第4章 相控阵雷达
舰载多功能相控阵雷达效能评估
舰载多功能相控阵雷达效能评估第一章：引言1.1 研究背景和意义1.2 研究目的和意义1.3 研究方法和步骤1.4 论文结构第二章：多功能相控阵雷达原理及特点2.1 多功能相控阵雷达原理2.2 多功能相控阵雷达特点2.3 多功能相控阵雷达在舰载中的应用第三章：相控阵雷达效能评估的理论基础3.1 相控阵雷达效能评估的概念和方法3.2 相控阵雷达效能评估的关键参数3.3 相控阵雷达效能评估的实验方案第四章：效能评估实验4.1 实验基本流程4.2 实验装置和参数设置4.3 实验结果及分析第五章：结论与展望5.1 实验总结5.2 实验成果与价值5.3 研究展望参考文献第一章：引言1.1 研究背景和意义雷达技术在现代军事中具有举足轻重的地位，是提高军队作战能力的重要手段之一。
相控阵雷达是目前雷达技术中的前沿技术之一，其多功能性能使其在舰载雷达系统中得到了广泛的应用。
相控阵雷达可以利用复杂的电路、调制和控制技术来实现多功能雷达操作，如搜索、跟踪、电子干扰或指引，同时也可以达到更好的性能，如灵敏度、分辨率和隐身能力等。
因此，开展舰载多功能相控阵雷达效能评估研究具有重要的战略意义。
1.2 研究目的和意义本研究的目的是对舰载多功能相控阵雷达系统进行效能评估，从而为加强我国军队的雷达技术发展作出贡献。
主要研究以下内容：1. 对相控阵雷达技术进行总结和归纳，包括其原理、特点、优势和应用；2. 对雷达效能评估的理论基础进行归纳和研究，包括关键参数的选择、实验方案的安排等；3. 利用实验方法对多功能相控阵雷达进行效能评估，通过实验结果分析判断舰载雷达的性能表现；4. 对评估结果进行总结和分析，并提出改进和优化的建议和方案。
通过本研究，可以为我国舰载雷达技术的发展提供一定的理论和实践基础，同时也可以为提高我国军事技术的综合实力做出积极贡献。
1.3 研究方法和步骤本研究将采用实验方法对舰载多功能相控阵雷达的效能进行评估，主要包括以下步骤：1. 对相控阵雷达技术进行总结和归纳，包括其原理、特点、优势和应用；2. 对雷达效能评估的理论基础进行归纳和研究，包括关键参数的选择、实验方案的安排等；3. 利用实验方法对多功能相控阵雷达进行效能评估，通过实验结果分析判断舰载雷达的性能表现；4. 对评估结果进行总结和分析，并提出改进和优化的建议和方案。
(完整版)相控阵雷达
放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
• 相邻阵元激
励电流相位
差为
0
sin 1
• 波束域（空域频谱）混迭现象：栅瓣是主瓣 在其它方向上的再现，空间信号欠采样
栅瓣
…
－
主瓣
副瓣
0
栅瓣
…
πd
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 方向图函数
F( )
1
sinNd (sin sin0)
N
sin
d
(sin
s in 0 )
• 当 (Nd /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子为0 ，若分母不为0 ，F() = 0
– 优点： • 相扫，无机械惯性，快速波束捷变 • 多目标、远距离、高数据率、高可靠性 • 多功能、多波束、自适应抗干扰
– 缺点： • 波束宽度随扫描方向变化
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器控制波束的发射与接收 – 无源阵：收发共用一个或几个发射机和接收机 – 有源阵：每个阵元都连有可提供所需辐射功率
Nd
sin
• 得波束半功率（3dB）宽度
混频 中放
混频
正确认识相控阵雷达—一种永不消逝的雷达体制
正确认识相控阵雷达—一种永不消逝的雷达体制第一篇：正确认识相控阵雷达—一种永不消逝的雷达体制正确认识相控阵雷达—一种永远不会消逝的雷达(1)相控阵雷达是指采用相控阵天线的一种雷达体制。
由于相控阵天线的波束是用电子方法在空域变动或扫描，非常灵活，变动速度可达微秒级；这种雷达天线体制再与其他先进的，能精密定位的雷达体制（如脉冲多普勒等）结合，就使整个雷达具有多目标，多功能，大空域，大功率，抗干扰强等一系列突出优点；在当今被认为是一种最有发展前景的雷达体制。
它是当今世界很多先进武器，如防空导弹系统，对空情报系统、预警机、歼击机、反导系统等的主体设备。
国外新第三代甚至第四代防空反导武器系统都是以相控阵雷达为主体构建的，典型的有：美国的爱国者PAC-3、宙斯盾弹道导弹防御系统；俄罗斯的S－300、S-400、“里夫”、“道尔”等。
现代预警机、歼击机是否达到新一代水平，重要标志之一就是是否采用相控阵雷达体制的预警雷达和火控雷达。
美国雷达专家，相控阵雷达技术的老前辈D.J.Picard生前有句名言：“有一种老式雷达永远都不会消逝，那就是相控阵”。
这句话已成为国内外专家学者们的共识。
这门技术不仅吸引了大批工程技术人员终身投身于这项事业，在我国，还收到大批军事爱好者和发烧友的青睐。
不过作者也发现，在一些资料、教材和专著中，尤其是网上很多博文，对相控阵雷达的阐述，理解和讨论中有很多误区。
例如：相控阵雷达和三坐标雷达是不是一回事？有源相控阵是不是就比无源相控阵先进？相控阵雷达号称多功能，是不是功能越多越好？武器装备（如预警机）是不是采用了别人没有采用的相控阵体制就算世界第一？宙斯盾号称神盾，为什么后来的俄国、西欧没有走宙斯盾道路？为什么新一代的DDG-1000舰雷达要对宙斯盾更新换代？本博文就是想和有兴趣的网友和读者共同探讨这些问题。
在讨论前，先向网友和读者介绍一本专著：《相控阵雷达的测试维修技术》。
这是航天科工集团二院几位退休老同志根据自己实践经验合编的，由我担任主编。
第4章-相控阵雷达
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
– 高分辨率测角 • 波束形成的局限：需大孔径 • 多目标阵列数据模型 • 数据协方差矩阵的特征分解及物理解释 • 信号子空间与噪声子空间 • 最大似然法、MUSIC法 • 相关目标的高分辨率测角
放大器
d
d
放大器
放大器
0＋ 0 0－ 0 0 0 0－ 0 0＋
移相法实 现多波束
相加 相加 相加 波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈
电
d sin
向波束宽度
d B (s)
0.29
Ba (%)
B
s in 0
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 由于d B(s), 0 增大, 允许的带宽变小
– 天线孔径, 波束宽度B , 允许的Ba(%)
– 天线指向0时, 能量充填整个孔径所需时间为
T D sin0 / c
的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的 • 各阵元辐射功率在空间进行合成 • 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参 • 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定
0
• 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F()
雷达系统(4)
• 数字T/R组件的收发状态是独立的，发射支路由DDS产生所需 的波形、经两次上变频形成发射信号通过环流器输出；接收支路 由环流器输入经限幅低噪声放大、两次下变频、A/D变换、I/Q 分离形成数字信号输出。DDS只对发射信号进行幅度和相位加权， 在接收状态幅相控制通过常规DBF方法完成。收发通道变频所需 的本振信号是时分复用的，有利于改善收发通道间相互干扰。
(3) 宽带数字阵雷达的延时补偿技术
孔径渡越时间的经典补偿方法是将天线分成若干子阵，子阵内采 用相位波束控制，而子阵之间采用时间延迟补偿，如图所示。
子阵之间通过时间延时控制之后，波束的偏移主要是由子阵孔 径渡越时间确定，极大减小了整个阵面对孔径渡越时间的影响。
若天线阵内每一个单元都包含有时间延时单元，使得在第N号单 元通道内的信号延迟τA，则第i号单元通道内的延迟为iτA/(N-1)。这 样，天线的孔径渡越时间TA将降为TA-τA。由信号频率变化所引起 的波束指向的偏移为：
f • tg
f0
当目标回波能量非垂直入射阵列时，阵列方向图形成时，边缘单 元需要的相位： (2 / 。)Lsin
L为阵列孔径，如果只改变频率而不改变移相器，那么波束将会 移动。对于等线长馈电而言，不会使波束变形，并且当频率增大时 ，波束会移向法线。如果由时延网络代替移相器，则通过时延网络 的相移会随频率变化，但波束保持不动(波束指向不变)。当使用移 相（独立于频率）控制波束时，若工作频率为雷达中心频率f0，波 长为λ0，若要求天线线阵的波束最大值指向为θ，则对于离阵中心 距离为x的单元，其相位为： (2x / 0 )sin (2x / c) f0 sin
4.2 数字阵列雷达的基本原理
接收和发射波束均以数字方式来实现的全数字化相控阵天线雷达 就称作数字阵列雷达。
相控阵雷达微波组件-概述说明以及解释
相控阵雷达微波组件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述：相控阵雷达技术是一种通过控制多个发射接收单元之间的相位差来实现波束扫描的雷达技术。
微波组件作为相控阵雷达系统中的关键组成部分，起着至关重要的作用。
本文将重点探讨相控阵雷达中的微波组件，包括其在系统中的应用、性能要求以及未来发展趋势。
通过深入了解微波组件在相控阵雷达中的作用，我们可以更好地理解和应用这一先进的雷达技术。
"1.2 文章结构"部分内容如下：本文将首先介绍相控阵雷达的概念和原理，讨论其在军事和民用领域中的重要性。
然后将重点探讨微波组件在相控阵雷达中的作用和应用，分析其在系统性能、精度和灵活性方面的重要性。
最后，结合相关文献和案例研究，总结微波组件在相控阵雷达中的作用，并展望未来微波组件的发展趋势。
文章以系统性和逻辑性展开，旨在全面解析相控阵雷达微波组件的关键作用和发展前景。
1.3 目的本文的目的是探讨相控阵雷达中微波组件的重要性及其应用。
通过对相控阵雷达和微波组件的简介，以及微波组件在相控阵雷达系统中的实际作用进行分析和总结，希望能够帮助读者更深入地了解相控阵雷达技术和微波组件在其中的关键角色。
此外，还将展望未来微波组件的发展趋势，为相关领域的科研人员和工程师提供一些启示和思考。
通过本文的研究，旨在促进相控阵雷达技术的进步与发展，推动微波组件在雷达系统中的应用与创新。
2.正文2.1 相控阵雷达简介相控阵雷达是一种利用多个天线阵列组成的雷达系统，通过对每个天线的信号进行精确的相位控制和合成，实现对目标的定位和跟踪。
相控阵雷达具有方向性强、抗干扰能力强和较高的分辨率等优点，被广泛应用于军事、航空航天、气象探测等领域。
相控阵雷达的工作原理是利用天线阵列中的多个天线，通过分别改变每个天线的发射信号的相位和幅度，实现对目标的定位、跟踪和成像。
相控阵雷达系统可以根据需要调整天线的指向角度，实现对空间内不同区域目标的监测和探测。
雷达信号与数据处理整理多媒体
（3）雷达脉冲压缩技术
窄脉冲宽度可提高距离分辨率，但影响平均功率而降低了测量距离。 发射大时宽带宽积（Bt）信号，可以提高雷达的距离分辨率，同时提
高发射信号的平均功率，即那个地发射脉冲的峰值功率。
接收时对大时宽进行进行匹配滤波，可使接收信号回波信号变窄，成 为脉冲压缩。
雷达可分为陆基、机载、星载或舰载雷达系统； 按雷达波形分，可分为：连续波（CW）雷达、脉冲 （PW）雷达。
2.2 距离
简化的脉冲雷达框图
时间 控制
发射机/调制器 信号处理器
双工器 接收机
发射接收脉冲串
发射脉冲
脉冲1
IPP
τ
脉冲2
脉冲3
接收脉冲
△t τ 脉冲1回波
脉冲2回波
脉冲3回波
时间
IPP:通常被标为PRI脉冲重复间隔
（6）雷达成像技术
机载或星载雷达，距离和方位的高分辨成像。 距离分辨率，通过脉冲压缩技术实现；方位分辨率通过合成孔径技术
实现。 移动雷达，如SAR；地面雷达，ISAR。
（7）雷达目标的识别和分类
目标识别，判别目标类型。
主要通过信号处理实现。
（8）雷达抗电子干扰技术
无源干扰：箔条，可利用抑制气象杂波的方法。
雷达信息显示包括各种原始回波和处理回波的显示； 雷达回波显示与雷达整机控制设计为一体，通过画面显示、重要目
标三维放大显示等，辅助目标识别。
（7）雷达数据处理系统设计技术
输入/输出接口设计； 系统处理能力设计； 核心算法设计； 显示与控制一体化设计； 人-机接口与人性化界面设计； 系统各设备集成设计等。
ERP PJ GJ LJ
346b相控阵雷达参数
346b相控阵雷达参数相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种使用多个天线单元通过改变天线信号的相位来实现波束的电子扫描的雷达系统。
相控阵雷达具有快速扫描速度、高方向性、高分辨率等优点，因此广泛应用于航空航天、军事和民用领域。
本文将详细介绍相控阵雷达的参数和特性。
一、工作频率：相控阵雷达的工作频率可以根据具体的应用需求进行选择，常见的工作频率包括X波段（8-12GHz）、C波段（4-8GHz）、S波段（2-4GHz）等。
不同的频段具有不同的传播特性和透射性能，需要根据具体应用需求选择适当的工作频率。
二、工作距离：相控阵雷达的工作距离取决于雷达系统的发射功率、接收灵敏度以及目标反射信号的强度等因素。
一般而言，相控阵雷达可以实现几十公里到几百公里的工作距离，对于远程监测和目标跟踪具有较高的精度和准确性。
三、波束宽度：波束宽度是指相控阵雷达的辐射功率在空间中的分布范围，通常用实际辐射功率达到最大值时波束的主瓣宽度来衡量。
波束宽度决定了雷达的方位分辨能力，较小的波束宽度可以提供更高的角分辨率，对小尺寸目标的探测和追踪更为精确。
四、目标探测和跟踪能力：相控阵雷达具有快速扫描速度和高灵敏度的特点，能够在短时间内对大范围的区域进行全景监测，并实时跟踪目标。
其探测和跟踪能力取决于雷达系统的发射功率、接收灵敏度、方位和仰角的扫描范围等参数。
五、目标识别和分类能力：相控阵雷达不仅可以对目标进行探测和跟踪，还可以通过目标的特征参数进行识别和分类。
目标的特征参数包括目标的信号反射特性、目标的速度、形状、尺寸等特征，并结合雷达系统的信号处理算法进行目标的识别和分类。
六、抗干扰和隐身能力：相控阵雷达具有抗干扰和对抗隐身目标的能力。
相控阵雷达可以通过改变扫描模式和波束形状，来抵抗干扰源的干扰信号。
同时，相控阵雷达还可以通过对隐身目标的射频特性进行分析，提高对隐身目标的探测和跟踪能力。
七、系统复杂度和成本：相控阵雷达的系统复杂度和成本取决于系统的规模和技术要求。
相控阵雷达天线的工作原理及应用
相控阵雷达天线的工作原理及应用作者：谢振武张劲栓来源：《中国科技博览》2019年第03期[摘要]本文应用惠更斯菲涅耳原理以及平面衍射光栅原理简要的分析了相控阵雷达天线的工作原理，并简要说明了实际相控阵雷达的工作原理及其优点。
最后举例说明了相控阵雷达天线的应用。
[关键词]相控阵；相位差；天线中图分类号：TN958.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0380-01一、引言相控阵雷达现已被人们视为现代科技的标志物。
各国对此相当重视，将其列为机密科研项目之一。
但就是这样一个被视为现代科技的标志物的原理却不那么深奥，它仅仅是一个电磁波发射和接受的装置。
它所应用的高技术，始终是波产生和接收这两个环节展开的。
传统雷达对区域进行探测时是通过机械转动其天线，形成波来扫描，这种扫描的周期较长（几秒～几十秒），且扫描速度慢，因而机械扫描无法实现对高速飞行物的跟踪探测。
而相控阵雷达的天线无物理运动，故其波束扫描的速度和方向均可以敏捷地调节。
二、相控阵雷达的工作原理相控阵天线由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。
基本原理是微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。
由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。
一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。
相控阵在快速跟踪雷达、测相等领域得到广泛的应用，它可以使主瓣指向随着通信的需要而不断地调整。
相控阵为主瓣最大值方向或方向图形主要由单位激励电流的相对来控制天线阵。
通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位改变方向图形状的天线。
控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波速扫描的目的。
在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状。
相控阵雷达技术在防空系统中的应用分析
相控阵雷达技术在防空系统中的应用分析作者：杨志滔，刘沛鑫来源：《中国新通信》 2018年第7期前言：随着我国航空航天事业的发展，相控阵雷达技术在航空航天中的应用也越来越广泛，它天线的复瓣零件可以迅速的朝向敌方干扰源，使敌方无法进行干扰，它还具有故障软化等一系列功能，十分适用于防空系统的建设与优化。
一、相控阵雷达技术相关内容综述1、发展历程。
相控阵雷达技术的兴起最早可追溯到上世纪30 年代，当时，美国进行了有关相控阵技术的研究工作，耗时二十多年的时间，最终研制出两部实用性舰载相控阵雷达AN/SPS32 以及AN/SPS33，并将两个雷达作为“企业号”航空母舰的装备使用。
到1958 年，美国迪克斯公司又相继研发出一部超高频面阵电扫雷达，它的天线由90 个辐射单元组成，采用抽头延迟线实现对波束的控制。
进入60 年代后，计算机技术不断崛起，相控阵雷达技术的发展也迎来了第一个高潮，前苏联研制出“鸡笼”与“狗笼”两款相控阵雷达，美国也奋起直追，再次研制出46/85 以及MAR 等多项新成果。
70 年代后，英、法、美、日等国家也加入到研究队伍中，相控阵雷达技术的功能也越来越多样化，诸如目标搜索与识别；导弹跟踪与制导等。
2、相控阵雷达技术的特点。
1）作用距离远。
相控阵可以通过多个小功率发射器来提升敷设功率，且它的雷达可以加大，这无疑为探测工作带来了极大的便利。
相控阵雷达的功率孔径大于其他任何类型的雷达，因此，其作用距离很远，通常可以达到3000Km，用于防空系统的相控阵雷达作用距离相对较小，但也能够保持在几百千米。
2）同时完成多种功能。
相控阵雷达可以同时形成多可独立的控制波束，这些波束通过系统的指令可分别完成观测、识别、跟踪、照射等多项内容。
一部雷达就可以解决其他雷达所不能解决的难题，提高了设备的利用率。
例如：美国的“爱国者”系统中就设有AN/MPQ-53 相控阵雷达，它同时完成的工作相当与其他几部雷达相加的工作量，极大的提高了设备的机动能力[1]。
相控阵雷达
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
相控阵雷达简介(续) 相控阵雷达简介(
– 移相器控制波束的发射与接收 – 无源阵:收发共用一个或几个发射机和接收机 无源阵: – 有源阵:每个阵元都连有可提供所需辐射功率 有源阵: 的收发(T R)固态组件 (T/R)固态组件, 的收发(T R)固态组件,即都是有源的 固态组件的功率源是低功率的 各阵元辐射功率在空间进行合成 各阵元辐射信号间相位关系固定,即相参 各阵元辐射信号间相位关系固定, 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
当波束指向 θ0 任意时,在主瓣内θ ≈θ0,得 任意时,
Nπd sin (sin θ sin θ 0 ) λ = sinc Nπd sinθ F (θ ) ≈ 0 Nπd λ (sin θ sin θ 0 )
λ
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
相扫基本原理(续) 相扫基本原理(
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
相控阵雷达简介(续) 相控阵雷达简介(
– 移相器:实现相扫的关键器件 移相器: – 对移相器的要求: 对移相器的要求: 移相精确,性能稳定,频带和功率容量大, 移相精确,性能稳定,频带和功率容量大, 便于快速控制,激励功率和插入损耗小, 便于快速控制,激励功率和插入损耗小,体 积小, 积小,重量轻等 – 移相器的种类: 移相器的种类: PIN二极管移相器,铁氧体移相器,数字式移 二极管移相器, 二极管移相器 铁氧体移相器, 相器等
d sinθ
θ
d 0 0
d
1 2
2 k
k
(N-1) N-1
θ 0 = sin
1
d 2π / λ
N元直线相控阵天线 元直线相控阵天线
第3章 连续波雷达
光控相控阵雷达
将全面展开并加速进行。 由于光纤传输具有损耗低、 频带宽等固有的优 点， 光纤在雷达系统的应用首先用于连接雷达天线 和雷达控制中心， 从而可使两者的距离从原来用同 轴电缆时的 ’## 9 以内扩大到 ) P , O9。用光纤作 传输媒体， 其频带可覆盖 ( 波段 （ % P ")K * QRN ） 或 SE 波段 （ ")K * P "% QRT） 。目前 ( 波段高频光纤系
二、 光控相控阵的技术优势
为了提高抗干扰能力， 相控阵雷达必须具有尽 可能大的带宽。为了提高雷达的分辨、 识别能力和 解决多目标成像问题， 相控阵雷达必须具大的瞬时 带宽。为了对抗反辐射导弹的威胁， 也要求采用大 瞬时带宽的扩频信号。但是由于孔径效应的存在， 相控阵雷达波束的的指向随频率的变化而偏移： ・ =E・
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收稿日期： )##’ $ ") $ )’ ・ +"・
! !""# 年第 ! 期 统已实用化， "# 波段的宽带微波光纤线路系统也已 有大量报道。 光纤在相控阵信号处理方面的应用主要是光纤 延迟线信号处理。先进的高分辨率雷达要求损耗 低、 时间带宽积大的延迟器件进行信号处理。传统 延迟线、 电荷耦合 的同轴延迟线、 声表面波 （ $%& ） 器件 （ ’’( ） 等均已不能满足要求。静磁波器件和 超导延迟线虽能满足技术要求， 但离实用化尚很遥 远。光纤延迟线具有损耗低 （ 在 ) * )+ ,-. 频 段 、 时间 内， 单位延迟时间的损耗仅 +/ 0 * +/ ) 12 3 45 ） 带宽积大 （ 达 )+0 * )+6 ） 、 带宽宽 （ 7 )+ ,-. ） 等优 点， 且动态范围大， 三次渡越信号小， 实现彼此跟踪 的延迟线相当容易， 而且能封装进一个小型的封装 盒。用于相控阵雷达信号处理的多半是多模光纤构 成的延迟线。目前国外光纤延迟线已进入成熟期。 为提高相控阵雷达天线波束扫描的灵活性， 减 小初始功耗， 以及精密控制所需的单元相位和幅度 以实现低的空间旁瓣， 需要对每一天线单元提供波 束 （ 相位） 控制信号、 极化控制信号和幅度控 制 信 号。采用光纤高速传输这些控制信号， 相位稳定性 好， 可以大幅度减少每一有源单元的电子组件量， 简 化系统构成， 降低雷达成本， 减小体积和质量。 光纤技术在相控阵雷达的应用还包括用光纤延 迟线在光控相控阵雷达波束形成所需的相移； 在电 光相控阵发射机中采用集成光学进行波束形成， 用 光纤技术进行天线的灵活遥控； 利用光纤色散棱镜 技术的宽带光纤实时延迟相控阵接收机等。其中， 除光纤延迟线外， 光纤耦合器、 波分复用 3 解复用器、 集成光学、 偏振保持光纤、 高色散光纤、 光纤放大器、 光纤光栅等先进的光纤元器件技术得到了应用。 ［ )］ 据已有资料 ， 美国空军 89:;5 试验室已进行 了 （ )<<= ） 光控相控阵的实验实现， 在 > 6+? 侧向扫 描角下， 光控相控阵可以实现 @+A （ B 波段： C@+ * ) 0++ -.） 的即时带宽。 光控相控阵雷达的国内研究尚未见报道。
SQ-雷达系统（第四章）相控阵雷达
必 须 限 制 天 线 的 扫 面 范 围 ， 0 600 （ 常 为 300, 450 ） 要覆盖半个球面，至少须三部 RD 实现。
为什么要限定相控阵雷达的扫描范围？
18
2021/7/10
相位扫描原理
3.相控阵 RD 缺点与改进办法： 天线阵元等间距 d，等幅发射条件 F ( ) 位辛格函数（辛格函
当0 600 0.5s 20.5
16
2021/7/10
另外，0 天线增益
相位扫描原理
①设0 = 0， 最大辐射方向为阵列面法向；
波束扫天线描有对效辐0射.5 影面积响，（S0一 N维a 直Nd线2 （阵a ：为每例个单）元面积）
天线增益 G0
4
S0
2
4
Nd 2
2
②当波束扫至0 （偏离法线0 ）
天线阵
①结构：平面阵列
利于波束指向的配相计算与控制
正方形，三角形，六角形，随机阵列
辐射单元
半波振子，喇叭口，缝隙振子，螺旋天等。
21
2021/7/10
相位扫描系统
相控阵雷达相位扫描系统包括：天线阵、移相器、 波束指向控制器（波控器）、多波束形成网络。
天线阵
②馈电方式： 功率源到辐射单元间采用一定数量的微博耦合元 件及传输馈线
L4 4
L3 L2 L1
D1
D2
DN
29
2021/7/10
移相器
铁氧体移相器：应用磁性元件--铁氧体 结构：四个截面相同，长度不同的铁氧体，相互间隔以介质，沿波导
纵向放置，没跟铁氧体中心穿一根导线，激励电流，导线从波 导壁引出（称磁化导线），铁氧体两头竖起，起匹配作用，避 免反射。 工作原理：若磁化导线加入一幅度足够的脉冲电流，使铁氧体磁化并
2014相控阵雷达
空域滤波与频域滤波
对于基于均匀直线阵列的发射天线，当阵元的激励 电流各不相等时，阵列的方向函数：
对于基于均匀采样的离散时间系统，其时域有限冲激 响应函数h(n)对应的频域响应为：
令采样 间隔为ts
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时间离散系统时域有限冲激响应函数h(n)对应的 频域响应和均匀直线阵列方向函数具有相似性
阵列天线的方向 图可视为空域上 的频谱分布
若 0
d d sin sin sin
N d sin sin F ( ) N d sin
天线方向图 形状为辛格 函数
N d sin sin F ( ) N d sin
相控阵技术的发展现状
上世纪60年代为适应对人造地球卫星及弹道导弹 观测的要求，相控阵雷达技术获得了很大的发展 由于技术进步及研制成本降低，相控阵雷达技术 逐渐推广应用于多种战术雷达 相控阵技术在军民两用/民用雷达中的应用 多种机载与星载合成孔径相控阵雷达
对相控阵雷达探测的新需求
由空域参数和时域参数的对应关系，利用波束指向性 选择不同入射角度信号的机理和利用不同频率响应选 择不同频带信号机理相同，如下图所示：
空域滤波就是通过调整阵列天线参数，使得主瓣对准有用 信号方向，获得较大接收增益；使方向图零点指向干扰信 号入射方向，以压制干扰信号，获得最大信干比。
15
相控阵技术的发展与应用
雷达要观察不断出现的新目标/新作战平台 雷达要适应复杂的目标环境与工作环境 获取更多/更精确的目标信息 提高雷达的生存 要集成至新装备平台/系统 能力与对抗能力 观测低空、小目标 成像、识别、解译 推远雷达探测距离
(完整word版)相控阵雷达系统的设计与分析
第一章相控阵雷达系发射信号的设计与分析1.1 雷达工作原理雷达是Radar（RAdio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t,电磁波以光速C向四周传播，经过时间R后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()R-。
s tC电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()Rσ⋅-，其中σ为目s tC标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS），反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t Cσ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。
图1.2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成:1()()Mi i i h t t σδτ==-∑ (1.1)M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，2ii R cτ=(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。
2024版年度技术相控阵雷达入门到精通
2024/2/3
1
目
CONTENCT
录
2024/2/3
• 相控阵雷达基本概念与原理 • 相控阵雷达系统组成与功能 • 相控阵雷达性能指标评价方法 • 先进相控阵雷达技术发展动态 • 实战化环境下相控阵雷达运用策略
探讨 • 仿真实验平台搭建与案例分析
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01
相控阵雷达基本概念与原理
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抗干扰性能和杂波抑制能力测试
抗干扰性能
指雷达在干扰环境下正常工作的能力， 包括抗有源干扰和无源干扰两种。
测试方法
通过模拟或实际环境测试，观察雷达 在干扰和杂波条件下的工作性能，以 评估其抗干扰性能和杂波抑制能力。
杂波抑制能力
指雷达在复杂环境下抑制杂波、提取 目标信息的能力。
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市场前景
随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，相控阵雷达的市场需求将会不断增长。未来，相控阵雷达将会在更 多领域得到应用，并且其性能和功能也将会得到进一步的提升和完善。同时，随着相关技术的不断发展和成本的 不断降低，相控阵雷达也将会更加普及和实用化。
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02
相控阵雷达系统组成与功能
针对仿真实验平台搭建过程中的关键技术和难点进行深入解析，如阵列天线建模、波束 形成算法实现等。
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典型场景建模及参数设置方法
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典型场景选择及建模方法
根据实际需求选择典型的相控阵雷达应用场景，如机载火 控雷达、地面防空雷达等，并介绍相应的场景建模方法。
参数设置原则与技巧
详细阐述仿真实验中需要设置的参数及其原则，包括雷达 系统参数、环境参数、目标参数等，同时分享一些实用的 参数设置技巧。
相控阵雷达ppt课件
可以采用非均匀分布的阵列天线，见P156 表5－1。
以上分析的是相控阵一维阵列天线分析，二维天线的分析方法相 同。
19
§5.3相控阵雷达的组成
相控阵雷达的组成方案很多，根据是否有源可分为两类：
1.有源相控阵列雷达
每个天线阵元用一个接收机和发射功率放大器
显示 控制
激励器 数据处理 波控计算机
发射 天线 接收 阵列 阵列
二极管起一个开关的作用，加正向偏置导通，反向偏置截止。 体积小，重量轻，开关时间短(50ns-2μs)，驱动功率小，温度系 数小，适用于固态集成电路。 2．铁氧体移相器
铁氧体(4段) 波导 图5.7铁氧体移相器
铁氧体移相器结构如图5.7。其中，铁氧体上的线圈未画出。利 用线圈对每段铁氧体独立充磁，改变各段磁化状态，从而改变波导 中的相位移。
常用的按两个相位变化，在0o和－180o两者之间编码，相位只 取这两个值。主要有巴克码、M序列码、L序列码和互补编码等。巴 克码见p142。
另外，还有四相码，取0o, 90o, 180o, 270o四个相位点。 相位编码脉冲压缩仍有副瓣抑制的问题。
四相码应用较少。
习题：线性调频信号的带宽B为1MHz，时宽T为100μs，零中频，t0=0。采 样频率fs=B。 1． 画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。 2． 画出线性调频信号的频谱图(FFT变换后取模，0频率在坐标中间)。 3． 画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。 4． 画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
(阵元)。常见的辐射源： 半波振子 喇叭口 缝隙振子 微带偶极子
移相器 1． 二极管移相器
输入 22.5o
45o
90o
相控阵雷达TR 组件
相控阵雷达TR 组件Thank you * 隔离器基本原理隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。
输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。
隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。
隔离器主要技术参数 1.隔离强度：也叫隔离能力、耐压强度或测试耐压，这是衡量信号隔离器的主要参数之一。
单位：伏特@1分钟。
它指的是输入与输出，输入与电源，输出与电源之间的耐压能力。
它的数值越大说明耐压能力越好，隔离能力越强，滤波性能越高。
一般的，这种耐压测试是通过一次性样品的耐压检验来确定的。
2.精度：这是衡量一个信号隔离变送器质量的标尺。
业内一般能做到量程±0.2[%]。
个别品牌如M-SYSTEM 、ACI 等能做到±0.1[%]。
3温度系数：表示隔离器等仪表在环境温度发生变化时，精度的变化情况。
大多情况下用百分数表示（也有用单位250ppm/K表示的），如：M-SYSTEM温度系数±0.015[%]/℃（相当于150ppm/K）。
4.响应时间：表征信号隔离器的反应速度。
5.绝缘电阻：内部电源与外壳之间隔离直流作用的数值化表征。
6.负载电阻：反映了信号隔离器的带载能力。
开关电路一般称为天线收发模块应用在收发器，其功能是在发送状态将天线和发射器进行连接，而在接受状态时，将天线与接收器进行连接。
PIN二极管作为一个基本单元在这些开关中的使用时，他们就会比电子-机械开关提供更高的可靠性，更好的机械强度和更快的开关速度。
PIN二极管开关电路技术指标插入损耗和隔离度：PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻，因此开关在导通时衰减不为零，成为正向插入损耗，开关在断开时其衰减也非无穷大，成为隔离度。
二者时衡量开关的主要指标，一般希望插入损耗小，而隔离度大。
开关时间：由于电荷的存储效应，PIN管从截止转变为导通状态，以及从导通状态转变为截止状态都需要一个过程，这个过程所需要的时间成为开关时间。
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第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 天线照射方向0由移相器的相移量 决定
– 在0方向，各阵元辐射场由波程差引起的相位差 正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相相 加获最大值，F(0)=1 – 改变 值，就可改变波束指向角0 ，从而形成波 束扫描 – 方向图最大值方向同相波前垂直 – 由天线收发互易原理，接收天线，结论相同
0.5 s
0.5 0 (3dB宽 度) cos 0
o
• 0 越大，波束越宽，例 0 = 60 ，0.5s 20.5
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理 （续）
– 波束总是指向同 相馈电阵列天线 的法线方向 – 同相波前 MM’ 的 有效天线孔径为 Ndcos0
d sin
d 0 0
d
1 2
2 k
k
(N－1) N－1
0 sin
1
d 2 /
N元直线相控阵天线
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 各阵元在方向远区某点辐射场的场强矢量和为
E( ) E0 E1 Ei EN 1
– 等幅馈电时，各阵元在该点辐射场的振辐为E。 以0号阵元为相位基准，则 N sin ( ) j N 1( ) N 1 2 e 2 jk ( ) E ( ) E e E 1 k 0 sin ( ) 2 – 式中 2dsin / 为波程差引起的相邻阵元辐射场 相位差
第3章 连续波雷达
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
定向耦合器
l1 l2
d
2 波束
波束1 相加波导
波束1相加 波束2相加 波束1 接收机 波 束 选 择 器 高 度 计算机 显示器
射频延迟线多 波束形成系统
波束2 接收机
第3章 连续波雷达
多波束形成技术
1 2 3
• 多波束形成技术（续）
混频 本振 中放
• 得波束半功率（3dB）宽度
0.5
0.886 50.8 ( rad ) () Nd Nd
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 当d = /2时，若要0.5 =1 ，则需阵元 N=100
o
0.5
100 () N
• 当波束指向 0 任意时，在主瓣内 0，得
混频
混频
中放
中放 波束1
中频延迟多波 束形成系统
抽 头 延 迟 线
波束2
波束3
第3章 连续波雷达
多波束形成技术
1 2 3
• 多波束形成技术（续）
混频 本振 中放
混频
混频
中放
中放 波束1
中频延迟多波 束形成系统
抽 头 延 迟 线
波束2
波束3
第3章 连续波雷达
－0 ＋0
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
• 代入波束宽度B(s) = B /cos0 ，B为法线方 向波束宽度
d
B ( s)
0.29
Ba (%)
B
sin 0
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 由于d B(s), 0 增大, 允许的带宽变小
– 天线孔径, 波束宽度B , 允许的Ba(%) – 天线指向0时, 能量充填整个孔径所需时间为
• 多功能、多波束、自适应抗干扰
– 缺点：
• 波束宽度随扫描方向变化
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器控制波束的发射与接收
– 无源阵：收发共用一个或几个发射机和接收机 – 有源阵：每个阵元都连有可提供所需辐射功率 的收发（Ｔ/Ｒ）固态组件，即都是有源的 • 固态组件的功率源是低功率的
– 等间距和等幅馈电的阵列天线副瓣较大(第一副瓣 电平为-13dB)，常需“加权” 降低副瓣 • 振幅加权：中间阵元功率大，周围阵元功率小 • 密度加权：中心阵元密度大，周围阵元密度小
• 采用有方向性的阵元
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 相扫天线的带宽
• 前面对相控阵的讨论只限于窄带信号，B << f • 相控阵天线方向图 F() 随载频 f 变化 f↑=>↓=>d ＞ /2 =>F( ) 压缩，出现栅瓣 • 波束指向0 时线阵孔径两端相位差
Nd sin (sin sin 0 ) sinc Nd Δsin F ( ) 0 Nd (sin sin 0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 因 sinc() 函数对参量 sin0 的主瓣宽度处处一 致，即sin0 = 常数 0.5，由微分 sin0 = 0 cos0 ，得任意 0 时的波束半功率宽度
1 2 3
d 放大器 放大器
d 放大器
0＋
0
0－
0
0
0
0－
0
0＋
移相法实 现多波束
相加
相加
相加
波束1 波束2 波束3
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理
– 通过移相器改变各阵元激励相位，实现扫描
– 假定所有阵元
• 无方向性
• 等幅同相馈 电 • 相邻阵元激 励电流相位 差为
现代雷达技术
第4章 相控阵雷达
第3章 连续波雷达
本章介绍
• 本章简介
– 相控阵雷达简介
– 多波束形成技术 – 相扫基本原理 – 空域滤波及数字波束形成引论
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介
– 相位控制阵列：多个天线单元排成，各阵元馈电 相位按一定程序灵活控制，完成特定的空间扫描
– 优点： • 相扫，无机械惯性，快速波束捷变 • 多目标、远距离、高数据率、高可靠性
T D sin 0 / c
– 有效通过天线孔径的脉冲宽度t T , 得
B 100 100 2 B () Ba (%) 100 f ct D sin 0 sin 0
其中
B () 50.8 / D
第3章 连续波雷达
空域滤波及数字波束形成引论
• 空域滤波及数字波束形成引论
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
– 自适应干扰对消
• 阵列信号模型 • 阵列协相关矩阵：酉对称、正定 • 特征值与特征矢量及其物理含义 • 最小二乘法：输出最小，纯噪声输出，MSE • 干扰对消权矢量：最小特征矢量
第3章 连续波雷达
空域滤波及数字波束形成引论
• 空域滤波及数字波束形成引论（续）
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 当=0时为主瓣，其余为栅瓣。只取一个周 期 - ~
d (sin sin 0 )
1 | sin sin 0 |
d
• 因 | sin - sin0 |≤1+| sin0 |，则无栅瓣条件
– 自适应波束形成
• 信号模型 • 最优准则：信号方向增益恒定条件下输出 MSE最小， • 最优解：最大似然解、最大输出SNR
• Capon法（LCMV）的特征空间解释
• 自适应最优波束形成权矢量
• 大量低功率固态源取代易损坏的高电压、 大 功率发射机，系统可靠性提高
• 固态阵和数字波束形成及阵列信号处理技术 相结合，天线性能改善潜力大
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 移相器：实现相扫的关键器件
– 对移相器的要求： • 移相精确、性能稳定、频带和功率容量大、 便于快速控制、激励功率和插入损耗小、体 积小、重量轻等
G ( 0 )
4As
2
4A
2
cos 0
o o
– 波束扫描角范围通常限制在±60 或 ±45 内。 o 若要覆盖整个360 ，一般要用三至四个天线阵
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
– 各阵元有指向性时，若所有阵元的阵元方向图 Fe() 一致，则总的阵列天线方向图等于阵方向 图F( )与阵元方向图Fe()之积，即 FN ( ) = Fe ( ) · ) F(
－ 0
πd
(sin sin 0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
• 方向图函数
Nd sin (sin sin 0 ) 1 F ( ) N d sin (sin sin 0 )
• 当 (Nd /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子为0 ，若分母不为0 ，F() = 0 • 当 ( d /)(sin - sin0) = 0, …, ±n （n为整 数）时，分子分母同为0，F() = 1，即F() 可能出现多瓣
• 各阵元辐射功率在空间进行合成
• 各阵元辐射信号间相位关系固定，即相参
• 各阵元的相位和振幅分布可按要求控制
第3章 连续波雷达
相控阵雷达简介
• 相控阵雷达简介（续）
– 有源阵的优点:
• 功率源直接联在阵元后面，馈源和移相器的 损耗不影响雷达性能；接收机噪声系数由T/R 组件中的低噪声放大器决定 • 阵元馈源和移相器功率容量低，轻便廉价
– 空域匹配滤波
• 阵列空间响应，阵列信号流型 • 多个信号模型 • 空域匹配滤波，同相相加 • 波束副瓣抑制 • 多波束形成