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雷达技术及军用雷达发展趋势

  众所周知,雷达探测目标的原理是模仿蝙蝠夜间飞行捕食过程,即通过天线发出无线电波,无线电波遇到障碍物就反射回来,显示在荧光屏上,从而发现目标。当前,雷达技术已广泛应用于导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测等领域,在军事侦察中,雷达更是将利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像、识别的功能发挥的淋漓尽致。那么雷达究竟经历了怎样的发展历程?军用雷达怎么分类?又有什么样的技术和发展趋势呢?

  一、雷达发展历史简介

  1早期雷达的发展

  雷达的基本概念形成于20世纪初。但直到第二次世界大战前后,雷达才得到迅速发展。1922年,意大利Gˑ马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。同年,美国海军实验室利用双基地连续波雷达检测到在其间通过的木船。1925年,美国开始研制能测距的脉冲调制雷达,并首先用它来测量电离层的高度。1936年,美国研制出作用距离达40km、分辨力为457m的探测飞机的脉冲雷达。1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链CH(ChainHome)。

  2二战期间的雷达发展

  1939年英国科学家发明了大功率磁控管,克服了甚高频雷达波束和频带窄的缺点,使实用雷达步入了微波频段。1940年由英国设计的10cm波长的磁控管在美国生产。20世纪40年代美国辐射研究室把微波新技术应用于军用机载、陆基和舰载雷达取得成功,其代表产品是SCR-270机载雷达、SCR-584炮瞄雷达和AN/APQ-机载轰炸瞄准相控阵雷达。二战中,俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术,但除美、英外,雷达频率都不超过600MHz。

  350、60年代的雷达发展

  上世纪50、60年代,由于航空航天技术的飞速发展,出现了诸如脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、相控阵雷达体制等新体制雷达。新一代雷达发展方向是全固态电扫相控阵多功能雷达。雷达信号和数据处理的数字化革命、半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用,使雷达技术的发展日臻完善并达到比较高的水平。

  4新技术推动下的雷达发展

  70年代后,由于发展反弹道导弹、空间卫星探测与监视、军用对地侦察等的需要,推动了雷达的发展。80年代,无源相控阵雷达研制成功并装备于载机,毫米波雷达开始研制、试验。80年代后期,超高速集成电路技术的发展,使雷达信号处理能力取得重大突破并实用化,数字电路使处理机体积缩小到原来的l/10,同时雷达进行模块化、多功能化和软件工程化设计,使机载雷达的平均故障间隔时间达到100h以上。90年代,有源相控阵体制雷达的成熟、毫米波雷达的研制成功、机载雷达与多传感器的数据融合等,使雷达具有多功能、综合化、高可靠、抗干扰、远距离、多目标和高精度等先进特性。进入新世纪,合成孔径雷达(SAR),高频超视距雷达(OTHR),双、多基地雷达,超宽带(UWB)雷达,逆合成孔径雷达(ISAR),干涉仪合成孔径雷达(InSAR),综合脉冲与孔径雷达等新技术新体制成为趋势。

  二、军事雷达的分类

  现代军事雷达种类众多,按用途可分类如下:

  1搜索雷达和警戒雷达:作用距离400~600km,用于发现飞机。

  2预警雷达、超远程雷达:作用距离数千公里,用于发现战略轰炸机,洲际导弹。

  3引导指挥雷达(监视雷达):用于对歼击机的引导和指挥作战,机场调度。

  4制导雷达:控制导弹去攻击飞机或导弹等目标。

  5战场监视雷达:用于发现坦克、军用车辆、人和其它在战场上的运动目标。

  6机载雷达(截击、轰炸瞄准、护尾、导航雷达):现代战斗机上的雷达具有搜索、截获目标,空对空制导导弹,空对地观察地形和引导轰炸,敌我识别、地形跟随和回避等多种功能。

  7舰载雷达:搜索雷达、导航雷达、舰载多功能相控阵监视、预警雷达、侦察雷达、炮瞄雷达、导弹制导雷达等。

  8炮瞄雷达:自动控制火炮跟踪攻击目标。

  9炮兵雷达:炮兵部队使用的战场目标侦察雷达、战场炮位侦校雷达、对海侦校雷达、炮兵气象雷达、初速测量雷达、阵地标定雷达。

  10靶场测量雷达:测距、测速、精密定位、安全控制等单功能雷达。

  11雷达导引头(寻的器)、雷达引信:装在导弹、炮弹上,末段制导导弹,精确命中目标。毫米波雷达导引头已应用于导弹制导中。

  三、几种先进的雷达技术及其发展趋势

  现代战争是陆、海、空、天、电的多维战场,信息战成为一种关键的作战样式。雷达技术的发展直接影响到能否掌握制信息权。在作战中,雷达面临电子侦察、电子干扰、隐身、反辐射导弹四大威胁。所以增进强雷达抗侦察、抗干扰、抗隐身(包括抗低空突防)、搞反辐射导弹的能力,是现代战争下雷达技术发展的主要方向。雷达在现代战争下担负:目标的精确、实时、全天候侦察监视;对弹道导弹、巡航导弹等大规模破坏性武器的探测与跟踪;各种隐身目标的探测与识别;战斗杀伤效果判别和目标识别等任务。雷达还担任导弹制导和武器火控等任务。雷达为实现上述任务的关键技术是:相控阵雷达(PAR)技术;合成孔径雷达(SAR)技术和干涉仪合成孔径雷达(InSAR)技术;超视距雷达(OHTR)技术;双、多基地雷达技术;毫米波(MMW)雷达技术等。

  1相控阵雷达技术

  相控阵雷达即电子扫描阵列雷达(AESA),是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式,来改变波束扫描方向的雷达。这种设计有别于机械扫描的雷达天线,可以减少或完全避免使用机械马达驱动雷达天线便可达到涵盖较大侦测范围的目的。目前使用的电子扫描方式包括改变频率或者是改变相位的方式,将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描的优点包含扫描速率高,改变波束方向的速率快,对于目标讯号测量的精确度高于机械扫描雷达,同时免去机械扫描雷达天线驱动装置可能发生的故障。

  相控阵雷达发展方向是:固态有源相相控阵,灵敏、宽带有源阵列,分布式有源相控阵,有源共形阵,自适应共形阵,超高频、低旁瓣相控阵天线,多波束相控阵天线,自适应波束形成技术,自适应抗干扰技术,采用光电子技术的有源相控阵技术,数字组件相控阵技术,毫米波空间监视相控阵雷达,反隐身相控阵雷达。

  2合成孔径雷达技术

  合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达,也称综合孔径雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高,能全天候工作,能有效地识别伪装和穿透掩盖物。所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。逆合成孔径雷达(ISAR)。合成孔径雷达是雷达相对于静止目标运动。而逆合成孔径雷达是雷达固定在地面,目标在空中相对于雷达运动,也可以产生目标的图像。

  合成孔径雷达是战场监视系统的发展方向。重点开发的内容是:宽带、超宽带SAR,探测叶簇、地表下的隐蔽目标,各种目标分类、识别;多功能、多模式,特别是将SAR与GMTI相结合。干涉仪合成孔径雷达(InSAR)可得到数字地形高程图;生成二维舰船目标图像,可用于船只分类;重点解决InSAR的雷达回波“实时”处理问题。高分辨、多波段、多极化、多模式卫星SAR(InSAR)图像的解译技术。

  3高频超视距雷达技术

  高频超视距雷达利用电离层对电波的折射,传播距离可超过视线距离,单次折射的雷达距离可控制在4000km。超视距雷达必须利用多普勒处理技术从杂波中分离出所需目标。由于电离层白天与晚上变化较大,所以雷达工作频率也要作相应的改变。直到70年代,现代化计算机、数字信号处理能力的提高,超视距雷达才能实现并用于作战。高频超视距雷达可观测飞机、导弹、舰船等目标,它的作用距离大约1000~3500km。空间分辨率很粗,几十公里数量级。由于工作波长较长,天线必须很大。

  超视距雷达(OHTR)发展重点是利用高频无线电波的电离层反射,扩大雷达的覆盖范围,提高分辨率;超视距雷达探测隐身飞机的机理和能力;电离层引起的相位畸变修正技术;非稳定性电离层条件下,低径向速度目标检测的信号处理技术;超视距雷达的外噪声自适应抑制技术。

  4双、多基地雷达技术

  双基地雷达的发射和接收天线分开距离较大。双基地发射机的辐射信号经两条路径到达接收机。一条是直接到达路径,另一条路径是经目标散射后到达接收机。双基地雷达截面(RCS)与双基地角(散射角)β有关。135°≤β≤180°称为前向散射区。在该区间,双基雷达截面(RCS)通常显著地大,对探测目标非常有利。多基雷达与双基雷达的区别是采用多个分开的接收和发射天线。多基雷达除了可获得目标的位置数据外,还可获得目标的航速、航向信息。多基地雷达和双基地雷达具有反隐身目标潜力和抗反辐射导弹的能力。

  双、多基地雷达,重点发展反隐身目标的双、多基地雷达。重点解决双、多基地雷达的配置、布站技术;双、多基地雷达的检测、数据处理技术。

  5毫米波雷达技术

  毫米波波段被定义为40GHz~300GHz,Ka波段(35GHz)某些性质属于毫米波。毫米波的“传播窗口”的标称工作频率为:35、95、140、220GHz。四个主要窗口中,可利用带宽分别为:16、23、26、70GHz。其与微波相比的优点是:(1)可利用频率的带宽宽。(2)对于给定的天线尺寸,天线增益高,波束宽度窄,角分辨率高。(3)具有较大的多普勒频移,有利于提高测速精度。毫米波分辨率不如红外光和激光,但具有穿透灰尘、烟和雾的能力,基本上可全天候工作。毫米波雷达的主要应用:毫米波精确制导—毫米波导引头;战场监视雷达;坦克用搜索和跟踪雷达;低空搜索、跟踪和火控雷达;飞机防撞;港口舰船导航防撞。因外层空间无大气吸收,是毫米波雷达最理想的应用场合。

  毫米波雷达发展方向:重点发展毫米波导引头,用于精确制导导弹、灵巧炸弹;毫米波高分辨率目标识别雷达;模块化、积木式毫米波战场侦察雷达;毫米波雷达与红外(光学)传感器相结合的导引头、侦察系统;空间(卫星)毫米波相控阵雷达。

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