相控阵雷达：过去，令人震惊的突破和未来趋势

近半个世纪以来相控阵雷达在全球的应用愈来愈广,近几年来所看到的突破,导致以往不可能的性能。这可由被称为单片微波集成电路（MMIC）的GaAs微波集成电路的开发作例证,它们使制造重量轻、体积小、高可靠性和较低价格的有源电子扫描阵列（AESA）成为可能。这种开发已使现在有可能制造一种成本低的35GHz导弹搜索相控阵,其价格为30美元／单元（包含所有电子设备的阵列总价格除以单元数）。由于集成可使整个T／R模块置于一个芯片上。由Moore定律预测的发展使之可制作具有多种优点的数字波束形成。本文描述这些发展,并涉及以下方面：GaN和SiC芯片的潜力,它们可提供较之GaAs芯片高十倍的峰值功率,瞬时带宽达33：1的阵列,低成本的SiGeT／R模块和低成本的MEMS（微电-机械系统）阵列。由MIT林肯实验室演示的多输入-多输出（MIMO）实际雷达应用,它可使两个雷达相干组合,实现灵敏度9dB的提高。MIMO并有可能在超视距（OTH）范围内最佳消除杂波,并于空载雷达允许在接收机中自适应控制发射天线波瓣。     

新千禧的相控阵

本是综述性章，总结了应用于地面，舰船，空中及空间的无源，有源偶极子及单片微波集成电路（MMIC）相控阵近年来的发展和未来的发展趋势，涉及的有THAAD（以前称GBR），欧洲的COBRA及以色列的BMD雷达天线，荷兰的舰载APAR，机载US F－22，欧洲的AMSAR，瑞典的AESA，日本的FSX及以色列的弗尔康（Phalcon)，Iridium（轨道上66颗卫星共198个天线）及全球星单片微波集成电路星载天线系统；汤姆逊－CSF4英寸单片微波集成电路晶片94GHz自动寻的弹头天线，数字波束形成，铁电体行－列扫描，通信及雷达的光电扫描，用于通信，雷达，电子干扰（ECM），电子支援（ESM）的单片微波集成电路C波段到Ku波段的先进共用孔径项目（ASAP）天线系统，以及连续横向短路器（CTS）压变介质（VVD）天线。     

毫米波相控阵雷达及其应用发展

概述了毫米波相控阵雷达的特点,介绍了电扫原理和主要毫米波电扫技术,以及相位控制扫描和多种移相器技术。针对毫米波相控阵雷达的特点,叙述了其主要应用领域,结合雷达和半导体技术对毫米波相控阵雷达的发展进行了展望。     

基于软件无线电的相控阵雷达系统研究

从软件无线电的概念出法,论述了在相控阵雷达系统中采用软件无线电技术的必要性和可能性;其次详细地论述了相控阵雷达系统中软件无线电的实现形式:即天线子系统,收、发子系统,信号处理子系统。最后对软件无线电技术在现代雷达中的发展进行了展望。     

基于软件无线电的相控阵雷达系统研究

主要论述了相控阵雷达系统中软件无线电的实现结构，首先从软件无线电的概念出发，论述了在相控阵雷达系统中采用软件无线电技术的必要性和可能性；其次详细地论述了相控阵雷达系统中软件无线电的实现形式：即天线子系统、收/发子系统、信号处理子系统。最后对软件无线电技术在现代雷达中的发展进行了展望。     

舰载相控阵雷达天线新技术和多传感器数据融合研究

主要论述舰载多功能相控阵雷达天线采用的天线融离技术、灵巧天线罩技术以及一体化多传感器数据融合的优势、任务分类、多传感器类型、数据融合选择及按数据融合功能水平的分级等。     

舰载相控阵雷达的自适应波束扫描技术优化

为了提高舰载相控阵雷达的目标定位检测能力,提出一种基于二维波束域加权谱峰搜索的舰载相控阵雷达自适应波束扫描算法.采用均匀阵列构建舰载相控阵雷达相干分布源模型,以目标的方位及目标的扩展角为二维参量,建立点目标信号源的多亮点特征分布阵列,用点目标来模拟空间的分布式目标,采用自适应波束形成算法进行目标的方位、距离及DOA的联合参量估计,采用二维波束域加权谱峰搜索方法实现远场分布式目标的空间谱特征提取,根据谱峰的位置求出目标方位,实现对目标的自适应波束扫描,提高目标的定位检测能力.仿真结果表明,采用该方法进行舰载相控阵雷达的自适应波束扫描,对目标的定位准确率较高,检测性能较好,波束输出具有很好的旁瓣抑制能力,说明抗干扰能力较强.     

相控阵和雷达技术的突破

许多人认为雷达是一个成熟的领域,不会发生任何新的变化,这种看法存在很久了,没有比这个看法更错误的了。当我1950年参与到雷达领域的时候,我也有过同样的看法,例如,我认为麻省理工学院的雷达丛书已经是包罗万象了,不需要增加任何新的内容。然而我是多么的错啊,从那时起雷达技术领域中已经发生了许多令人眼花嘹乱的发展,雷达一直受益于Moore′s定律和许多新的技术上的成果,例如,MMICGaAsT/R组件和相控阵组件。现在雷达技术发展得更快了,在这篇文章里,我将给出某些最近突破的例子,所要提到的主题在图1中示出。     

数字相控阵雷达发射多波束特性研究

开展了数字相控阵雷达天线发射多波束的基础研究工作：首先阐述了发射多波束的基本工作原理,研制开发了数字相控阵雷达发射同频多波束的测试系统,并对发射多波束工作状态下天线的基本特性（如驻波特性和波瓣特性等）进行了研究和测试,通过实测数据与仿真结果的对比,验证了发射多波束的正确性和可行性,为数字阵列相控阵雷达未来的发展,实现雷达/电子干扰/通讯等同时多功能、共口径提供了技术支持。     

多波束形成技术在相控阵雷达中的应用

相控阵天线多波束形成技术已获得很大发展,为提高雷达性能提供了巨大的潜力。文中介绍了相控阵天线多波束形成技术在多种相控阵雷达特别是在新的先进相控阵雷达中的应用。讨论了采用多波束形成技术对提高雷达检测性能与电子反对抗的能力。     

现代相控阵雷达天线波控技术研究

本文介绍了相控阵雷达天线波控系统的功能、原理、特点。并根据雷达技术的发展介绍了一种典型的现代相控阵波控系统的方案,同时汇总了一些在工程上会出现的难题并给出了相应的解决办法,最后指出了波控技术的发展趋势。     

国外雷达技术新进展概述

雷达技术的研发与应用重点仍然集中在有源相控阵雷达、合成孔径雷达方面。有源相控阵雷达技术在机载雷达系统、舰载雷达系统及陆基雷达系统中获得到了广泛的应用。文中指出GaN（氮化镓）单片微波集成电路功率放大器的可靠性有所提高,有望成为有源相控阵雷达的关键部件,并使有源相控阵雷达的探测距离进一步增加。为满足在无人机上的应用要求,合成孔径雷达的小型化在2009年取得了新的进展。     

有源相控阵雷达功率孔径积测试技术研究

有源相控阵雷达的发射具有分布式的特性,其发射系统功率孔径积的直接测量一直是工程中的难题。首先,介绍了一种雷达功率孔径积的测试原理、测试方法;其次,根据工程实际提出了直接法和比较法两种测试方法,并对两种方法的测试结果进行了比对;然后,给出了测试时波束法线对齐的逼近法流程、测试误差分析等;最后,通过对某型相控阵雷达的实际工程应用,进一步验证了测试方法的有效性。     

相控阵雷达抗主瓣干扰技术研究

自适应波束形成技术是相控雷达的关键技术,能够最大化接收信号,并且防止旁瓣干扰。但在干扰由天线方向主瓣进入时,此技术性能会显著降低,对雷达检测性能造成极大影响。对于雷达主瓣干扰抑制问题,文章从当前抗主瓣干扰方式进行分析,主要是主动对抗及被动抑制两方面,重点探究相控阵雷达抗主瓣干扰技术。     

对相控阵雷达副瓣的双极化干扰研究

相控阵雷达普遍采用自适应数字波束形成技术,能够有效对抗副瓣干扰.随着计算能力的提升,波束形成算法可以做到接近实时运算.这导致多点源闪烁干扰、重复噪声干扰等以往有效的方法效果也被大大削弱.自适应波束形成技术的原理是窄带条件下多个雷达天线单元接收到同一干扰机的信号高度相关.由于天线单元必然存在交叉极化分量,不同单元的交叉极化方向图有较大的幅相不一致性.基于这一点,利用一台干扰机产生2路极化不同的干扰信号,能够改变多个天线单元接收到数据的固有的相关性,从而消耗更多的雷达空域自由度.理论分析和仿真结果证明了上述结论.     

一种改善相控阵雷达低空探测性能的方法研究

利用自适应数字波束形成法来降低相控阵雷达在探测低空掠海飞行小目标时多路径效应的影响。仿真分析表明：自适应数字波束形成能对多路径干扰信号自适应瞄零并得到超分辨率和超低副瓣性能,从而有效改善相控阵雷达低空探测性能。     

星载多波束相控阵天线等通量覆盖设计

针对低轨卫星码分多址通信体制,为了克服卫星波束大角度扫描带来的远近效应和波束间干扰,提出了等通量覆盖和波束间频率复用方案。针对低轨卫星环境建立合理的天线波束扫描的数学模型,结合子阵分割理论,采用遗传算法对正六边形天线阵列进行综合;通过对多波束相控阵发射天线的唯相综合结果分析表明:天线等通量覆盖、旁瓣、波束指向等指标都符合设计要求,有效验证了算法的正确性。     

相控阵雷达波控系统技术研究

介绍了相控阵雷达波控系统的基本功能和发展趋势，重点从雷达新技术的发展阐述了现代雷达对波控系统的新需求，并通过理论分析和实例相结合的方式介绍了波控系统发展的主要方向。     

基于子阵列的低轨星载多波束相控阵天线的设计与实现

该文针对采用CDMA通信体制的低轨通信卫星,设计了具有等通量覆盖的平面阵列多波束天线,克服了卫星波束大角度扫描带来的边缘问题和远近效应。采用遗传算法对正六边形天线阵列进行综合,结合子阵分割理论,在波束空间和阵元空间进行子阵分割,简化了波束赋形的参量数目,同时还提出了一种波束成形网络复用结构,节省了2/3的资源。最后研制了16波束相控阵发射天线,其平面近场测试结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了算法的正确性。