无源有源相控阵雷达原理、电扫阵列及典型雷达系统
有源相控阵雷达原理
有源相控阵雷达原理有源相控阵雷达（Active Electronically Scanned Array，AESA）是一种先进的雷达技术，它采用了相控阵天线和主动相控技术，具有较高的抗干扰能力和快速目标搜索、跟踪能力。
相比传统的机械扫描雷达，有源相控阵雷达具有更快的响应速度和更灵活的目标探测能力，因此在现代军事应用中得到了广泛的应用。
有源相控阵雷达的原理基于相控阵天线和主动相控技术。
相控阵天线是由大量的单元阵列组成的，每个单元阵列都可以独立控制，通过改变每个单元阵列的相位和幅度，可以实现对雷达波束的灵活控制。
而主动相控技术则是通过对每个单元阵列的相位和幅度进行实时调控，以实现对雷达波束的实时调整和目标跟踪。
这种灵活的波束控制能力使得有源相控阵雷达可以快速地对多个目标进行跟踪和搜索，极大地提高了雷达的性能和效率。
有源相控阵雷达的原理还体现在其发射和接收的方式上。
传统的雷达通常采用单一的天线进行发射和接收，而有源相控阵雷达则采用了多个单元阵列，可以实现多波束的同时发射和接收。
这种多波束的发射和接收方式可以大大提高雷达的搜索速度和目标跟踪能力，同时也增强了雷达的抗干扰能力和隐身目标的探测能力。
除此之外，有源相控阵雷达还采用了先进的信号处理和数据处理技术。
相控阵天线可以实现对雷达波束的快速调整，同时也可以实现对雷达信号的实时处理和分析。
这种高效的信号处理和数据处理技术使得有源相控阵雷达可以实现对多个目标的快速跟踪和搜索，同时也可以实现对复杂环境下的抗干扰和隐身目标的探测。
总的来说，有源相控阵雷达的原理基于相控阵天线和主动相控技术，通过灵活的波束控制、多波束发射和接收以及先进的信号处理和数据处理技术，实现了对多个目标的快速跟踪和搜索，具有较高的抗干扰能力和快速响应的特点。
在现代军事应用中，有源相控阵雷达已经成为了主流的雷达技术，其在提高雷达性能和效率方面发挥着重要的作用。
有源相控阵雷达各模块及其作用
有源固态相控阵雷达的系统系统框图：
相控阵雷达天线：相控阵雷达天线由许多辐射器构成，通过移相器控制阵列中各辐射器的相位，得到所需的方向图和波束指向。
通过控制移相器的相移，改变发射电磁波的相位，完成对空搜索。
T/R组件：有源相控阵雷达天线每个辐射器后面都安装一个T/R组件，用于产生和接收电磁波。
控制移相器的相移，改变发射电磁波的相位，改变的就是T/R组件发射电磁波的相位。
此外，无源阵与有源阵的区别也在这里。
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
波束控制：控制相控阵雷达波束指向，
频率综合器：提供雷达所需的全相参信号以及信号波形。
相参信号：各PRT之间相位关系相对固定。
相参处理的意义在于脉冲积累时提高信噪比，提高多普勒频率的准确度。
信号发射：各阵元辐射功率在空间进行合成，各阵元的相位和振幅分布可按要求控制。
发射出去的是球形波，各个通道进行合成，改变了信号的传输方向。
点源发出去的是球形波。
发射的调制信号：发射信号只发射上边带,下边带要虑去,否则接收回来,虑不掉。
进行载波的时候，是cosf1*cosf2，将信号调制到9.4Ghz。
接收校准、发射校准：校准的是各个通道之间幅相不一致性。
无源有源相控阵雷达原理、电扫阵列及典型雷达系统
相参技术相参雷达是指雷达系统的发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供，使得这些信号之间可以保持确定的相位关系，同时接收的回波信号也可以提取信号的相位信息。
相参技术对主振源信号具有极高的频率稳定度要求和频谱纯度，对天线性能，信号处理器等都具有很高的要求。
相同频率，不同相位的信号叠加效果移相器移相器的作用是将信号的相位移动一个角度，相位和频率保持稳定的对应关系是移相器的一个重要特性。
铁氧体移相器铁氧体移相器的基本原理是利用外加直流磁场改变波导内铁氧体的导磁系数，从而改变电磁波的相速，得到不同的相移量。
铁氧体移相器的主要优点是承受功率较高，插入损耗较小，带宽较宽。
其缺点是所需激励功率比PIN管移相器大，开关时间在微秒(us)量级。
半导体PIN二极管PIN二极管开关从“开”到“关”或者相反动作的起始状态达到稳定状态的时间称为开关时间。
以半导体PIN二极管作为开关器件的数字式移相器相位转换时间可以达到纳秒(ns)量级。
GaAs FETGaAs FET开关是数控移相器的主要构成元素，它作为一个三端器件，可以通过对栅偏置电压的控制来改变源漏间电阻，从而实现开关动作，转换时间也在纳秒(ns)量级。
相控阵雷达原理有了信号叠加的原理和移相器，相控阵雷达原理就好理解了，其基本思想：通过移相器改变每个辐射元件发射信号的相位，以提供相长/相消干涉，从而实现波束的电子扫描，在期望的方向上形成窄波束，雷达天线不需要机械转动。
电子扫描阵列很好的解决了机械雷达的机械惯性和扫描需要时间长等问题，实现了波束指向的无惯性快速扫描，为任务的灵活敏捷性创造了很好的条件。
相控阵天线是相控阵雷达组成的核心之一，相控阵天线既有有源、无源之分，也有一维、二维之分。
无源电子扫描阵列Passive Electronically Scanned Array, PESA无源电子扫描阵列天线表面的阵元只有改变信号相位的能力而没有发射信号的能力，信号的产生还是依靠天线后方的信号产生器，然后利用波导管将产生的信号号送到信号放大器上，再传送到阵列单元上面，接收时则反向而行。
(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
相控阵雷达ppt课件(2024版)
第五章 相控阵雷达
§5.1概述
相控阵： 相位可控的阵列。相控阵天线是由许多辐射单元排
列组成的，每个单元的馈电相位均可灵活控制，改变波 阵面。
相控阵的概念很明确、很简单，但它与其他许多技术 有关，研究较早，发展较慢。目前处于迅速发展、激烈 变化的时期。
9
相控阵采用的高技术：
计算机技术 固态技术 信号处理技术 光电子技术 新材料技术 以及器件、结构、工艺的发展
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。
速度慢、体积大、、功率大
移相的量化误差。
23
波束形成网络
波束形成分发射波束形成、接收波束形成， 一般指接收波束形成。
射频波束形成 中频波束形成 数字波束形成 多波束形成
线性调频扫描 非线性调频扫描
噪声
|f2-f1| |f2-f1|
B
分辨率 1/比特率
1/|f2-f1| 1/|f2-f1|
1/B
4
9.脉冲压缩原理:
设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
y(t) s(t) * h(t) s()s*( t t0)d
F Fa Fe
Fe(θ)称为阵元因子。
关于阵列天线的栅瓣
阵列因子图： 主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
3π/2 2π
图5-2阵列因子图
15
主瓣
栅瓣
栅瓣
-π/2
0
π/2
π
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()
相控阵雷达.ppt
• 空域滤波及数字波束形成引论
– 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
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
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）
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
定 向 耦 合 器
束2
l1 l2
d
波
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
多波束形成技术
• 多波束形成技术（续）
－ 0 ＋ 0
• 多波束形成技术（续）
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
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
– 移相器的种类：
• PIN二极管移相器、铁氧体移相器、数字式移 相器等
多波束形成技术
• 多波束形成技术
– 收发都用多波束
– 接收多波束，发射宽波束，收发覆盖相同空域 – 接收多波束用得较多，因为： • 功率弱，技术上易实现，控制和处理灵便 – 多波束形成方法 • 射频延迟线、中频延迟线、移相法、脉内频 扫、数字波束形成（DBF）
雷达工作原理及相控阵雷达工作原理
雷达的工作原理雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。
由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。
接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。
根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：S=CT/2 其中S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。
通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。
两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。
相控阵形式
相控阵形式相控阵（Phased Array）是一种利用多个天线元件组成的阵列天线，通过控制每个天线元件的相位来实现波束的方向图变化。
相控阵技术在雷达、通信、无线电等领域具有广泛的应用前景。
本文将对相控阵的基本概念、原理、分类以及应用领域进行详细介绍。
一、相控阵的基本概念相控阵是一种由多个天线元件组成的阵列天线，通过对每个天线元件的相位进行独立控制，实现对波束方向图的动态调整。
相控阵的核心思想是将传统的机械扫描方式改为电子扫描方式，从而提高天线的性能和灵活性。
二、相控阵的原理相控阵的工作原理是通过改变阵列中每个天线元件的相位，使得阵列波束在一个平面内实现动态扫描。
当所有天线元件的相位相同时，阵列波束最大；当相邻天线元件的相位差为180度时，阵列波束为零；当相邻天线元件的相位差为任意值时，阵列波束将沿着相位差的方向逐渐减小。
通过改变每个天线元件的相位，可以实现对波束方向图的动态调整。
三、相控阵的分类根据阵列中天线元件的数量和排列方式，相控阵可以分为以下几类：1. 线阵：线阵是由一系列沿直线排列的天线元件组成，适用于需要大范围扫描的场景。
线阵可以分为一维线阵和二维线阵。
一维线阵只有一个维度上的天线元件，适用于单向扫描；二维线阵有两个维度上的天线元件，适用于双向扫描。
2. 面阵：面阵是由一系列分布在一个平面内的天线元件组成，适用于需要高分辨率的场景。
面阵可以分为矩形面阵和圆形面阵。
矩形面阵中的天线元件呈矩形排列，适用于需要高增益的场景；圆形面阵中的天线元件呈圆形排列，适用于需要低副瓣的场景。
3. 子阵列：子阵列是由一组相互独立的子阵列组成，每个子阵列可以独立控制其相位。
子阵列可以提高系统的可靠性和灵活性，适用于需要快速响应的场景。
四、相控阵的应用相控阵技术在雷达、通信、无线电等领域具有广泛的应用前景。
以下是一些典型的应用场景：1. 雷达系统：相控阵雷达通过控制阵列中每个天线元件的相位，实现对波束方向图的动态调整，从而实现对目标的快速跟踪和高分辨率成像。
无源雷达的定位原理
无源雷达的定位原理无源雷达是一种无需发射信号而能够获取目标位置的定位技术。
其原理是基于天线接收到目标发射的无线电波，通过信号处理和计算，可以计算出目标的位置和速度信息。
无源雷达主要由两个部分组成：接收天线和信号处理器。
接收天线会接收到目标发射的信号，并传送到信号处理器中进行处理分析。
信号处理器需要进行频谱分析、多普勒分析和时域分析等操作，对接收到的信号进行加工处理，通过多种算法计算出目标的距离、速度以及方位角等信息。
其中，频谱分析是无源雷达定位的关键技术之一。
通过对接收到的信号进行频谱分析，可以得到频域信息。
在接收目标信号时，无源雷达会接收到多种频率、不同相位和不同功率的信号，而这些信号都会对目标位置和速度的计算产生影响。
因此，无源雷达需要通过频谱分析和计算，识别出所有信号的信息，再进行处理后确定目标位置和速度。
另一个重要技术是多普勒分析。
当目标向雷达靠近或远离时，目标发射的信号会发生多普勒频移。
这种频移可以通过多普勒分析技术来计算出目标的速度信息。
同时，多普勒分析也可以用于识别并过滤掉各种杂波和背景噪声，从而提高雷达的定位精度。
总的来说，无源雷达的优点在于对空间目标主动隐蔽，无需信号发射，避免了被探测的风险。
但是也存在一些局限性，比如需要目标自发射信号，目标发射器的功率和发射方式需满足雷达系统的接收条件等。
此外，信号的识别和处理算法设计也是无源雷达技术发展的重要方向。
总之，无源雷达的定位原理是基于目标发射信号被接收后的信号处理和分析，识别出目标的位置、速度、方位角等信息。
该技术的优点在于能够有效隐蔽目标，但也有其局限性，需要继续进行相关技术研究和探索。
雷达基础知识雷达工作原理
雷达基础知识雷达⼯作原理 雷达即⽤⽆线电的发现⽬标并测定它们的空间位置。
那么你对雷达了解多少呢?以下是由店铺整理关于雷达知识的内容，希望⼤家喜欢! 雷达的起源 雷达的出现，是由于⼀战期间当时英国和德国交战时，英国急需⼀种能探测空中⾦属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
⼆战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)⽕控、敌我识别功能的雷达技术。
⼆战以后，雷达发展了单脉冲⾓度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的⾼分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的⾃动⽕控系统、地形回避和地形跟随、⽆源或有源的相位阵列、频率捷变、多⽬标探测与跟踪等新的雷达体制。
后来随着微电⼦等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。
雷达的探测⼿段已经由从前的只有雷达⼀种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测⼿段融合协作。
当代雷达的同时多功能的能⼒使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对⽬标进⾏扫描，并对⼲扰误差进⾏⾃动修正，⽽且⼤多数的控制功能是在系统内部完成的。
⾃动⽬标识别则可使武器系统最⼤限度地发挥作⽤，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能⼒的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中⼼。
雷达的组成 各种雷达的具体⽤途和结构不尽相同，但基本形式是⼀致的，包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及。
还有电源设备、数据录取设备、抗⼲扰设备等辅助设备。
雷达的⼯作原理 雷达所起的作⽤和眼睛和⽿朵相似，当然，它不再是⼤⾃然的杰作，同时，它的信息载体是⽆线电波。
事实上，不论是可见光或是⽆线电波，在本质上是同⼀种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各⾃的频率和波长不同。
其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某⼀⽅向，处在此⽅向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波，送⾄接收设备进⾏处理，提取有关该物体的某些信息(⽬标物体⾄雷达的距离，距离变化率或径向速度、⽅位、⾼度等)。
相控阵激光雷达原理
相控阵激光雷达原理相控阵激光雷达（Phased Array Radar，简称PAR）是一种基于相控阵技术的激光雷达系统。
它可以通过有效控制激光束的方向和波束的形状，在三维空间中实现高速高精度的目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达的工作原理是基于光的干涉和相位控制。
它由多个发射单元和接收单元组成，每个单元都有一个独立的光源（例如激光二极管）和光接收器（例如光电二极管）。
这些单元按照一定的几何排列，形成一个二维阵列。
每个单元都可以独立控制激光束的发射时间和相位，从而实现波束的形状和方向的可调控。
在发射过程中，相控阵激光雷达首先将输入信号分配给不同的发射单元。
每个发射单元会产生一个相位不同的激光束，这些激光束之间会相互干涉形成一个总的辐射波束。
通过改变各单元的激光发射时间和相位，可以改变总波束的方向和形状，从而实现对目标的扫描和探测。
在接收过程中，相控阵激光雷达会收集从目标反射回来的激光信号。
这些信号被接收单元接收并转换成电信号，然后经过放大和滤波处理。
每个接收单元会分别调整接收信号的相位和延时，以便将信号从不同方向的目标分离出来。
最后，这些信号会被送入相控阵激光雷达的信号处理模块进行目标检测、跟踪和成像。
相控阵激光雷达具有以下几个特点：1. 高速高精度：相控阵激光雷达可以通过调整激光波束的方向和形状，实现对广泛范围内的多个目标进行高速高精度的检测和跟踪。
2. 多功能性：相控阵激光雷达可以同时实现目标的探测、测距、速度测量和成像等多种功能，具有较大的灵活性和适应性。
3. 抗干扰能力强：由于相控阵激光雷达可以通过动态改变波束形状和方向，因此它具有较强的抗干扰能力，可以有效抑制多径效应和杂波干扰，提高目标探测的可靠性。
4. 全天候工作：相控阵激光雷达采用激光技术，可以在良好或恶劣的天气条件下工作，如雨、雪、雾等，具有良好的适应性。
总的来说，相控阵激光雷达是一种基于相控阵技术的高性能激光雷达系统。
它通过控制激光波束的方向和形状，实现对目标的高速高精度的探测、跟踪和成像。
相控阵雷达
分类
相控阵雷达分为有源和无源两类。其实，有源和无源相控阵雷达的天线阵基本相同，二者的主要区别在于发 射/接收单元的多少。
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-592、英国的AR-3D、法 国 的 A N / T P N - 2 5 、 日 本 的 N P M - 5 1 0 和 J / N P Q - P 7 、 意 大 利 的 R AT- 3 1 S 、 德 国 的 K R - 7 5 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。
俄罗斯的“顿河”有源雷达有源相控阵雷达最大的难点在于发射/接收单元的制造上，相对来说，无源相控阵 雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达，但是 在功能上却明显优于普通机械扫描雷达，不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前， 完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且，即使有源相控阵雷达研制成功以后，无源相控阵雷达作为相 控阵雷达家族的一种低端产品，仍具有很大的实用价值。
1.导弹靶场。导弹靶场分为两个部分，即上靶场和下靶场，上靶场也被称为发射区或者首区，下靶场也叫做 再入区或者是落区、着弹区。导弹的上靶场是对导弹进行发射的场所。它的主要任务就是监视导弹的飞行轨道是 否是预设轨道，是确认靶场安全的依据，并且对新型的导弹在飞行过程中出现的各种物理现象提供数据。导弹的 下靶场，主要是对导弹目标的特性以及反导武器的系统进行测量和鉴定的场所。
相控阵雷达在无人机控制中的应用研究
相控阵雷达在无人机控制中的应用研究随着技术的不断发展，无人机的应用越来越广泛，无人机的控制技术也越来越先进。
其中，相控阵雷达技术在无人机控制中具有非常重要的应用价值。
本文将从原理、特点、优势和应用等方面对相控阵雷达在无人机控制中的应用进行论述。
一、相控阵雷达原理相控阵雷达是一种由许多小型天线单元阵列组成的雷达系统。
该系统可以通过调整每个小型天线单元之间的相位差异来控制瞬态发射，从而形成各种矢量图形和扫描图形。
其基本原理是通过调控每个单元天线的辐射相位和振幅，使得总辐射方向朝向需要监测的物体。
在发射和接收中，简单地说，相控阵雷达通过小天线单元反射的电磁波来捕捉和探测目标信号的信息，对目标进行高效精确探测和定位。
二、相控阵雷达特点1.高分辨率:相控阵雷达的每个小型天线单元都可以控制发射电磁波的方向，因此可以形成锐利的波束，从而能够实现高精度的目标探测和定位。
2.高抗干扰性:相控阵雷达采用数字信号处理技术，可以实现自适应抗干扰，能够对不同类型的干扰进行快速调整，从而提高系统的可靠性和稳定性。
3.高速度:相比传统雷达，相控阵雷达的速度更快，能够实现快速扫描和目标跟踪。
三、相控阵雷达优势相控阵雷达技术具有多个优势，可以为无人机控制提供快速且高效的解决方案。
1.精准控制:通过控制发射方向和波束形状，相控阵雷达能够实现非常精细的目标探测和定位，从而可以提供无人机控制的精准性和准确性。
2.高速度:相控阵雷达能够实现快速扫描和目标跟踪，能够为无人机控制提供速度的保障。
3.低功耗:相控阵雷达能够对波束的功率进行调整，使得它不会对无人机的电能带来太大的负担，从而可以提高系统的效率和稳定性。
4.抗干扰:相控阵雷达采用数字信号处理技术，可以实现自适应抗干扰，能够对不同类型的干扰进行快速调整，从而提高系统的可靠性和稳定性。
四、相控阵雷达在无人机控制中的应用1.无人机目标检测和识别相控阵雷达可以精确定位和跟踪无人机，从而实现无人机目标检测和识别。
相控阵雷达系统
揭秘预警机的相控阵雷达系统现代预警机除了装备有先进的机载远程监视雷达，通常还装有电子侦察、敌我识别，以及通信、导航、指挥控制和电子／通信对抗等多种电子设备。
它不但能及早发现和监视从各个空域入侵的空中和海面目标，还能对己方战斗机和其它武器设备进行引导和控制；不但是空中雷达站，更是空中指挥所，在多次现代战争中发挥着无以替代的作用，证明了自身重大价值，成为各国重点开发研制的尖端武器装备。
目前，美国、以色列、俄罗斯、瑞典和英国等国装备了自行研制的预警机，日本、法国、印度、沙特、希腊、澳大利亚和巴基斯坦则不惜重金从他国购买预警机，现役预警机总数已逾300架，型号逾20种……从而也成为广大军事爱好者关注的焦点之一。
在我们生活的大自然中，有很多生物，它们的眼睛并不相同。
例如，昆虫的眼睛和人类的眼睛就不一样。
昆虫的每只眼睛内部几乎都是由成千上万只六边形的小眼睛紧密排列组合而成，每只小眼睛又都自成体系，各自具有屈光系统和感觉细胞，而且都有视力。
这种奇特的小眼睛，动物学上叫做“复眼”。
蜻蜓的复眼，在昆虫界要算最大最多的，占整个头部的2/3，最多可达2.8万只左右，是一般昆虫的10倍。
这样它在空中捕捉小虫时，便能得心应手，百发百中，从不落空。
而人们常把雷达比作战争的眼睛。
实际上，就像生物的眼睛有很多类型一样，雷达作为战争的眼睛，也有很多种。
今天我们要介绍的有源相位控制阵列，简称有源相控阵，就像蜻蜓的眼睛，在所有种类的雷达里面，具有最好的“视力”。
那么，什么是相控阵？什么是有源？有源相控阵和蜻蜓的眼睛到底有什么相似之处？这就是我们今天的话题。
相位控制天线阵列——不靠天线旋转实现扫描在回答什么是相控阵之前，我们需要知道雷达的天线为什么要旋转。
我们看到一部雷达时首先看到的就是天线——个头又大又高的部分。
雷达作为战争的眼睛，用来看目标的实际上就是天线。
大部分雷达，特别是早期的雷达，天线都是需要旋转的，天线要旋转的根本原因是天线的视野不是“广角”的，为了使所有方向上的飞机都能“天网恢恢、疏而不漏”，就要让天线转起来，就像人的眼睛只能看到前方，如果想看到自己两侧和身后的东西，就必须转身一样。
相控阵雷达演示课件
要点二
高速公路监控
相控阵雷达可用于高速公路的监控系统，提供车辆流量、 速度等信息。
航空航天
航天器跟踪
相控阵雷达能够跟踪和监测航天器的轨道和速度，保障 航天任务的安全。
无人机控制
相控阵雷达可用于无人机的导航和控制，实现远程操控 。
05
相控阵雷达技术挑战与未来发 展
技术挑战
高精度波束控制
大规模阵列处理
详细描述
相控阵雷达的分辨率高于传统雷达， 能够更准确地识别和区分目标，特别 适合用于对地面、海面和空中目标的 精细探测。
快速扫描
总结词
相控阵雷达通过电子扫描方式快速覆盖大范围空域，实现快 速的目标搜索和跟踪。
详细描述
相控阵雷达的扫描速度远高于传统机械扫描雷达，能够迅速 发现并跟踪多个目标，提高了对动态目标的响应能力。
控制与信号处理系统
总结词
负责控制雷达工作流程和信号处理算法实现
详细描述
控制与信号处理系统是相控阵雷达的大脑，负责控制雷达的工作流程和信号处理算法的实现。它通常包括中央处 理器、数字信号处理器、控制电路和接口电路等组件，能够实现雷达波束形成、目标检测、跟踪和识别等功能。
天线系统
总结词
负责发射和接收电磁波
实验步骤与方法
雷达开机
启动雷达系统，进行自检，确 保各组件正常工作。
数据采集
通过雷达系统采集目标回波信 号，记录数据。
实验准备
检查雷达系统各组件是否正常 工作，设置实验参数。
目标模拟
使用已知目标或模拟器，在雷 达探测范围内进行移动，以模 拟实际目标。
数据处理与分析
对采集的数据进行处理和分析， 提取目标信息。
详细描述
天线系统是相控阵雷达的“耳朵”，负责发射和接收电磁波。它通常由多个天线单元组成，每个天线单元 都可以独立控制相位和幅度，从而实现波束的快速扫描和定向。天线系统的性能直接影响到雷达的探测能 力和精度。
有源相控阵雷达原理
有源相控阵雷达原理
相控阵雷达是一种利用阵列天线和相控技术进行目标检测和测距的雷达系统。
相控阵雷达通过发射并接收一系列窄束信号，并通过调整相位和振幅来控制每个窄束的发射和接收方向，从而实现对目标的准确定位和跟踪。
相控阵雷达系统由多个天线组成的阵列组成，每个天线被称为阵元。
阵列中的每个阵元都可以独立控制发射和接收信号的相位和振幅。
相控阵雷达通过调整阵元的相位差和振幅来产生一个或多个窄束，每个窄束的方向可以独立控制。
在雷达工作时，首先通过发射信号激励阵列中的每个阵元。
这些发射信号具有不同的相位和振幅，从而形成特定方向的窄束。
然后，这些发射窄束在空间中传播并与目标相互作用。
当发射窄束碰到目标时，一部分能量会被目标散射回来，并被接收天线阵列接收。
接收信号通过每个阵元的接收天线获取，并经过相应的放大和滤波处理。
然后，通过调整阵元的相位和振幅，对接收信号进行合成和组合。
这个过程类似于波束形成(Beamforming)操作，将接收到的信号聚焦到特定方向，从而提高雷达系统的灵敏度和分辨率。
通过对合成后的接收信号进行处理和分析，可以提取出目标的位置、速度和其他特征信息。
相控阵雷达系统可以通过动态调整发射和接收窄束的方向，实现对多个目标同时进行跟踪和探
测。
此外，相控阵雷达还具有快速扫描和快速响应的能力，适用于各种复杂环境下的目标探测和追踪任务。
2011第12章相控阵雷达
1
相控阵雷达半功率主瓣宽度θ0.5
令θ0 = 0 天线波束中心指向 0D
F (θ ) =
1 N
sin
⎡ ⎢⎣
Nπ λ
d
(sin
θ
−
sin
θ0
)⎤⎥⎦
sin
⎡π d ⎢⎣ λ
(sin
θ
−
sin θ0
)⎤⎥⎦
=
1 N
sin
⎡ ⎢⎣
Nπ λ
d
sin θ
⎤ ⎥⎦
sin
⎡π d ⎢⎣ λ
sinθ
⎤ ⎥⎦
若θ ≈ 0
=
50.8 Nd cosθ0
λ(度)
=
θ0.5 cosθ0
θθ展展00越越宽宽大大越越则则厉厉波波害害束束
天线增益下降
等幅照射时，面积为A的无损耗口径，其法线方向波束
增益：
G0
=
4π
A λ2
若该天线阵为N个等间距辐射元组成的面阵，阵元间距 d=λ/2，则有 A = Nd 2 = N λ 2 G0 = Nπ
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦
N
sin
⎡ ⎢⎣
1 2
⎛ ⎜⎝
2π d λ
sin θ
−
ϕ
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦
波束扫描原理
在θ = θ0方向上有F (θ ) = 1，有主瓣存在，且主瓣 方向由ϕ = 2π d sinθ0 λ 决定，只要修改移相器 的相移量ϕ 就可以控制最大辐射方向 θ0 ，从而 形成波束扫描。
实质：用移相器引入的相移量来抵销对于不同角度单元 间波程差引入的相位差，从而在该角度上获得电场同相 叠加而出现的最大值。
k =0
k =0
k =0
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
14
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相参技术相参雷达是指雷达系统的发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供，使得这些信号之间可以保持确定的相位关系，同时接收的回波信号也可以提取信号的相位信息。
相参技术对主振源信号具有极高的频率稳定度要求和频谱纯度，对天线性能，信号处理器等都具有很高的要求。
相同频率，不同相位的信号叠加效果移相器移相器的作用是将信号的相位移动一个角度，相位和频率保持稳定的对应关系是移相器的一个重要特性。
铁氧体移相器铁氧体移相器的基本原理是利用外加直流磁场改变波导内铁氧体的导磁系数，从而改变电磁波的相速，得到不同的相移量。
铁氧体移相器的主要优点是承受功率较高，插入损耗较小，带宽较宽。
其缺点是所需激励功率比PIN管移相器大，开关时间在微秒(us)量级。
半导体PIN二极管PIN二极管开关从“开”到“关”或者相反动作的起始状态达到稳定状态的时间称为开关时间。
以半导体PIN二极管作为开关器件的数字式移相器相位转换时间可以达到纳秒(ns)量级。
GaAs FETGaAs FET开关是数控移相器的主要构成元素，它作为一个三端器件，可以通过对栅偏置电压的控制来改变源漏间电阻，从而实现开关动作，转换时间也在纳秒(ns)量级。
相控阵雷达原理有了信号叠加的原理和移相器，相控阵雷达原理就好理解了，其基本思想：通过移相器改变每个辐射元件发射信号的相位，以提供相长/相消干涉，从而实现波束的电子扫描，在期望的方向上形成窄波束，雷达天线不需要机械转动。
电子扫描阵列很好的解决了机械雷达的机械惯性和扫描需要时间长等问题，实现了波束指向的无惯性快速扫描，为任务的灵活敏捷性创造了很好的条件。
相控阵天线是相控阵雷达组成的核心之一，相控阵天线既有有源、无源之分，也有一维、二维之分。
无源电子扫描阵列Passive Electronically Scanned Array, PESA无源电子扫描阵列天线表面的阵元只有改变信号相位的能力而没有发射信号的能力，信号的产生还是依靠天线后方的信号产生器，然后利用波导管将产生的信号号送到信号放大器上，再传送到阵列单元上面，接收时则反向而行。
通常，PESA雷达具有一个发射机和数千个天线单元和移相器。
常见的全向或定向天线如下：早期机载无源/有源相控阵雷达中最常用的辐射天线是贴片天线，因为它们是最容易设计的。
现在有源相控阵更多的使用短槽(Notch)天线，因为相比于贴片天线，它具有宽带的特性和更好的增益。
有源电子扫描阵列Active Electronically Scanned Array, AESA从外部来看，PESA和AESA很难区分，但其内部组成是不同的，有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能发射和接收电磁波。
从上图对比可以看出，对于AESA的大多数元件例如低噪放、功放、双工器、移相器等都被小型化并组成一个T/R模块，每个单独的T/R模块都可以被理解为一个小型雷达。
有源相控阵通常有三种情况：一是阵元级有源相控阵天线，也就是每个天线单元通道均有对应的T/R模块；二是子阵级有源、阵元级无源的相控阵天线；三是子阵级、阵元级均为有源的相控阵天线，其先在子阵级先进行一次功率放大并分配到m个通道，再分别接T/R模块对信号进一步放大。
通常，T/R模块的数量可被用来评估一部雷达的性能，例如：AESA相比于PESA的优点AESA的独特设计使其相比于PESA具有许多的优点。
在AESA中，低噪放更接近接收机，可以实现比PESA更好的信噪比，从而具有更高的检测灵敏度。
在相同的检测性能情况下，AESA通常具有更高的占空比和更低的峰值功率，具有更好的低截获性能。
另外，由于AESA上的每个T/R模块不依赖单个高功率放大器，因此它们可以同时以不同的频率发射信号，也就是说AESA可以将阵列分成几个较小的子阵来同时形成多个独立的波束，实现同时多任务。
有源相控阵雷达除了具备较强的低截获和抗干扰能力，另外的显著优势就是波束捷变能力和同时多波束的能力。
多个T/R模块故障只会降低天线性能，不会导致失效，可靠性增加。
对于一个线性阵列，要想形成某个角度指向的波束，每个移相器到底该移多少相位呢？通过举例进行简单计算，假设阵元间距为15cm，波长为10cm，波束方位为30度，第二个相对于第一个需要移相360*15*sin(30°)/10=270°，那么第八个阵元相对于第一个阵元需要移相7*270°=1890°，减去n个360°，也就是需要移相90°。
波束宽度波束宽度是指主波束方向图功率下降到一定程度内的角度范围，功率下降3dB 时的波束宽度叫做半功率波束宽度。
波束宽度主要与雷达波长、天线阵的有效口径长度以及扫描角有关，直观的理解就是阵元数越多，阵元间隔越大、波长越短，波束宽度越窄，天线增益就越高。
如果照射的角度增大，会带来波束宽度和增益的恶化，如下图所示。
不同数量的阵元，形成的天线方向图如下所示：当雷达工作频率不变，阵元数一定的情况下，增加阵元间距可以增大天线阵的孔径，但是当阵元间距大于工作波长时，会出现删瓣，显著影响雷达性能。
线性阵与平面阵相控阵可以是线性的，也可以是平面的。
线性阵是先将多个阵元合成一路信号后进行统一移相，而平面阵是每个阵元都具有独立的的移相器。
线性阵可以在一维上移动波束，而平面阵则可以在二维上移动波束。
典型的无源相控阵雷达无源相控阵雷达具有一个发射机，多个天线单元。
每个天线辐射源的波前是球面的，但它们在天线的前面叠加，从而产生沿特定方向行进的平面波。
通过计算机控制改变相移，从而改变波束的指向角度θ。
•AN/FPQ-16 PARCS at Cavalier Air Force Station •AN/MPQ-53•AN/MPQ-65•AN/SPQ-11 Cobra Judy•AN/SPY-1 Aegis combat system•AN/TPQ-36 and AN/TPQ-37 Firefinder radars •AN/APY-1/2 Boeing E-3 Sentry•AN/APY-7 for E-8 Joint STARS•AN/APQ-164 B-1B•AN/APQ-181 B-2 Spirit...典型的有源相控阵雷达随着雷达技术正在变得越来越复杂，威胁也越来越大，如今的战场更具挑战性和危险性。
为了应对这些更复杂的威胁，世界上最新的战斗机正在配备有源相控阵雷达。
AESA雷达的大带宽，敏捷性使得战斗机能够在更远的距离上更快的检测，跟踪和识别更多的目标，并在复杂的电磁环境中生存。
并且具有全天候高分辨率合成孔径雷达成像，为飞行员提供了一个能够进行精确目标识别和打击的大型表面图像。
•AN/APG-80, for the F-16E/F Desert Falcon•AN/APG-77, for the F-22 Raptor•AN/APG-81, for the F-35 Lightning II•AN/APG-83 SABR, for the F-16V Block20 Viper and B-1B Lancer upgrades•AN/APY-9, for the E-2D Advanced Hawkeye...•AN/APG-63(V)2 and AN/APG-63(V)3•AN/APG-79, for the F/A-18E/F Super Hornet and EA-18G Growler •AN/APG-82(V)1 for the F-15E Strike Eagle•AN/APQ-181 upgrade from PESA to AESA, for B-2 Spirit bomber ...•FlexDAR Flexible Distributed Array Radar•U.S. National Missile defense Sea-based X-band Radar (XBR) •AN/SPY-3 multifunction radar•AN/SPY-6...F-22上的APG-77多功能火控雷达AN/APG-77多功能雷达是一种有源相控阵雷达，可探测远程多目标和隐形飞行器，通过F-22飞机上的综合信息处理机遇其他传感器和航电设备相连，其可对天线的收发波束方向图进行控制并对所接收到的雷达数据进行处理。
有源电扫描阵列由2000个低功率X波段收发组件构成，每一个辐射单元的发射机和接收机是分置的，具有高的灵活性、低RCS和宽带宽。
每个收发组件为70mm*3mm，可产生10W的射频功率，采用的是砷化镓（GaAs）技术。
工作方式•空空：对空搜索与跟踪、边搜索边测距、边跟踪边扫描、单目标跟踪、群目标分辨等；•空地：地形测绘、地面动目标跟踪、地面动目标指示（GMTI）；•空海：海面目标检测、固定目标跟踪。
据报道，APG-77除了采用聚束SAR模式获得3m的高分辨，还采用逆SAR 获得超高分辨，使其分辨力可以达到0.3m。
F-35上的APG-81多功能火控雷达APG-81是充分借鉴了APG-77的研制经验与成熟技术，并且具有“多通道”接收机和激励器，每个通道针对不同的参数，各自分析一个离散的雷达回波信号，N个通道便同时可以获得多个参数结果，实现了基于单个脉冲的多功能。
APG-81可以同时承担通信、干扰或者目标搜索等任务，实时跟踪目标，监视敌电子辐射信号和干扰敌方雷达，为飞行员提供精确的目标定位信息和自动跟踪提示。
APG-81的主要功能•空空搜索与跟踪•空地攻击•SAR成像，超高分辨力SAR成像•单脉冲地形测绘•高增益的ESM•ECM•ATC导航/气象传感器雷达的X波段AESA天线(1200个阵元)位于机头内，实现与雷达和前半球ECM有关的功能，从AESA天线辐射出去的电子对抗ECM信号能量强度足以烧毁敌方电子设备。
其对于干扰后半球来的威胁是通过单独使用安装在机头机翼和机尾的小天线。
综合射频传感器系统采用“即插即用”的架构，雷达核心处理机和一级组件是固定式的，雷达传感器和T/R组件均可随时使用新型组件来替换。
F-16的APG-83可拓展敏捷波束雷达(SABR)APG-83 AESA对传统机械扫描的APG-66和APG-68雷达提供以下功能增强，以确保F-16在未来几十年内保持可持续发展。
•自主，全方位的进行目标的精准定位；•更快的搜索和目标获取能力；•更远的目标检测和跟踪范围；•更小尺寸的目标检测；•多目标跟踪；•更强的电子战能力；•大范围高分辨率的SAR成像性能；•交互模式操作，提高情境意识；•海上模式；•3-5倍的可靠性和可用性；我国的雷达也正在走出国门，面向世界机载火控雷达我国“枭龙”战机的有源相控阵雷达，该机载火控雷达能够完成搜索、截获、跟踪、制导多种功能，战机在发射炮弹或导弹前对目标信息的准确测量，包括目标的位置和速度。