【簡介:】我是雷達工程師,我可以來回答這個問題!其實相控陣雷達和多普勒雷達并不是兩個并列的分類,而是一種包含的關系,相控陣雷達就是多普勒雷達,或者說相控陣雷達工作的基本原理里面用到
我是雷達工程師,我可以來回答這個問題!其實相控陣雷達和多普勒雷達并不是兩個并列的分類,而是一種包含的關系,相控陣雷達就是多普勒雷達,或者說相控陣雷達工作的基本原理里面用到了多普勒原理!
多普勒雷達這種雷達主要采用的就是一種叫做多普勒效應的原理,而多普勒效應簡單的來說,就當雷達的發(fā)射機部分發(fā)射某一固定頻率的信號源,通過天線發(fā)射出去,然后在空中遇到目標發(fā)生反射,反射的回波信號被雷達的接收機接收。如果目標是移動的話,返回的信號頻率就會和發(fā)射信號的頻率不一樣!當回波信號頻率比發(fā)射的信號頻率高一些的時候,證明目標是在向雷達這個方向移動,當回波信號頻率比發(fā)射信號頻率低一些的時候,那就代表目標是向遠離雷達方面移動。
而且還可以根據(jù)回波信號和發(fā)射信號的頻率差或者時間差的情況,計算出來目標的運動速度,這個時候雷達就可以獲得目標的運動方向和速度等重要的信息了。
現(xiàn)在的多普勒雷達大多也都是脈沖多普勒雷達,相比普通的雷達,可以理解脈沖多普勒雷達不是連續(xù)的發(fā)射雷達波,而是隔一段時間發(fā)射一個較強的脈沖信號,功率比較大,這個時候目標反射的信號功率也是比較大,就非常方便的被接收機接收到分析處理。因為如果是普通的連續(xù)波雷達,功率就比較小,回波信號特別弱,很容易被空氣當中的雜波覆蓋,這樣接收機就接收不了。而且這樣也就導致了脈沖多普勒抗干擾能力比較強。
相控陣雷達可以說相控陣雷達,就是很多的小多普勒雷達組成的。因為相控陣雷達也是需要獲得目標的速度、距離和運動方向等信息的,而其中一些信息的獲取也是需要利用到多普勒效應。
相控陣雷達主要是通過控制模擬信號的相位來控制雷達的波束(探測方向),這里我們進行了比喻,來解釋一下什么是相控陣雷達。
前面的多普勒雷達,就是一個普通手電筒,照射哪里,就必須要對著哪里,也就是需要轉動手電筒,這就是傳統(tǒng)的雷達,一次只能照射探測固定的方向,要想探測水平方向或者上下的方向,天線就需要不停的轉動了,這個就是我們經(jīng)常在新聞當中看到的在不斷旋轉的雷達天線。
但是相控陣,里面是成百上千個小雷達,也就是小手電筒,比如10X10這樣的排列,組合在一起形成了大的手電。不過這里面的小手電,每個都是可以獨立工作的,并且都是可以進行轉動的(實際相控陣雷達天線不轉動,這里比喻不當)。
當需要朝著一個方向的時候或者只有一個目標的時候,大家同時工作,也可以根據(jù)目標的不同情況,其中一部分工作。這個時候所有的小手電可以一起朝著同一方向轉動,指向目標,這樣就可以實現(xiàn),整個大的手電筒指向不動的情況下,可以實現(xiàn)不同方向的探測。這里的手電照射出來的光,就好像是和雷達輻射的波束是一樣的。
如果目標是不同的方向,這個時候就可以把100個小手電燈進行分組,比如分成10個小組,每組都是相鄰的10個手電燈,這個時候這10個小組也可以獨立的工作,一部雷達瞬間變成了十部雷達,也就是可以探測跟蹤十個方向的十個不同的目標,每個小組也都是可以實現(xiàn)不同方向的照射,在一定的角度內,想照哪里照哪里!
優(yōu)缺點分析因為相控陣里面各個小雷達都是獨立工作的,所以即使壞了一些,整體不受太大的影響,也就是具有可靠性高的優(yōu)點。而傳統(tǒng)雷達,一旦出現(xiàn)問題,整個雷達就失效了。
相控陣雷達可以在不轉動天線的情況下,實現(xiàn)不同方向的探測跟蹤和對不同目標的探測跟蹤,這也是相控陣的優(yōu)勢了,多目標和多方向。目前的相控陣雷達,同時跟蹤幾百個目標都沒有問題。
而傳統(tǒng)的多普勒雷達,只能探測跟蹤一個目標或者極少數(shù)目標,探測的角度也是非常的有限。不過脈沖多普勒雷達相比較相控陣雷達,技術要求要低一些,也就是成本比較低,適合大規(guī)模裝備。相控陣雷達技術含量很高,也就導致成本費用高,適合高端裝備按照,比如戰(zhàn)斗機和軍艦。
目前全球能夠研制和生產相控陣雷達的國家不多,就算是沒有能力研制的國家,購買也可能沒有足夠的資金購買,因為太貴了。
上面就是所長關于多普勒雷達和相控陣雷達的簡單解釋,我本人還有更多關于雷達方向的文章,有些比本文解釋的更詳細,包括雷達的基本工作原理等,還有解釋什么是火控雷達和測速雷達等文章,歡迎大家關注。
紙上的宣仔,為您解答。
脈沖多普勒雷達和相控陣雷達其實概念并不在一個層次上,更不是互斥相對的。脈沖多普勒指的是用高重復頻率脈沖的多普勒效應來過濾雜波,識別出空中目標的技術;而相控陣雷達指的是用多個振子的相位控制來實現(xiàn)波陣面偏轉,指的是天線的形式和波束控制。就技術先進性而言,相控陣出現(xiàn)的更晚,功能更多技術更復雜,也更先進。脈沖多普勒本身就是相控陣的一個工作模式。當然它的功能更加高級,能干的也不止脈沖多普勒一種??傊?,二者的概念上不是對立互斥的。比如現(xiàn)在的一款先進的有源相控陣機載雷達,你完全可以認為是一個用了相控陣天線的多普勒脈沖雷達(當然實際包括SAR、ISAR等更復雜的功能)。
脈沖多普勒雷達(Pulse Dolpler)是上個世紀60年代,比相控陣雷達早得多,是為了解決雷達下視問題而研發(fā)的。我們都知道,雷達是靠回波來檢測敵方戰(zhàn)機目標的。那么如果回波打到的不是戰(zhàn)斗機,而是一顆樹,一個巖石,那怎么分辨呢?早期的機載雷達還真就解決不了這個問題。所以早期的戰(zhàn)機下視能力都很差,一旦有敵方目標飛到了比自己還低的空域,憑雷達幾乎很難把戰(zhàn)機和地面背景分辨出來。而脈沖多普勒雷達就是為了解決這個問題應運而生的。雖然雷達下視的時候會引入很多背景雜波,但是有一點是可以和戰(zhàn)機區(qū)分開的,那就是不同速度的目標其回波的多普勒頻移不同。由于地面是靜止的,其多普勒頻移幾乎都是一樣的,而飛機因為可以快速移動,則回波可以產生一個較強的多普勒頻移,與地面背景雜波區(qū)分開。找到這個特定頻率的回波,就相當于發(fā)現(xiàn)了飛機目標。要想實現(xiàn)這個能力,需要多普勒脈沖雷達擁有足夠高的重復頻率。多普勒脈沖雷達的發(fā)射機用的是行波管技術,早期天線采用倒置卡塞格倫天線,后期平板縫隙天線,一直到相控陣天線的出現(xiàn),才徹底取代了這些天線。
倒置卡塞格倫天線
殲-8II上使用的1471 平板縫隙雷達
而相控陣雷達(ESA)是目前較新體制的一種雷達,也是最先進的,具體可以分為有源相控陣(AESA)和無源相控陣(PESA)。PESA還使用行波管的中央發(fā)射機,而AESA的MMIC本身就相當于一個小發(fā)射機/接收機。相控陣雷達利用數(shù)字處理終端,通過對時間的延遲實現(xiàn)每個天線振子進行相位控制,最終實現(xiàn)波陣面合成,每個天線陣子的相位不同,最終導致的波陣面不同,表現(xiàn)為增益最大點的方向不同,也就是說實現(xiàn)了雷達波的偏轉。而整個過程不需要機械旋轉,天線陣面始終是靜止的。
F-22 AN/APG-77 有源相控陣雷達,每一個單元都是一個小天線
無源相控陣雷達的工作原理