相控陣?yán)走_(dá)功能特點(diǎn)及其應(yīng)用淺談

摘 要：相控陣?yán)走_(dá)具有波束捷變能力等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而可以滿足對(duì)高性能雷達(dá)系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需要。本文從第四代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)機(jī)載雷達(dá)的需求出發(fā)，討論了相控陣?yán)走_(dá)的功能特點(diǎn)及其應(yīng)用，指出相控陣體制是下一代機(jī)載雷達(dá)主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)載雷達(dá)；相控陣；第四代戰(zhàn)斗機(jī)

中圖分類號(hào)：TN958.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 16-0000-01

第四代戰(zhàn)斗機(jī)的研究?jī)?nèi)容和先進(jìn)性能被世界各國空軍和航空界所關(guān)注。它具有超音速巡航、低的可探測(cè)性、短距起降、高的機(jī)動(dòng)性和敏捷性、強(qiáng)的對(duì)地攻擊能力和奪取空中優(yōu)勢(shì)等超越第三代戰(zhàn)斗機(jī)的顯著特征，在航空電子設(shè)備和座艙顯示系統(tǒng)上也有重大改革。新一代戰(zhàn)斗機(jī)需要新一代雷達(dá)，未來戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)攻手段的特點(diǎn)是快速、精確和隱蔽，并配合強(qiáng)大的電子干擾。在單脈沖、數(shù)字式信號(hào)和數(shù)據(jù)處理、合成孔徑以及脈沖多普勒等機(jī)載雷達(dá)體制中，相控陣體制將是提高機(jī)載雷達(dá)在電磁環(huán)境中對(duì)付快速、機(jī)動(dòng)和隱身目標(biāo)以及徹底改進(jìn)可靠性的先進(jìn)技術(shù)。

一、相控陣?yán)走_(dá)及其組成

相控陣?yán)走_(dá)，即“相位可以控制的天線陣”的含義。目前典型的相控陣?yán)走_(dá)用移相器控制波束的發(fā)射和接收，共有兩種組成形式，一種稱為無源相控陣列，由數(shù)據(jù)/信號(hào)處理系統(tǒng)、激勵(lì)器、接收機(jī)、波控計(jì)算機(jī)、低壓電源、雙工器、發(fā)射機(jī)和無源陣組成，無源相控陣?yán)走_(dá)是共用一個(gè)或幾個(gè)高功率發(fā)射機(jī)，通過功率分配器激勵(lì)陣列天線，通過組合器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收；另一種稱為有源相控陣列，由數(shù)據(jù)/信號(hào)處理系統(tǒng)、激勵(lì)器、接收機(jī)、波控計(jì)算機(jī)、低壓電源和有源陣組成，有源相控陣?yán)走_(dá)采用電掃描方式，其射頻功率通過陣列結(jié)構(gòu)中的組件放大到輻射所需的電平，而且通常由陣列單元或子陣列中的某種功率“模塊”來實(shí)現(xiàn)。兩種組成形式中數(shù)據(jù)/信號(hào)處理系統(tǒng)常常是由一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)（稱中心計(jì)算機(jī)）組成，對(duì)其進(jìn)行編程以控制雷達(dá)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)關(guān)心的目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)處理，并響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。

從今后雷達(dá)的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)來看，有源相控陣?yán)走_(dá)將是一種優(yōu)先的選擇。它有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，如，天線不需要機(jī)械驅(qū)動(dòng)，尺寸可做得很大，因而提高了雷達(dá)威力，增大了雷達(dá)探測(cè)距離；輻射功率大，通常情況下，成千上萬個(gè)發(fā)射源合成的總功率可達(dá)十幾兆瓦至幾十兆瓦，加之大尺寸的天線，使得相控陣?yán)走_(dá)能較方便地把探測(cè)導(dǎo)彈頭的作用距離提高到100公里以上。

二、相控陣?yán)走_(dá)的功能特點(diǎn)

在相控陣?yán)走_(dá)的陣列天線上，排列著上萬個(gè)能發(fā)射電磁波的輻射器，每個(gè)輻射器配有一個(gè)“移相器”，每個(gè)“移相器”都由電子計(jì)算機(jī)控制。雷達(dá)工作即是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描，從而完成對(duì)空搜索使命。

相控陣?yán)走_(dá)強(qiáng)大的生命力，表現(xiàn)在它獨(dú)特的功能特點(diǎn)上：

1.能對(duì)付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字波束形成，與電子計(jì)算機(jī)相配合，能同時(shí)搜索、跟蹤不同方向、不同高度的多批目標(biāo)，并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊。大型相控陣?yán)走_(dá)一般能同時(shí)搜索1000個(gè)以上目標(biāo)或同時(shí)跟蹤100～200個(gè)以上目標(biāo)；2.功能多，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)的天線陣列可同時(shí)形成多波束，各個(gè)波束又具有不同的功率、波束寬度、駐留時(shí)間、重復(fù)頻率等，并且這些波束可以分別控制和統(tǒng)一控制。這樣，其中有些波束可用做一般搜索，有的做重點(diǎn)搜索，有些波束可用來跟蹤目標(biāo)等；3.反應(yīng)時(shí)間短、跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力高。相控陣?yán)走_(dá)因波束掃描不受機(jī)械慣量的限制，波束移動(dòng)很快，具有較高的數(shù)據(jù)率，使相控陣?yán)走_(dá)具有短的目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間；4.方便的信號(hào)處理和靈活的控制。相控陣?yán)走_(dá)的脈沖重復(fù)頻率和寬度、一定范圍內(nèi)的工作頻率和調(diào)制方式都可以改變，這種方便的信號(hào)處理和靈活的控制，便于綜合運(yùn)用抗干擾技術(shù)；5.低功率固態(tài)組件的應(yīng)用使雷達(dá)工作可靠性高。因?yàn)榇蠊β势骷抢走_(dá)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，現(xiàn)在改為數(shù)千個(gè)小功率的固態(tài)組件，故障率低，所以有極高的可靠性；6.大的平均功率，功率孔徑積大（作用距離遠(yuǎn)）。

三、有源相控陣?yán)走_(dá)在第四代戰(zhàn)斗機(jī)中的應(yīng)用

近50多年來，機(jī)載雷達(dá)不斷注入新的技術(shù)成果，性能大幅度提高。目前采用機(jī)械掃描天線的第二三代戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)載雷達(dá)對(duì)付具有顯著雷達(dá)橫截面積（RCS）的目標(biāo)能夠工作得十分出色，但到了90年代，隨著飛機(jī)和導(dǎo)彈隱身技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的機(jī)械掃描雷達(dá)天線已不能很好地適應(yīng)新的空戰(zhàn)需求。其局限表現(xiàn)在：多目標(biāo)跟蹤能力差，采用邊掃描邊跟蹤方式在測(cè)量高速目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生很大誤差；可靠性低、隱身性差等。而有源相控陣?yán)走_(dá)波束指向非常靈活、迅速；多目標(biāo)接戰(zhàn)能力強(qiáng)，能同時(shí)監(jiān)視、跟蹤多個(gè)目標(biāo)；抗干擾性能好。例如，第四代戰(zhàn)斗機(jī)所采用的AN/APG77有源相控陣?yán)走_(dá)，可全天候探測(cè)遠(yuǎn)程多目標(biāo)和隱形飛行器，并可執(zhí)行電子智能信息收集；AN/APG77具有先進(jìn)的抗電子干擾能力，在強(qiáng)雜波和多目標(biāo)威脅的環(huán)境下具有全天、全向、全高度空空和空地作戰(zhàn)能力，AN/APG-77雷達(dá)具有空/空、空/地、空/海三種工作方式，能同時(shí)跟蹤10個(gè)目標(biāo)。第四代戰(zhàn)斗機(jī)所采用的AN/APG79有源相控陣?yán)走_(dá)是一種可執(zhí)行空空和空地作戰(zhàn)任務(wù)的全數(shù)字化全天候多功能火控雷達(dá)，它是一種寬帶有源電掃陣列（AESA）雷達(dá)，具有多目標(biāo)跟蹤與高分辨SAR地形測(cè)繪的能力，可提供極高分辨力的地形測(cè)繪。該雷達(dá)波束快速掃描的特點(diǎn)極大地增強(qiáng)了雷達(dá)功能和可靠性并降低了成本且生存能力更強(qiáng)。AN/APG-79雷達(dá)具有空/空、空/地、空/海三種工作方式，能同時(shí)跟蹤20個(gè)以上的目標(biāo)。所以說這種相控陣?yán)走_(dá)能夠在性能方面、在任務(wù)有效性方面、特別是在可用性上考慮到性能降低但仍能可靠工作，以使得有源相控陣?yán)走_(dá)更適應(yīng)第四代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)機(jī)載雷達(dá)的總體要求。

四、結(jié)束語

現(xiàn)代空戰(zhàn)任務(wù)與模式的變化使得新一代戰(zhàn)斗機(jī)趨于選擇先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)，這種體制的機(jī)載雷達(dá)具有更多的工作方式和更為有效的作戰(zhàn)性能。可以預(yù)言，相控陣體制將是下一代機(jī)載雷達(dá)的主要發(fā)展方向，必將廣泛進(jìn)入機(jī)載雷達(dá)領(lǐng)域。

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[作者簡(jiǎn)介]彌銳（1969-），女，天津人，副教授，本科，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)；李勇軍（1962-），男，四川自貢人，工程師，專科，研究方向：雷達(dá)研發(fā)生產(chǎn)調(diào)試。