電子掃描陣列雷達(dá)

電子掃描陣列雷達(dá)頻率掃描

軍事上很少有電子掃描雷達(dá)采用掃頻的方式來(lái)控制波瓣指向，因此通常所說(shuō)的“電掃”都是指“相位掃描”的相控陣?yán)走_(dá)。但是早期的相控陣?yán)走_(dá)上也有混合了掃頻機(jī)制的例子，比如美國(guó)核動(dòng)力導(dǎo)彈巡洋艦“長(zhǎng)灘號(hào)”以及核動(dòng)力航空母艦“企業(yè)號(hào)”上的SCANFAR雷達(dá)系統(tǒng)，其目標(biāo)追蹤子系統(tǒng)AN/SPS-33雷達(dá)就是對(duì)目標(biāo)高度掃描采用頻率掃描，而對(duì)目標(biāo)方位角掃描采用相位掃描的機(jī)制工作的。

電子掃描陣列雷達(dá)相位掃描：被動(dòng)相控陣/無(wú)源相控陣

Passive Phased Array Radar, PPAR radar，無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)，是 PESA radar 即無(wú)源電子掃描陣列雷達(dá)的一種。英文Passive翻譯為“被動(dòng)”或“無(wú)源”，意思是指天線表面的陣列單元只有改變訊號(hào)相位的能力而沒(méi)有發(fā)射信號(hào)的能力，訊號(hào)的產(chǎn)生還是依靠天線后方的訊號(hào)產(chǎn)生器，然后利用波導(dǎo)管將產(chǎn)生的訊號(hào)送到訊號(hào)放大器上，再傳送到陣列單元上面，接收時(shí)則反向而行。由于每個(gè)陣列單元自身不能作為訊號(hào)源主動(dòng)發(fā)射電磁波，所以被稱作被動(dòng)相控陣或無(wú)源相控陣。

現(xiàn)在的無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)多是以行波管產(chǎn)生訊號(hào)，這和最新的脈沖多普勒雷達(dá)產(chǎn)生訊號(hào)的方式一樣，區(qū)別主要在天線上。

電子掃描陣列雷達(dá)相位掃描：主動(dòng)相控陣/有源相控陣

Active Phased Array Radar, APAR radar，有源相控陣?yán)走_(dá)，是 AESA radar 即有源電子掃描陣列雷達(dá)的一種。英文Active翻譯為“主動(dòng)”或“有源”，意思是指天線表面的每一個(gè)陣列單元都完整地包含訊號(hào)產(chǎn)生、發(fā)射與接收的能力，也就是將訊號(hào)產(chǎn)生器、放大器等等全部縮小放在每一個(gè)陣列單元以內(nèi)，天線不需要依靠訊號(hào)產(chǎn)生器以及波導(dǎo)管饋送訊號(hào)。由于每個(gè)陣列單元都可以單獨(dú)作為訊號(hào)源主動(dòng)發(fā)射電磁波，所以被稱作主動(dòng)相控陣或有源相控陣。這是目前相控陣天線發(fā)展的主流趨勢(shì)。

有源相控陣的的每個(gè)單元只掃描一小塊固定區(qū)域。各個(gè)模組的訊號(hào)的相對(duì)相位經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整，最后會(huì)強(qiáng)化訊號(hào)在指定方向的強(qiáng)度，并且壓抑其他方向的強(qiáng)度。在同樣的涵蓋范圍以內(nèi)，不需要移動(dòng)雷達(dá)天線也可以滿足掃描的需求。此雷達(dá)的電子零件需要“快速移相器”，而控制相控陣也需要極高的計(jì)算能力。此雷達(dá)理論在二次大戰(zhàn)時(shí)提出，最早使用是用于地面的大型彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)上面?？沼孟到y(tǒng)最早是出現(xiàn)在美國(guó)空軍一架RC-135 Rivet Amber飛機(jī)上面進(jìn)行試驗(yàn)，這架飛機(jī)稍后發(fā)生意外墜毀。能夠使用在船艦上或者是軍用飛機(jī)上的小型化有源陣列技術(shù)要到1980年代才逐漸成熟，成本降低到可以接受的程度。

有源相控陣的好處除了與無(wú)源相控陣類似之外，由于取消波導(dǎo)管的配置，電磁波能量在傳送過(guò)程中的散失得以降低，能量輸出得以集中在波束上。此外，波束訊號(hào)的產(chǎn)生是在陣列單元上面，免除傳送的線路也就降低噪訊的影響。有源陣列天線在頻率的變換與多模式的同時(shí)運(yùn)作方面比無(wú)源陣列更有效，當(dāng)天線表面的陣列有部分受損或者是故障的情況下，雷達(dá)的性能會(huì)稍微降低，但是不會(huì)無(wú)法工作。有源陣列的天線在執(zhí)行多工模式時(shí)，可以將雷達(dá)分為幾個(gè)區(qū)塊，各自發(fā)出波束同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)。而無(wú)源陣列則是以快速波束跳躍的方式在近乎同時(shí)的情形下執(zhí)行多工掃描。由于有源陣列相比于無(wú)源陣列省略波導(dǎo)管造成的能量耗損，因此探測(cè)距離得以大幅延長(zhǎng)，而無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)的探測(cè)距離卻由于耗損而稍遜于同功率的傳統(tǒng)機(jī)械。隨著相控陣技術(shù)的日趨成熟，采用相控陣技術(shù)的天氣雷達(dá)可以更好地探測(cè)和跟蹤快速變化的中小尺度天氣系統(tǒng)，提高對(duì)災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力，服務(wù)于氣象防災(zāi)減災(zāi)。

電子掃描陣列雷達(dá)陸用系統(tǒng)

大型彈道導(dǎo)彈預(yù)警天線使用有源或者是無(wú)源陣列的設(shè)計(jì)由美國(guó)首先引進(jìn)，美國(guó)與蘇聯(lián)都有部署類似的系統(tǒng)擔(dān)任警戒的工作。

電子掃描陣列雷達(dá)空用系統(tǒng)

空用系統(tǒng)最早是出現(xiàn)在美國(guó)以C-135改裝的電子作戰(zhàn)飛機(jī)上面，其中以使用無(wú)源相控陣的較多，使用有源陣列的只有Rivet Amber一架，當(dāng)意外發(fā)生之后，美國(guó)空軍并未另外改裝一架C-135補(bǔ)充損失。

可以安裝在戰(zhàn)斗機(jī)或者是轟炸機(jī)的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)當(dāng)中，蘇聯(lián)為MiG-31設(shè)計(jì)的SBI-16 Zaslon雷達(dá)是世界第一款使用在中小型軍用機(jī)種上面的相控陣?yán)走_(dá)，美國(guó)第一款裝置在中小型軍用飛機(jī)上的相控陣?yán)走_(dá)是B-1B上的APQ-164雷達(dá)。這兩款都是無(wú)源相控陣。

第一種能夠安裝在中小型軍用機(jī)上的實(shí)用型有源相控陣?yán)走_(dá)是裝置在日本F-2戰(zhàn)斗機(jī)上的J/APG-1，第二種則是美軍F/A-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)上的AN/APG-77。

電子掃描陣列雷達(dá)海用系統(tǒng)

海上的相列雷達(dá)可以AN/SPY-1為例。AN/SPY-1是一種多功能雷達(dá)系統(tǒng)，也是神盾戰(zhàn)斗系統(tǒng)的中樞。由于相列雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，一艘戰(zhàn)艦可以只用一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)充當(dāng)海面?zhèn)缮L雷達(dá)（找船只）、空中偵蒐雷達(dá)（找飛機(jī)與導(dǎo)彈）以及多目標(biāo)火炮控制系統(tǒng)。第三項(xiàng)是戰(zhàn)艦使用相列雷達(dá)的最重要理由。在引進(jìn)相列雷達(dá)以前，導(dǎo)引一個(gè)防空導(dǎo)彈就需要一個(gè)火控雷達(dá)全力關(guān)注。一艘船因此只能與少數(shù)目標(biāo)接戰(zhàn)。相列雷達(dá)能快速重新定向雷達(dá)波，快到足以模擬許多個(gè)火控雷達(dá)，導(dǎo)引許多防空導(dǎo)彈。這是神盾系統(tǒng)接戰(zhàn)能力很強(qiáng)的原因之一。

電子掃描陣列雷達(dá)（Electronically Scanned Array radar, ESA radar），是指一類通過(guò)改變天線表面陣列所發(fā)出波束的合成方式，來(lái)改變波束掃描方向的雷達(dá)。 這種設(shè)計(jì)有別于機(jī)械掃描的雷達(dá)天線，可以減少或完全避免使用機(jī)械馬達(dá)驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線便可達(dá)到涵蓋較大偵測(cè)范圍的目的。當(dāng)然，這并非表示相控陣?yán)走_(dá)就不可以采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來(lái)增大掃描范圍，事實(shí)上采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)基座的方式可以進(jìn)一步增大雷達(dá)波所能覆蓋的范圍，比如俄國(guó)現(xiàn)代級(jí)、英國(guó)45型等防空驅(qū)逐艦都裝備或?qū)⒀b備雙面相控陣?yán)走_(dá)（而不是如美國(guó)神盾艦上的四面陣），這就使它們不得不采用旋轉(zhuǎn)陣面的方式來(lái)覆蓋360度圓周，這是相控陣 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合的典型實(shí)例。電子掃描天線使用的陣列包含一維線性陣列與二維陣列兩種。這兩種陣列代表波束可以控制方向上的差異。

相控陣天線采用電子掃描、全固態(tài)分布式發(fā)射機(jī),大大提高了可靠性,可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、無(wú)人值守、長(zhǎng)期不間斷工作,在氣象雷達(dá)中有很好的應(yīng)用前景。

陣列處理器從PE互連結(jié)構(gòu)的角度可以分成四種原型 ：

• 線性陣列處理器（LAP，LinearArrayProcessor）

• 方形陣列處理器（SAP，SquareArrayProcessor）

• 金字塔型處理器（PYR，PYRamid）

• 超立方體處理器（HPR，HyPeRcube）。

其中，方形陣列處理器看起來(lái)更加符合圖像的2維結(jié)構(gòu)，但是，前人的一些研究發(fā)現(xiàn)，在PE數(shù)量相同的前提下，LAP的計(jì)算效率和數(shù)據(jù)吞吐率不比SAP少，而且前者具有更小的硬件開(kāi)銷。

第一種是 IDE陣列卡 ，以前主要用在一些數(shù)據(jù)重要或要接很多個(gè)硬盤的服務(wù)器與工作站電腦中，可以支持 RAID 0、1、0 1、3、5。 現(xiàn)基本上已經(jīng)淘汰了。

第二種是 SATA陣列卡，主要作用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)吧、數(shù)據(jù)安全等服務(wù)器領(lǐng)域，同時(shí)一些低端卡也滿足了一些家用客戶的需求，能夠支持 RAID 0、1、0 1、5 、6。

第三種是 SCSI陣列卡 使用在高端工作站或者是服務(wù)器中，可以支持很多塊SCSI接口的硬盤。能夠支持RAID 0、1、0 1、3、5 。這種陣列卡性能很好速度很快 當(dāng)然價(jià)格也比較高。不過(guò)，現(xiàn)基本上已經(jīng)淘汰了。

第四種是 SAS陣列卡 主要使用在一些高端工作站與服務(wù)器中，已經(jīng)取代了昔日的SCSI接口，并且可以兼容SATA接口硬盤，能夠支持 RAID 0、1、0 1、5 、50、6、60。

相控陣?yán)走_(dá)是一種性能優(yōu)異的多功能掃描雷達(dá)，相控陣天線一般是上千個(gè)天線輻射單元組成的陣列，用控制陣列中每個(gè)輻射單元的饋電相位來(lái)改變天線陣面的相位分布，從而無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)天線座就可以使天線波束靈活、快速掃描。

該雷達(dá)除具有普通雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理功能外，還可按照目標(biāo)的位置及其運(yùn)動(dòng)情況確定每個(gè)天線波束下一步應(yīng)在什么時(shí)刻指向什么方向，以便實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的搜索、跟蹤和其他功能。相控陣?yán)走_(dá)為綜合性雷達(dá)，因具龐大的天線陣和較多的配套設(shè)備，目前僅限于大型驅(qū)逐艦及驅(qū)逐艦以上噸位的艦艇安裝。

相控陣?yán)走_(dá)主要完成對(duì)空對(duì)海搜索，發(fā)現(xiàn)高、中、低空進(jìn)入的各類作戰(zhàn)飛機(jī)、反艦導(dǎo)彈及視距內(nèi)的各種艦艇，根據(jù)作戰(zhàn)需要和指控系統(tǒng)目標(biāo)的分配對(duì)多個(gè)目標(biāo)實(shí)施跟蹤，根據(jù)指控系統(tǒng)和導(dǎo)彈的要求，對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行跟蹤和中制導(dǎo)，根據(jù)空戰(zhàn)的需求，對(duì)我方飛機(jī)實(shí)施引導(dǎo)及向火炮、導(dǎo)彈系統(tǒng)提供目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，對(duì)指控系統(tǒng)提供的目標(biāo)識(shí)別敵我屬性 。2100433B