頻控陣特點(diǎn)與未來發(fā)展前景

羅 丹

（中國電子學(xué)會(huì)，北京 100036）

0 引言

頻控陣?yán)走_(dá)是從傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展而來，可以視為是相控陣的升級版。相控陣具有的優(yōu)勢在于能夠自由地運(yùn)用波束進(jìn)行空間掃描，所以在目標(biāo)探測和雷達(dá)成像方面有著很廣泛的應(yīng)用[1]。相控陣的每個(gè)陣元發(fā)射與接收的為同樣的信號，通過在雷達(dá)陣元的輸出端接入移相器來實(shí)現(xiàn)波束方向控制，調(diào)整移相器的相移量就可以對空域進(jìn)行波束掃描。除此之外，還有一種頻率掃描天線，可以通過改變雷達(dá)的工作頻率來控制波束掃描空域[2]。頻控陣技術(shù)可以使得波束的指向能夠隨距離的變化而變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在同一快拍內(nèi)以相同的角度指向不同的距離。

1 頻控陣技術(shù)介紹

頻控陣技術(shù)于 2006年首次提出，并申請注冊了美國專利。頻控陣自從提出以來便受到了相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注，從而幫助頻控陣相關(guān)理論的不斷完善和發(fā)展[3]。頻控陣?yán)走_(dá)的全稱為頻率復(fù)用陣列，簡稱為頻控陣。頻控陣和相控陣的相同點(diǎn)為發(fā)射的同樣是相參信號，但是不同點(diǎn)在于頻控陣發(fā)射的信號之間具有很小的頻率偏移，頻率偏移遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)射信號的載頻。通過附加頻偏使得信號的頻率中心出現(xiàn)偏移，但是發(fā)射信號額主要頻率成分是具有重疊部分的。由此可見，頻控陣與相控陣的物理特性非常相近，從而可以將頻控陣視為相控陣的擴(kuò)展升級版，相控陣則可以視為發(fā)射信號頻率相同的一種特殊頻控陣[4]。由于頻控陣的獨(dú)特優(yōu)勢，其中，一個(gè)重要的應(yīng)用方向便是對目標(biāo)距離和方位角進(jìn)行二維聯(lián)合估計(jì)。

2 頻控陣技術(shù)特點(diǎn)

頻控陣在波束形成和控制方面為陣列天線提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。相控陣的波束指向方向與遠(yuǎn)場目標(biāo)的時(shí)間和距離無關(guān)，然而頻控陣在陣列的每個(gè)陣元發(fā)射的信號上附加了一段頻率的偏移，這樣 使得波束圖方向會(huì)隨著距離、角度和時(shí)間相關(guān)的函數(shù)[5]。但是頻控陣?yán)走_(dá)和頻率掃描雷達(dá)是有一定區(qū)別的，頻率掃描雷達(dá)的頻偏在同一時(shí)刻附加的，所以相同時(shí)刻頻率掃描雷達(dá)的頻偏是相同的，而頻控陣是在同一時(shí)刻附加不同的頻偏[6]。除此之外，頻控陣?yán)走_(dá)的頻偏是在發(fā)射信號的時(shí)候附加的，而不是陣列本身發(fā)射的多頻率信號。頻控陣發(fā)射的正交信號本身與相控陣是一類相參信號，只是經(jīng)過附加的頻偏控制使得發(fā)射的信號頻率具有差異。

3 頻控陣未來的應(yīng)用方向

因?yàn)轭l控陣獨(dú)特的優(yōu)勢，波束表現(xiàn)為遠(yuǎn)場目標(biāo)的時(shí)間、距離和角度的函數(shù)，這一特性是傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)所不具有的，所以在很多的領(lǐng)域頻控陣都有著非常廣泛的應(yīng)用。

（1）遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離 -方位角二維聯(lián)合估計(jì)。傳統(tǒng)相控陣的波束方向與遠(yuǎn)場目標(biāo)的方位角有關(guān)，頻控陣的波束方向圖與遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離和方位角有關(guān)，所以頻控陣在遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離與方位角二維聯(lián)合估計(jì)領(lǐng)域有很大的作用。從目前研究情況來看，這種應(yīng)用方向已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)，有多篇研究文獻(xiàn)和算法已經(jīng)完成了對遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離和方位角估計(jì)，并且很多學(xué)者在對這方面的研究進(jìn)行不斷深入以及對相關(guān)算法進(jìn)行深度優(yōu)化。

（2）射頻隱身雷達(dá)[4]。如今，雷達(dá)電子對抗技術(shù)在飛速進(jìn)步，雷達(dá)面臨的環(huán)境越來越惡劣，目前，無源探測技術(shù)的各種反雷達(dá)措施讓雷達(dá)的工作環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅。為了提高雷達(dá)的抗干擾能力，可以運(yùn)用雷達(dá)的橫截面積縮減技術(shù)，也可以使用射頻隱身技術(shù)。基于頻控陣的射頻隱身雷達(dá)可以提高雷達(dá)的突防能力，并且可以提升雷達(dá)的生存能力與作戰(zhàn)性能。

（3）新體制聚束合成孔徑雷達(dá)成像應(yīng)用[7]。頻控陣除了可以估計(jì)遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離和角度外，與傳統(tǒng)相控陣的區(qū)別還有一點(diǎn)，即頻控陣發(fā)射波束具有距離依賴性，能夠?qū)h(yuǎn)場目標(biāo)保持更長的掃描時(shí)間，同時(shí)對于空間掃描的頻率也更高，所以通過頻控陣聚束合成孔徑雷達(dá)，能夠在傳統(tǒng)相控陣聚束合成孔徑雷達(dá)的基礎(chǔ)上，具有更大的方位側(cè)向帶寬和更高的合成孔徑雷達(dá)圖像信噪比。

（4）前視探測和成像應(yīng)用[8]。傳統(tǒng)的相控陣存在方位向圖像左右對稱模糊問題，因此，當(dāng)下基于相控陣的前視雷達(dá)探測不是很完善。當(dāng)基于相控陣的前視雷達(dá)需要進(jìn)行雜波抑制預(yù)處理，在距離模糊時(shí)，目前的雜波抑制方法會(huì)失效。基于頻控陣的前視雷達(dá)可以很好地克服這些問題，頻控陣波束的距離依賴性和主瓣走動(dòng)特性，可以在一定程度上解決距離模糊問題。

4 結(jié)束語

本文對頻控陣技術(shù)的概念和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了概述，并且分析了頻控陣?yán)走_(dá)在遠(yuǎn)場目標(biāo)的距離 -方位角二維聯(lián)合估計(jì)、新體制聚束合成孔徑雷達(dá)成像應(yīng)用、前視探測和成像應(yīng)用和射頻隱身雷達(dá)等方面的應(yīng)用前景。頻控陣?yán)走_(dá)作為相控陣?yán)走_(dá)的擴(kuò)展，不僅擁有相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)勢，并且還對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行了升級，能夠使得雷達(dá)波束指向具有距離依賴性。目前，頻控陣?yán)走_(dá)依然存在一定的問題，但是隨著越來越多的關(guān)注和持續(xù)投入研究，這些技術(shù)問題將會(huì)被逐漸解決，將具有廣闊的技術(shù)前景和運(yùn)用遠(yuǎn)景。