相控阵雷达技术
相控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上可安装上千个相控阵天线，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。由于一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之扫描方式为电子控制而不必由机械转动，因此资料更新率大大提高，机械扫描雷达因受限于机械转动频率因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为毫秒或微秒级。因而它更适于对付高机动目标。此外由于可发射窄波束，因而也可充当电子战天线使用，如电磁干扰甚至是构想中发射反相位雷达波来抵消探测电波等。 关键字 相控阵雷达
原理
特点
应用
分类
应用
历史
发展
正文
1.相控阵雷达
相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达。
1.1相控阵雷达的原理
我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵，在两维上排列若干辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上．这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点，能以一部天线实现全空域电扫。通常的共形阵线 应该具有以下的特点环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。
1.2 相控阵雷达的特点
相控阵雷达之所以具有强大的生命力，因为它优胜于一般机械扫描雷达。它具有以下特点：
（1）能对付多目标。相控阵雷达利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割原理或多波束，可实现边搜索边跟踪工作方式，与电子计算机相配合，能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，并能同时制导多枚导弹攻击多个空中目标。因此，适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。
（2）功能多，机动性强。相控阵雷达能够同时形成多个独立控制的波束，分别用以执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能，一部相控阵雷达能起到多部专用雷达的作用，而且还远比它们能够同时对付的目标多。因此，可大大减少武器系统的设备，从而提高系统的机动能力。
（3）反应时间短、数据率高。相控阵雷达可不需要天线驱动系统，波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，从而缩短了对目标信号检测、录取、信息传递等所需的时间，具有较高的数据率。相控阵天线通常采用数字化工作方式，使雷达与数字计算机结合起来，能大大提高自动化程度，简化了雷达操作，缩短了目标搜索、跟踪和发控准备时间，便于快速、准确地实施畦达程序和数据处理。因而可提高跟踪空中高速机动目标的能力。
（4）抗干扰能力强。相控阵雷达可以利用分布在天线孔径上的多个辐射单元综合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根据不同方向上的需要分配不同的发射能量，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰，有利于发现远离目标和小雷达反射面目标（如隐形飞机），还可提高抗反辐射导弹的能力。
（5）可靠性高。相控阵雷达的阵列组较多，且并联使用，即使有少量组件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。 此外，随着固态器件的发展，格控阵雷达的固态器件越来越多，甚至已生产出全固态儿控阵雷达，如美国的。“爱国者”雷达，其天线的平均故障间隔时间高达15万小时，即使有10％单元损坏也不会影响雷达的正常工作。 [3][4]
1.2.1 相控阵雷达的优点
（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高
1.2.2 相控阵雷达的缺点
美中不足的是，相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。
2.相控阵雷达的应用
相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展，固体有源相控阵雷达得到了广泛应用，是新一代的战术防空、监视、火控雷达。
当相控阵雷达警戒、搜索远距离目标时，虽然看不到天线转动，但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转，即使是上万公里外来袭的洲际导弹和几万公里远的卫星，也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标，这些辐射器又可以分工负责，有的搜索、有的跟踪、有的引导，同时工作。每个“移相器”可根据自己担负的任务，使电磁瓣在不同的方向上偏转，相当于无数个天线在转动，其速度之快非一般天线所能相比。正是由于这种雷达天线摒弃了一般雷达天线的工作原理，利用“移相器”来实现电磁瓣的转动，人们给它起了个与众不同的名字－－相控阵雷达，代表着“相位可以控制的天线阵”的含义。
3.相控阵雷达的历史及发展
3.1相控阵雷达的历史
相控阵技术，早在20世纪30年代后期就已经出现。1937年，美国首先开始这项研究工作。但一直到20世纪50年代中期才研制出2部实用型舰载相控阵雷达。
20世纪60年代，美国和前苏联相继研制和装备了多部相控阵雷达，多用于弹道导弹防御系统，如美国的AN/FPS-
46、AN/FPS-8
5、MAR、MSR，前苏联的“鸡笼”和“狗窝”等。这些都属于固定式大型相控阵雷达，其共同点：采用固定式平面阵天线，天线体积大、辐射功率高、作用距离远。其中美国的AN/FPS-85和前苏联的“狗窝”最为典型。
20世纪70年代，相控阵雷达得到了迅速发展，除美苏两国外，又有很多国家研制和装备了相控阵雷达，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最为典型的有：美国的AN/TPN-25、AN/TPQ-37和GE-59
2、英国的AR-3D、法国的AN/TPN-
25、日本的NPM-510和J/NPQ-P
7、意大利的RAT-31S、德国的KR-75等。这一时期的相控阵雷达具有机动性高、天线小型化、天线扫描体制多样化、应用范围广等特点。
20世纪80年代，相控阵雷达由于具有很多独特的优点，得到了更进一步的应用。在已装备和正在研制的新一代中、远程防空导弹武器系统中多采用多功能相控阵雷达，它已成为第三代中、远程防空导弹武器系统的一个重要标志。从而，大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。在21世纪，相控阵雷达随着科技的不断发展和现代战争兵器的特点，其制造和研究更上一层楼。
3.2 相控阵雷达技术的发展
3.2.1雷达体制从无源到有源
作为有源相控阵雷达的前身，无源相控阵雷达的发射机与天线分离配置，射频能量从发射机通过复杂昂贵的波导管馈送至天线。但是，波导管穿过甲板、隔舱等舰体结构，自然会影响舰体的强度；而且这种配置的可靠性也较低，一旦发射机组或波导管出现故障或战损，就会导致整个雷达系统的失效。同时，无源相控阵雷达由行波管之类的发射机来提供功率，要增大雷达发射功率不那样容易。人们认识到了无源相控阵雷达的上述缺点，设法寻找新的雷达模式。
微波集成电路的快速发展带来了机遇－－人们可以在砷化镓晶片上做出几厘米大小、能发射/接收电磁波的小单元，用来取代庞大的行波管和天线。将一个个这种小单元（移相器）排成阵列，就成为发射机与天线合一的有源相控阵雷达。与无源相控阵雷达不同，有源相控阵雷达抛弃了集中式发射机，而是每一个天线单元都配备一个独立的雷达发射机，只要增加天线的发射/接收单元数，就可以增加发射功率。
有源相控阵雷达不使用穿过舰体的波导管，降低了系统的复杂性和体积，也相应减少了馈电系统造成的能量损耗；每个天线单元均具备独立发射与接收电磁波的功能，少数天线单元的故障或受损不会导致整个系统的失效，故可靠性与抗战损能力有了大幅度的提升；高峰值功率是通过诸多天线单元合成的方式来实现的，因此降低了对微波元件的峰值功率要求，有助于降低成本。同时，有源相控阵雷达在雷达波束的分配、管理与运用上也更加灵活，有利于提高雷达系统的反应速度与效率。
3.2.2 全面提升电子对抗能力
在电子对抗日趋激烈的未来海战场环境中，为了有效地发挥雷达的信息作战优势，强大的抗干扰、电子压制能力不可或缺。面对海军作战区域由远洋向近岸水域转变的趋势，水面舰艇所面临的威胁与实战环境也变得更加复杂。对舰载相控阵雷达来说，浅滩、急流、礁石、岛屿、海岸线陆地、丛林等复杂地形所造成的杂波和多重反射，对海空目标的侦测造成了很大干扰，急需提高雷达的抗干扰能力。而有效对抗反辐射导弹的威胁，也成为确保舰载相控阵雷达生存和有效运用的必要前提。 采用雷达低截获概率技术
3.2.3增强弹道导弹侦测能力
海基导弹防御系统比陆基系统有更高的灵活性和远程机动部署能力，因此，侦测弹道导弹并引导防空导弹实施拦截，已成为舰载相控阵雷达的重要使命。美国改进AN/SPY-1系列相控阵雷达，以满足海基反导的需求；英国的“桑普森”相控阵雷达具备了相当的侦测弹道导弹的潜力，已获得美国弹道导弹防御局的资助；荷兰的“阿帕”雷达也具备一定的探测弹道导弹能力，有可能成为欧盟发展海基战区导弹防御的基础。
除此而外，舰载相控阵雷达还力求与舰载指控系统、数据链、编队网络整合并高速交换数据，争取能通过雷达反射特性快速辨识目标舰（机）。长远目标是整合各种舰载雷达的功能，以期用1部多功能相控阵雷达满足从远程导弹拦截到近距防御的多种需求，如远距离探测、跟踪、目标锁定以及各类舰载武器的导引、作战指挥，从根本上简化舰艇的雷达配置。
3.3 中国装备
经过十年时间，周万幸造就了“海之星”，不仅让中国成为了第三个拥有自主创新舰载多功能雷达的国家，还被美国中情局评价称，该雷达是中国真正自主创新研制的相控阵雷达。它的研制成功标志着中国第一部舰载多功能相控阵雷达的研制已达国际领先水平。
新型导弹驱逐舰“武汉”号、“海口”号的高技术装备广受关注。“海口”号上的相控阵雷达是目前最先进的雷达之一，不但能扫描探测目标，还能对发出的导弹进行跟踪，对空探测距离、引导能力和同时处理的目标数量，在世界范围内都处于领先地位。“武汉”号上的超视距雷达可对敌舰艇实施超视距攻击，并且可以同时攻击多批次水面目标。另外，两艘驱逐舰上都安装的三坐标对空警戒雷达能探测方位、距离、高度。 美国环球战略网2009年10月8号刊登了名为《中国航母预警机》的文章。文章推测中国正将一种类似于曾装备的较大型“空警-200”型预警机的相控阵雷达设备配备在重达21吨、双引擎的“运-7” （Y-7）运输机上。运-7飞机为中国仿制俄罗斯安-24型运输机。中国的“运-7”预警机将承担类似于美国23吨重的E-2型航母舰载预警机作战职责。
4.参考文献
【1】飞扬军事 http://www.daodoc.com/
【3】铁血网：科普：相控阵雷达工作原理及类型简介 http://bbs.tiexue.net/post2_3832670_1.html
【4】网易：美媒：中国为运7装相控阵雷达作为航母预警机，2009年10月10日 http://war.news.163.com/
【5】新浪网：官方揭秘:中国海军相控阵雷达已达世界先进水平http://blog.sina.com.cn/
【6】东方军事网：尹卓委员:我护航军舰的相控阵雷达世界领先，2009年3月3日 http://mil.eastday.com/m/20090303/u1a4214401.htm 【7】邵余红 圆柱状战术有源相控阵雷达1997 【8】赵杰 EL/M-2080反弹道导弹预警和火控雷达系统1997 【9】国外空地/地空导弹手册1985 【10】陈树峥 新技术在战略战术相控阵雷达中的应用1989
