機防撞、化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測、局部風(fēng)場測量、水下目標(biāo)探測等。美國國防部正在開發(fā)用于目標(biāo)探測和識別的激光雷達(dá)技術(shù)，已進(jìn)行了前視／下視激光雷達(dá)的試驗，主要探測偽裝樹叢中的目標(biāo)。法國和德國正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測和識別直升機的聯(lián)合研究工作。參考資料：

第四篇：雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)的工作原理

蜻蜓的復(fù)眼

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣?yán)走_(dá)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(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān)，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)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(jìn)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(dá)對目標(biāo)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(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別是就是無源是只有單個或者幾個發(fā)射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點：

（1）波束指向靈活，能實現(xiàn)無慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；

（2）一個雷達(dá)可同時形成多個獨立波束，分別實現(xiàn)搜索、識別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；

（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個目標(biāo)；

（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強；

（5）抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可*性高，即使少量組件失效仍能正常工作。

但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣?yán)走_(dá)與機械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可*、抗干擾能力更強，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機載和艦載防空系統(tǒng)、機載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用，是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)有多神？

“宙斯盾”系統(tǒng)的核心就是SPY—1D相控陣?yán)走_(dá)，特別是它出眾的預(yù)警搜索能力和識別能力，仿佛給妄圖“獨立”的臺灣新領(lǐng)導(dǎo)人一根救命稻草，一把夢幻的保護(hù)傘，而相控陣?yán)走_(dá)又再一次走進(jìn)國人的視線中。說到相控陣?yán)走_(dá)或技術(shù)，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關(guān)于中國如何監(jiān)測其隱型戰(zhàn)斗機的報道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監(jiān)視天空，經(jīng)濟又有效，這就是最原始、最基礎(chǔ)的雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)。

下面談一談雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展情況。

一、雷達(dá)及其分類

雷達(dá)（Radar，即 radio detecting and ranging），意為無線電搜索和測距。它是運用各種無線電定位方法，探測、識別各種目標(biāo)，測定目標(biāo)坐標(biāo)和其它情報的裝置。在現(xiàn)代軍事和生產(chǎn)中，雷達(dá)的作用越來越顯示其重要性，特別是第二次世界大戰(zhàn)，英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰(zhàn)，使雷達(dá)的重要性顯露的非常清楚。雷達(dá)由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號處理器、電源等組成。其中，天線是雷達(dá)實現(xiàn)大空域、多功能、多目標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵之一；信號處理器是雷達(dá)具有多功能能力的核心組件之 雷達(dá)種類很多，可按多種方法分類：

（1）按定位方法可分為：有源雷達(dá)、半有源雷達(dá)和無源雷達(dá)。

（2）按裝設(shè)地點可分為；地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、航空雷達(dá)、衛(wèi)星雷達(dá)等。

（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。

（4）按工作被長波段可分：米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和其它波段雷達(dá)。

（5）按用途可分為：目標(biāo)探測雷達(dá)、偵察雷達(dá)、武器控制雷達(dá)、飛行保障雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)等。

相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)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(tǒng)相比，有許多顯著的優(yōu)點。例如、相控陣省略了整個天線驅(qū)動系統(tǒng)，其中個別部件發(fā)生故障時，仍保持較高的可*性，平均無故障時間為10萬小時，而機械掃描雷達(dá)天線的平均無故障時間小于1000小時。下面主要介紹先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)。

二、相控陣?yán)走_(dá)的概況

相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。60年代，美國和前蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部相控陣?yán)走_(dá)，多用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，如美國的AN/FPS-

46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯(lián)的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣?yán)走_(dá)，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(yuǎn)。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯(lián)的“狗窩”最為典型，70年代，相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展，除美蘇兩國外，又有很多國家研制和裝備了相控陣?yán)走_(dá)，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?yán)走_(dá)具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨特的優(yōu)點，得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個重要標(biāo)志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭兵器的特點，其制造和研究將會更上一層樓。

三、相控陣原理

相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位關(guān)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布來實現(xiàn)波束在空間掃描，即電子掃描，簡稱電掃。相位控制可采用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關(guān)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(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)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?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而得名。

相控陣?yán)走_(dá)有相當(dāng)密集的天線陣列，在傳統(tǒng)雷達(dá)天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個相控陣天線(F-22約有2000個)，任何一個天線都可收發(fā)雷達(dá)波，而相鄰的數(shù)個天線即具有一個雷達(dá)的功能。掃描時，選定其中一個區(qū)塊(數(shù)個天線單元)或數(shù)個區(qū)塊對單一目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描，因此整個雷達(dá)可同時對許多目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描或追蹤，具有多個雷達(dá)的功能。由於一個雷達(dá)可同時針對不同方向進(jìn)行掃描，再加之掃描方式為電子控制而不必由機械轉(zhuǎn)動，因此資料更新率大大提高，機械掃描雷達(dá)因受限於機械轉(zhuǎn)動頻率因而資料更新周期為秒或十秒級，電子掃描雷達(dá)則為毫秒或微秒級。因而它更適於對付高機動目標(biāo)。此外由於可發(fā)射窄波束，因而也可充當(dāng)電戰(zhàn)天線使用，如電磁干擾甚至是構(gòu)想中發(fā)射反相位雷達(dá)波來抵消探測電波等。

四、相控陣?yán)走_(dá)分類

相控陣?yán)走_(dá)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采用電掃，天線陣是固定不動的。有限電掃相控陣是一種混合設(shè)計的天線，即把兩種以上天線技術(shù)結(jié)合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術(shù)與反射面天線技術(shù)相結(jié)合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設(shè)備造價和復(fù)雜程度。

天線陣，根據(jù)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(guān)系來實現(xiàn)波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實現(xiàn)波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個角坐標(biāo)實現(xiàn)波束電掃。相／頻掃是利用移相器控制平面陣一個坐標(biāo)而另一坐標(biāo)利用頻率變化控制來實現(xiàn)波束電掃．機/相掃是在方位上采用機掃、仰角上采用相掃。機／頻掃是在方位上采用機掃、仰角上采用頻掃。

五、相控陣?yán)走_(dá)的特點

相控陣?yán)走_(dá)之所以具有強大的生命力，因為它優(yōu)勝于一般機械掃描雷達(dá)。它具有以下特點：

（1）能對付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)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(xiàn)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(biāo)，并能同時制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個空中目標(biāo)。因此，適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。

（2）功能多，機動性強。相控陣?yán)走_(dá)能夠同時形成多個獨立控制的波束，分別用以執(zhí)行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種功能。一部相控陣?yán)走_(dá)能起到多部專用雷達(dá)的作用，如“愛國者”的一部多功能相控陣?yán)走_(dá)可以完成相當(dāng)于“霍克”和“奈基”－2型9部雷達(dá)的功能，而且還遠(yuǎn)比它們能夠同時對付的目標(biāo)多。因此，可大大減少武器系統(tǒng)的設(shè)備，從而提高系統(tǒng)的機動能力。

（3）反應(yīng)時間短、數(shù)據(jù)率高。相控陣?yán)走_(dá)可不需要天線驅(qū)動系統(tǒng)，波束指向靈活，能實現(xiàn)無慣性快速掃描，從而縮短了對目標(biāo)信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間，具有較高的數(shù)據(jù)率。相控陣天線通常采用數(shù)字化工作方式，使雷達(dá)與數(shù)字計算機結(jié)合起來，能大大提高自動化程度，簡化了雷達(dá)操作，縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時間，便于快速、準(zhǔn)確地實施畦達(dá)程序和數(shù)據(jù)處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標(biāo)的能力。

（4）抗干擾能力強。相控陣?yán)走_(dá)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(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量，易于實現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離目標(biāo)和小雷達(dá)反射面目標(biāo)（如隱形飛機），還可提高抗反輻射導(dǎo)彈的能力。

（5）可靠性高。相控陣?yán)走_(dá)的陣列組較多，且并聯(lián)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(tài)器件的發(fā)展，格控陣?yán)走_(dá)的固態(tài)器件越來越多，甚至已生產(chǎn)出全固態(tài)兒控陣?yán)走_(dá)，如美國的。“愛國者”雷達(dá)，其天線的平均故障間隔時間高達(dá)15萬小時，即使有10％單元損壞也不會影響雷達(dá)的正常工作。

當(dāng)然，相控陣?yán)走_(dá)不是十全十美的，也有其缺點。主要是造價貴，典型的相控陣?yán)走_(dá)比一般雷達(dá)的造價要高出若干倍。此外，相控陣?yán)走_(dá)對于短程彈道導(dǎo)彈的襲擊可以說是無能為力，這也是美國及臺灣為什么擔(dān)心大陸方面在福建沿海部署東風(fēng)導(dǎo)彈的原因。而1991年，海灣戰(zhàn)爭期間，伊拉克用“飛毛腿”導(dǎo)彈襲擊以色列的時候，其“愛國者”導(dǎo)彈根本無法有效將其擊落，何況短短的臺灣海峽呢？

有源相陣控雷達(dá)和無源相陣控雷達(dá)的區(qū)別

區(qū)別就是無源是只有單個或者幾個發(fā)射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發(fā)射和接收單元！機載雷達(dá)經(jīng)歷了從機械掃描形式到相控陣電子掃描，再到最新的保形“智能蒙皮”天線的發(fā)展過程，電子掃描雷達(dá)在作戰(zhàn)使用中的優(yōu)勢在哪里？未來的綜合式射頻（RF）傳感器系統(tǒng)的總體特點和關(guān)鍵技術(shù)是哪些？

近50多年來，機載雷達(dá)不斷采用新的技術(shù)成果，性能不斷提高，其中重要的有全向多脈沖射頻（MPRF）模式和高分辨率多普勒波束銳化（DBS）技術(shù)在雷達(dá)中的實際應(yīng)用。目前，由于在信號處理和砷化鎵微波集成電路領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)作為戰(zhàn)術(shù)飛機主傳感器的地位仍然會繼續(xù)保持下去。有源ESA的出現(xiàn)是技術(shù)上的又一進(jìn)步。它的每一個陣元中都有一個RF發(fā)射機和靈敏的RF接收機，在各個發(fā)射/接收（T/R）模塊內(nèi)都有一個功率放大器、一個低噪聲放大器和用砷化鎵技術(shù)制造的相位振幅控制裝置。有源ESA雷達(dá)技術(shù)放棄了傳統(tǒng)的中心式高功率發(fā)射機，除了具有無源相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點外，還提高了能量的使用效率并具有自適應(yīng)波束控制、強抗干擾能力和高可*性等優(yōu)點。

西方國家第一代有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)接近定型的有美國裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達(dá)。英、法和德國共同研制的AMSAR項目也確定使用先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，為其后續(xù)的歐洲戰(zhàn)斗機雷達(dá)的升級改裝做準(zhǔn)備。從今天的角度來看，雷達(dá)技術(shù)未來的下一個發(fā)展方向是保形“智能蒙皮”陣列，它把有源ESA技術(shù)和多功能共用RF孔徑結(jié)合了起來，在天線陣元的安排上，與飛機機身的結(jié)構(gòu)巧妙地配合，實現(xiàn)寬波段和多功能。保形天線陣列有高性能的處理器并使用空-時自適應(yīng)處理技術(shù)有效地抑制了外部的噪聲、干擾和雜波并能以最優(yōu)化的方式來探測所感興趣的目標(biāo)。雖然有許多相關(guān)的技術(shù)問題需要解決，但保形“智能蒙皮”技術(shù)并非是個不切實際的解決方案，預(yù)計在20～25年的時間內(nèi)就可以達(dá)到實用階段。

在10～15年內(nèi)，對戰(zhàn)術(shù)飛機射頻傳感器（包括雷達(dá)）未來所執(zhí)行的任務(wù)來說，最迫切的需要是增加功能、提高性能，并且還要注重經(jīng)濟性和可維護(hù)性。美國的“寶石路”計劃已經(jīng)證明，航空電子系統(tǒng)通過采用通用模塊、資源共享和傳感器的空間重構(gòu)（重構(gòu)的設(shè)備包括雷達(dá)、電子戰(zhàn)及通信-導(dǎo)航-識別等射頻傳感器）可以做到系統(tǒng)的造價和重量減小一半，而可*性提高三倍。它所確立的綜合模塊化航空電子的設(shè)計原則已用于JSF戰(zhàn)斗機的綜合傳感器系統(tǒng)（ISS）和多重綜合式射頻傳感器工程的設(shè)計中，歐洲類似的用于未來戰(zhàn)術(shù)飛機的綜合式射頻傳感器項目也正在實施。

第五篇：論文 相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理及應(yīng)用

相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理及其應(yīng)用

Xx（魯東大學(xué) 物理學(xué)院 09級物理一班 2xxxxxxxxxxxx）

摘要：本文應(yīng)用惠更斯菲涅耳原理以及平面衍射光柵原理簡要的分析了相控陣?yán)走_(dá)天線的工作原理，并簡要說明了實際相控陣?yán)走_(dá)的工作原理及其優(yōu)點。最后舉例說明了相控陣?yán)走_(dá)天線的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：相控陣；相位差；天線；

PHased array radar antenna working principle and its applicatio

LuHan

(Lu dong university Physics institute 09 level physics class20092312579)Abstract: this paper applied the huygensI型SAR天線為集中饋電的相控陣（下圖）。它工作于C頻段，峰值功率為5000W的波導(dǎo)窄片縫隙相控陣天線孔徑面積為15m×1.5m, 質(zhì)量300kg。方位方向上32個數(shù)字式鐵氧體移相器可靈活地改變天線的波束指向和形狀，使RadarsatП的天線陣面采用了T/R組件是一部接受和發(fā)射雙通道，幅度和相位皆能數(shù)字控制的多極化、超分辨成像的固態(tài)游園【2】 相控陣微帶天線。

Radarsat-I 的天線陣面

五、結(jié)束語

相控陣?yán)走_(dá)是當(dāng)今最先進(jìn)的軍事技術(shù)之一，在某種程度上來說它影響了當(dāng)今新軍事技術(shù)革命的發(fā)展方向。雖然存在一些不足之處，但我們有理由堅信：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建立在物理基石上的相控陣?yán)走_(dá)將會得到不斷的完善。在未來，不論是軍事斗爭上還是民用事業(yè)上，相控陣?yán)走_(dá)必定會發(fā)揮它不可替代的巨大作用。參考文獻(xiàn)：

【1】相控陣?yán)走_(dá)技術(shù) 張光義、趙玉潔 編著

【2】相控陣?yán)走_(dá)天線 束咸榮、何炳發(fā)、高鐵 著

【3】光學(xué)教程 第四版 姚啟鈞 原著 華東師大光學(xué)教材編寫組改編