宽带宽角扫描相控阵雷达技术研究
2004年3月第26卷第3期系统工程与电子技术SystemsEngineeringandElectronicsMar.2004Vol26No3
收稿日期:2003-06-04;修回日期:2003-11-19。作者简介:鲁耀兵(1965-),男,研究员,硕士,主要研究方向为雷达总体。文章编号:1001506X(2004)03028803宽带宽角扫描相控阵雷达技术研究鲁耀兵,戴开良,陈燕(中国航天科工集团二院二十三所,北京100854)摘要:针对大型相控阵雷达工作在宽带、宽角扫描的情况下,瞬时信号带宽受孔径度越时间限制的问题,从理论上分析了影响相控阵雷达线瞬时带宽提高的因素和接收通道幅相误差对系统性能的影响,提出了采用射频延迟和视频延迟方法提高相控阵天线瞬时带宽的两种技术途径。并给出在微波暗室里进行的相控阵试验雷达工作在宽带角电扫描情况下成像试验的部分结果,验证了理论分析的正确性。关键词:相控阵;雷达;成像;瞬时带宽中图分类号:TN930.1文献标识码:AResearchofwidebandandwidescanphasedradartechnologyLUYaobing,DAIKailiang,CHENYan(InstituteNo.23ofTheSecondAcademy,ChinaAerospaceScienceandIndustryCorporation,Beijing100854,China)Abstract:Whenlargephasedarrayradarsworkinwidebandwidescanconditionsinstantaneousbandwidthofsignalislimitedbythesizeofaperture.Thefactorsofbanwidthlimitationandtheeffectsofreceivechannelsphaseandamplitudeerrorsonradarareanalyzedintheory.TwomethodsforimprovingbandwidthofphasedarraybyadoptingRFandIFtimedelaysarepresented.TestResultsofhighrangeresolutionimagesfromaphasedarrayradarinmicrowaveanechoicroomaregiven,whichdemonstratethevalidityoftheanalysis.Keywords:phasedarray;radar;inaging;instantaneousbandwidth1引言具有大瞬时带宽和大扫描角的相控阵雷达(如瞬时相对带宽10%,扫描范围45 )在未来防空武器和测控系统中具有重要作用,但这种雷达的工程实现比普通相控阵雷达复杂得多。首先,由于天线孔径渡越时间的影响,如不采取特别的补偿措施,相控阵天线的瞬时带宽难以提高;其次,由于宽带信号压缩处理的旁瓣大小与信号通道的幅相起伏对一维距离像的影响,提出了增加相控阵天线瞬时带宽的技术途径,并利用由宽带相控阵天线组成的微波暗室宽带成像系统进行的电扫实验结果说明了理论分析的正确性。2影响相控阵天线瞬时带宽提高的因素在相控阵雷达中,扩大天线系统瞬时带宽主要引起两个方面的问题。21频率变化引起天线波束指向偏移相控阵天线电扫描的实质是通过改变天线单元的称相值,使阵内相位差与空间相位差达到平衡,从而在某一方向形成波束。当天线辐射的电磁波频率在大范围变化时,将引起空间相位差的较大变化,从而引起天线波束指向变化,其量值大小可表示为f=Bf0tanm(1)式中:f0!!!中心频率,B!!!信号瞬时带宽,m!!!目标位置偏离阵面法线的角度。22天线的最大瞬时信号带宽受天线孔径渡越时间的限制设雷达天线口径直径为L,目标位置偏离阵面法线m,则定义TA=Lsinm/c(2)为相控阵天线的孔径渡越时间。在发射状态它反映了天线直径两端两个天线单元辐射信号到达位于m方向同一点目标的时间差,在接收状态则反应了天线直径两端两个天线单元接收来自同一点目标回波信号的时间差。当天线孔径渡越时间大于信号带宽B的倒数1/B时,阵列两端天线单元接收到的信号经脉冲压缩后将在时间上完全分开,无法进行相加合成。因此,为保证信号能有效相加,要求TA∀1/B(注:有些文献取TA∀1/10B,实际上这并不必要),即TA∀1B(3)这样对信号瞬时带宽的限制为B∀cLsinm(4)若天线直径L=3.4m,扫描m=45 ,代入计算得B=125MHz。因此为满足500MHz以上大瞬时带宽的要求,必须采取特殊措施,以减小天线孔径渡越时间,扩大相控阵天线瞬时带宽。天线孔径渡赵时间示意图如图1所示。3增加相控阵天线瞬时带宽的方法31采用射频延迟技术
图1天线孔径渡越时间示意图假设在阵列内第N个单元插入一个长度为l的时间延迟线,其时延为 0=l/c,相应地,第i单元插入的延迟线长度与时延分别为il/(N-1)与i 0/(N-1),这样天线的孔径渡越时间将由T0减为T#0=T0- 0,阵列始末两端的相位差为T#0=Lsin0c-lc(5)因此,由于信号频率变换引起的波束指向的偏移由式(1)变为#0=-ff0(1- 0T0)tan0(6)对信号瞬时带宽的限制将由式(4)变为B∀1L∃sin0-l(7)由式(6)可知,在采用实时延迟线后,天线波束指向和信号瞬时带宽受天线孔径渡越时间的影响减小。在实际工程中,当天线单元数较多时,为了节省设备,实时时间延迟通常在子阵级别上进行。32采用视频延迟技术上述实时时间延迟线的方法是在高频实现的,在采用DBF技术的固态相控阵中也可以在视频实现时间延迟。(1)对于接收状态在接收状态,由于采用了数字波束形成技术,因此在视频进行时间延迟比较容易实现。设第i个子阵的接收信号在第k个采样时刻的值为:Xik=Iik+jQik(i=1,2,%,m),则k时刻的信号矢量为Xk=[X1k,X2k,%,Xmk]T(8)DBF的复数权矢量为:Wk=[W1k,W2k,%,Wmk]T,则DBF处理机的输出为Yk=XTW=WTX(9)为了达到上述的相控阵天馈系统中实时时间延迟线同样的效果,通过改变子阵接收机信号取样时间延迟即可实现。此时,时间延迟开关采用二进制,最低一位与载频中心信号波长!0所对应的时间延迟一致,以保证子阵接收机被采样信号的相位不变。通过改变子阵接收信号取样时间延迟,使进行数字波束形成的信号矢量Xk变为Xk=[X1k,X2(k-1),X3(k-2),%,Xm(k-m+1)]T(10)用式(10)的信号矢量代替式(8)的信号矢量,就完成了接收状态的时间延迟。(2)对于发射状态在发射状态,发射波形产生器产生的视频数字信号被分成m路,并经各自的时延开关后先被调制到中频并进行滤波,然后再上变频至发射频率,作为各个子阵的发射激励信号,经各个发射子阵中的固态模块放大后向空间辐射出去。显然,这里的m个实时延迟开关取代了高频馈线网络中的m个实时延迟线,从而在视频实现了发射信号的时间延迟。4接收通道幅相起伏对一维距离像旁瓣的影响当宽带接收通道存在带内幅度相位起伏时,对宽带接收回波的压缩处理难以得到较好的脉压波形,因此,在宽带相控阵雷达系统设计中,必须对接收通道的幅度相位起伏提出严格的要求。41理论分析理想接收机幅度特性与频率无关,相位随频率线性变换,但实际系统都会存在幅度与相位失真,若仅考虑一次波动,如图2所示,则一路接收机的幅相特性可表示为A(∀)=a0+a1cosl∀(11)B(∀)=b0∀+b1sinl∀(12)若输入信号为si(t),根据成对回波理论分析,其输出可近似为so(t)=a0[si(t+b0)+12(a1a0+b1)si(t+b0+l)+12(a1a0-b1)si(t+b0-l)](13)由此可见,接收机带内幅度与相位起伏的增加(即a1和b1的增加)将增大成对回波的幅度,从而减小图像的辉度和动态范围。当采用多路接收机和DBF技术时,不仅应严格限制每个接收通道的带内幅度相位起伏,而且对接收通道之间的一致性也必须提出严格要求。由式(13)可知,多路接收通道之间幅度的不一致性(即a1的不一致性)将影响天线方向图,从而影响横向分辨,它们之间相位的不一致性(即b1的不一致性)不仅影响天线方向图,从而影响横向分辨,而且影响多路接收信号的同时相加,使有用信号主瓣展宽,影响距离维分辨。42指标要求(1)对单路接收通道带内幅度相位起伏的要求根据式(13),由成对回波引起的距离旁瓣为A(dB)=-20lg(a12a0+b12)(14)∃289∃第26卷第3期宽带宽角扫描相控阵雷达技术研究
图2接收机的幅相特性对于给定的距离旁瓣,求出允许的幅度相位误差,如表1所示。表1允许的幅度相位误差A/dB-30-27.5-25-22.5-2020lga0+a1a0/dB0.530.70.931.211.58b1/ 3.624.816.038.5911.46若要求旁瓣电平为-25dB,则允许的带内幅度与相位起伏分别为093dB和6 。(2)对多路接收之间幅相一致性的要求由式(13)可知,由于多路接收机之间相频特性曲线的斜b0的不一致性,多路接收机的信号不能同时相加,因此合成后的信号包络已不再是矩形,而是梯形。各路之间b0的差值b0越大,则同时相加的时间越短,主瓣展宽也越严重。考虑到接收机的线性性质,可将各路接收机的信号分别压缩后,看成是在脉冲压缩接收输出端进行线性相加的结果。由此,b0应小于 =1/B,否则,多路接收机的信号经脉冲压缩后将在时间上完全分开,无法进行相加合成。因此,对多路接收机之间相位特性斜率b0的不一致性b0应加以限制。通常要求b0∀1101B(15)即b0∃B∀110(rad)(16)b0B即为由于各路间相频性曲线斜率b0不一致引起的相位误差0,因此0=b0∃B∀1
10(rad)(17)即0∀57( )这是从宽带成像的角度提出的对多路接收机相位一致性要求。事实上,为保证相控阵天线的方向图性能也应对多路接收机幅相一致性提出要求。仿真研究表示,一般应满足幅度误差小于1dB,相位误差小于7 。因此,总体上看,要求多路接收机之间的幅度误差(即幅度不一致性)小于1dB,相位误差(即相位不一致性)小于5 ~7 。5宽带成像微波暗室实验51实验系统组成实验系统组成框图如图3所示。
有关参数如下。目标1介质球,直径#=25cm;目标2金属球,直径#=20cm;相控阵天线16&16单元,天线口径05m&05m,四位移相器;扫频信号源(HP83752B)产生瞬时带宽500MHz线性调频信号。52实验内容与结果(1)一维距离像主瓣宽度、旁瓣电平随天线扫描角的变化图4给出了在电扫描范围0 ~30 时,通过实验系统实际测得的目标一维距离像(此时两目标球相距约1m)。实验结果表明,在相同条件下,随着天线扫描角的增大,一维距离像的主瓣展宽、旁瓣增大。
雷达工作原理及相控阵雷达工作原理
精心整理 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。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。 雷达的技术指标与参数很多，而且与雷达的体制有关，这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。 根据波形来区分，雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期（脉冲重复频率）、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率。 雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述，波束越窄，天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中，雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内，在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间，需要通过天线的机械转动或电子控制，使雷达波束在探测区域内扫描。 概括起来，雷达的技术参数主要包括工作频率（波长）、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的，因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如，为提高远距离发现目标能力，预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的，使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明，如果知道了雷达的技术参数，就可在一定程度上识别出雷达的种类。 雷达的用途广泛，种类繁多，分类的方法也非常复杂。
超宽带多功能数字化相控阵雷达系统技术
雷达与对抗 ２００７年 第４期
超宽带多功能数字化相控阵雷达系统技术
付林，唐霜天
（南京船舶雷达研究所，江苏南京２１０００３）
摘要：针对未来高威胁战场环境和复杂的作战使命要求，简要介绍了超宽带多功能数字化相控 阵雷达系统技术，分析了影响其性能的几项主要技术，包括超宽带天线技术及波束控制技术、宽
带信号波束形成实现技术、多功能多任务控制与调度技术、数字ＴＲ技术和ＤＢＦ技术，以及它们 的实现途径。 关键词：相控阵雷达；超宽带；多功能；数字化
中图分类号：ＴＮ９５８．９２文献标识码：Ａ文章编号：１００９—０４０１（２００７）０４—０００１—０４
Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ．．ｗｉｄｅ．．ｂａｎｄ ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
ｄｉｇｉｔａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｒａｄａｒｓ
ＦＵ Ｌｉｎ．ＴＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ—ｔｉａｎ
（Ｎａｎｆｉｎｇ Ｍａｒｉｎｅ Ｒａｄａｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｆｉｎｇ ２１０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈｔｈｒｅａｔ，ａｎｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｂａｔ ｍｉｓｓｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ
ｒａｄａｒ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｏｍｅ ｍａｊｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ ｂｅａｍ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｄｅ—ｂａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｂｅａｍ￣ｒｍｉｎｇ，ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎ—
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。相控阵雷达具有高增益、低副瓣、宽角扫描等优点，已经成为现代雷达系统的关键技术之一。 2. 无线通信系统：相控阵通信系统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，从而实现对不同用户的定向传输和接收。相控阵通信系统具有高容量、高速率、抗干扰等优点，已经成为未来移动通信系统的关键技术之一。
相控阵扫描角度
相控阵扫描角度
1. 什么是相控阵扫描角度？
相控阵扫描角度是指相控阵天线进行扫描时的角度范围。相控阵是一种利用天线阵列来实现波束形成和方向控制的技术，可以通过控制每个元素的相位和振幅来实现对天线波束的控制。扫描角度的范围决定了相控阵天线的覆盖范围和角度分辨率。
2. 相控阵扫描角度的重要性
相控阵扫描角度的选择对于相控阵系统的性能有重要影响。合理选择扫描角度可以实现更广泛的覆盖范围和更高的角度分辨率，从而提高系统的工作效率和性能。
3. 影响相控阵扫描角度的因素
3.1 天线阵列结构
天线阵列的结构对相控阵扫描角度有直接影响。常见的天线阵列结构包括线性阵列、平面阵列和体阵列等。不同结构的天线阵列具有不同的扫描角度范围和角度分辨率。
3.2 波束宽度要求
波束宽度要求是指系统对波束宽度的要求程度。波束宽度越窄，系统对扫描角度的要求越高，扫描角度范围应足够宽以满足系统的需求。
3.3 目标距离
目标距离是指待探测的目标与相控阵天线的距离。目标距离越远，相控阵扫描角度范围应越大，以保证目标的探测和跟踪。
3.4 天线的孔径大小
天线的孔径大小是指天线元素的尺寸。天线孔径越大，相控阵扫描角度范围越大，角度分辨率越高。
3.5 频率
频率对相控阵扫描角度也有一定影响。频率越高，天线的波束宽度越窄，扫描角度范围应相应调整。 4. 相控阵扫描角度的优化方法
4.1 可变扫描角度
为了适应不同场景和需求，可以设计相控阵系统具备可变扫描角度的能力。通过调整相控阵天线的阵元相位和振幅，可以实现扫描角度的动态调整，以适应不同的工作条件。
4.2 多波束设计
在相控阵系统中，可以设计多个波束来覆盖不同的扫描角度范围。通过合理的波束设计，可以实现更广泛的覆盖范围和更高的角度分辨率。
4.3 等角度分布设计
通过合理设计天线阵列的结构和波束形成算法，可以实现等角度分布的扫描。等角度分布设计可以保证扫描角度范围的均匀分布，提高系统的全向探测和跟踪能力。
Ka频段宽带步进频ISAR成像仿真
2021年8月
第17卷第3期系统仿真技术SystemSimulationTechnologyAug.，2021Vol.17，No.3
Ka频段宽带步进频ISAR成像仿真
卢奎锋1，段锐2∗，李沫1，张健1∗
（1.电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都611731；2.电子科技大学信息与通信工程学院，四川成都611731）
摘要：针对空间目标探测大口径宽带毫米波相控阵雷达设计面临瞬时带宽和天线口径之间的相互制约问题，研究了采用中心频率跳变的瞬时窄带信号通过信号处理合成宽带的Ka频段步进频率雷达体制，合成带宽达到5GHz。并基于转台模型进行了空间目标ISAR成像的仿真验证，结果显示成像分辨率达到了厘米级。关键词:逆合成孔径雷达；转台模型；宽带步进频波形；高分辨率；合成宽带
Ka-bandBroadbandSteppedFrequencyISARImaging
Simulation
LUKuifeng1，DUANRui2∗，LIMo1，ZHANGJian1∗
（1.SchoolofElectronicScienceandEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu，611731，China；2.SchoolofInformationandCommunicationEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu，611731，China）
Abstract：Forspacetargetdetectionscenarios，thedesignoflarge-aperturebroadbandmillimeter-wave
phasedarrayradarfacesthemutualconstraintsbetweeninstantaneousbandwidthandantennaaperture.
相控阵雷达系统的设计与实现
相控阵雷达系统的设计与实现
近年来，相控阵雷达技术在国防、航空、航天等领域得到了广泛应用。这种基于数字信号处理的雷达系统，可以通过控制阵元的相位和振幅，实现信号的形成和空间选择性的波束的旋转和电子扫描。相对于传统的机械扫描雷达系统，相控阵雷达系统具有更高的目标探测、跟踪、分类和识别的能力、更快的响应速度、更广阔的探测范围等优势。本文将介绍相控阵雷达系统的设计原理、技术指标和实现方法。
一、相控阵雷达系统的原理
相控阵雷达系统由发射端和接收端两部分组成。发射端通过相位和振幅控制阵元，将电磁波按照特定的相位和振幅发射，形成一个前沿斜面的波束。接收端阵元接收回波信号，经过放大、滤波、混频、数字化等处理后，送入信号处理单元进行处理。信号处理单元对接收到的多个波达进行相位和振幅的控制，形成反向波束，与前向波束合成，实现目标的方位角驻留和距离测量，从而确定目标的空间位置和运动状态。
二、相控阵雷达系统的技术指标
相控阵雷达系统的性能指标主要包括探测距离、探测角度、探测精度、重复频率、带宽、增益、方向图等。探测距离取决于雷达发射功率、天线高度和目标反射截面积等因素，一般为几百公里到千公里。探测角度为雷达波束的宽度，一般为几度到十几度，与天线孔径和波长相关。探测精度由雷达发射波形、接收滤波器带宽、信号处理算法等因素共同决定，一般在米级别。重复频率为雷达发射脉冲频率，一般为几百赫兹到几千赫兹。带宽为雷达脉冲的频带宽度，一般为几百兆赫兹到几千兆赫兹。增益为雷达系统接收信号的增益，与天线增益、前置放大器增益等因素有关。方向图为雷达天线在空间中的响应特性，与天线孔径的大小以及阵元排列方式相关。
三、相控阵雷达系统的实现方法 相控阵雷达系统的实现方法主要包括阵元设计、天线阵列布局、发射电路、接收电路、信号处理算法等方面。阵元设计是确定天线阵列参数的前提，它包括天线元的尺寸、频率响应、阻抗匹配等因素。天线阵列布局是确定阵元排列方式的关键，不同的布局方式对雷达系统性能有很大的影响。发射电路实现对阵元输出信号相位和振幅的精确控制，接收电路实现对接收信号的放大、滤波等处理。信号处理算法对接收信号进行数字信号处理，形成合成波束、波达匹配、目标跟踪等方面的算法。
宽带数字阵列雷达相对时延测量的新方法
第５０卷第５期 ２０１０年５月 电讯技术 Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．５０ Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２Ｏ１０
文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１０｝０５—００２８—０５
宽带数字阵列雷达相对时延测量的新方法
彭 卫 ，师 勇２，鄢 勃２，吴宏刚
（１．电子科技大学电子工程学院，成都６１００５４；２．西南电子设备研究所，成都６１００４３； ３．中国民用航空局第二研究所，成都６１００４１）
摘要：基于Ｄｅｃｈｉｒｐｉｎｇ理论，提出了一种能有效测量大时带积线性调频（ＬＦＭ）脉冲信号在宽带数字
阵列不同通道间相对时延的新方法。该方法利用了Ｆ丌’算法，不仅系统所需器件简单易行，而且测
量精度与实时性较好，并能在一次测量过程中对多个通道进行同时测量。从理论角度分析了这种测
量方法的性能与特点，在此基础上确定出系统的各项参数，并提出了进一步简化系统的方案。仿真
实验结果验证了所提方法的有效性。
关键词：相控阵雷达；宽带数字阵列；宽带ＬＦＭ脉冲信号；相对时延测量；Ｄｅｃｈｉｒｐｉｎｇ技术
中图分类号：ＴＮ９８ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：ｉ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０１０．０５．００６
Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｄｅｌａｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗｉｄｅｂａｎｄ
Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｒｒａｙ Ｒａｄａｒ
ＰＥＮＧ Ｗｅｉ ，ＳＨＩ Ｙｏｎｇ２，ＹＡＮ Ｂｏ２，ＷＵ Ｈｏｎｇ—ｇａｎｇ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４３，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
宽带相控阵子阵划分及自适应干扰对消技术
第４期 ２０１０年８月 Ｉ鼋雹；舛譬碍雹豫髻极
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣＡＥＩＴ Ｖ０１．５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１０
宽带相控阵子阵划分及自适应干扰对消技术
曹运合 ，齐飞林 ，刘 峥
（１．西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室，西安７１００７１；
２．中国电子科技集团公司第２０研究所，西安７１００７２）
摘要：针对宽带相控阵雷达中的关键技术如子阵划分、数字波束形成以及宽带自适应干扰对消等
展开研究，给出了宽带阵列划分的准则和方法并以线性调频信号为例提出了一种数字波束形成方 法和宽带自适应干扰对消算法。该方法应用数字时变相位补偿方法代替传统的时间延时单元形成 主波束，降低了系统的复杂度并提高了波束形成的性能。基于拉伸处理的宽带自适应干扰对消算
法对宽带旁瓣干扰和主瓣干扰都有较好的抑制作用，在强的宽带干扰下仍然可以很好地对目标进
行高分辨成像。 关键词：雷达；宽带；相控阵；数字波束形成；干扰对消
中图分类号：ＴＮ８２１ ．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５６９２（２０１０）０４—３３７－０７
Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｓｕｂ—ａｒｒａｙ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＣＡＯ Ｙｕｎ．ｈｅ ，ＱＩ Ｆｅｉ—ｌｉｎ ，ＬＩＵ Ｚｈｅｎｇ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｘｉ’ａｌｌ Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ ２０ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｒａｄａｒ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｂ—ａｒｒａｙ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ｄｉｇｉｔａｌ
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。它的视野有多宽，主瓣宽度就有多大。也许有人会问，为什么不能把天线做成广角的？这是因为输入到天线的能量如果平均分配到全部方向上辐射，能量就会比较分散，自然就不能传得很远了，所以，雷达主瓣做得比较窄。举例来说，美国E-3预警机的雷达天线的主瓣宽度近似为1°。如果要把全部方向上的空域都扫描一遍，主瓣得先后处于360各不同的位置上。
超宽带雷达自组网的数字波束扫描研究与实现
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超宽带雷达自组网的数字波束扫描研究与实现
作者：张琳 陈峰
来源：《现代电子技术》2012年第05期
摘 要：概要介绍超宽带雷达自组网方式特点及布站方式，重点分析了超宽带信号时延控制形成波束扫描的实现方法，从而解决阵列延时带来的旁瓣以及低增益的问题。与传统相控阵雷达不同的是不再利用移相器，而是估计出各个阵列的时延并通过整数延迟线和FIR分数滤波器进行精确时延补偿，仿真结果表明,该方式波束方向指向性能好，没有旁瓣。
关键词：数字波束形成; 超宽带雷达; 扫描；
指向性
中图分类号：
文献标识码：A
文章编号：
ad hoc network for ultra wideband radar
(1.Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210014, China； 2.Nanjing 28th
Institute, CETC, Nanjing 210014, China)
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Abstract：
The simple principle and characteristics of ad hoc network for ultra wideband radar are
introduced, the realization on digital beam forming scanning of ad hoc network for ultra wideband
radar is analyzed, the side lobe and the low gain caused by the array time delay can be solved.
Simulation results show that the method can gain a better performance of beam direction, and