[科普中國]-頻率捷變雷達(dá)

頻率捷變雷達(dá)是指發(fā)射的相鄰脈沖的載頻在一定頻帶內(nèi)隨機(jī)快速改變的脈沖雷達(dá)。這種雷達(dá)可以有效地對抗窄帶瞄準(zhǔn)式有源干擾，而且還具有加大探測距離、提高測角精度、抑制海浪雜波等優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)軍用雷達(dá)都采用這種體制，并已逐漸推廣到民用船載雷達(dá)。頻率捷變雷達(dá)可分為非相干頻率捷變雷達(dá)和全相干頻率捷變雷達(dá)兩類。

組成部分非相干頻率捷變雷達(dá) 采用頻率捷變磁控管作為振蕩源的雷達(dá)。這種雷達(dá)于60年代初期研制成功，當(dāng)時采用了旋轉(zhuǎn)調(diào)諧磁控管作為頻率捷變磁控管。這種磁控管后來也常為非相干頻率捷變雷達(dá)所采用。這種雷達(dá)主要由頻率捷變磁控管、壓控本振器和頻率跟蹤器三部分組成

頻率捷變磁控管

常用的有旋轉(zhuǎn)調(diào)諧、抖動調(diào)諧、精確調(diào)諧、音圈調(diào)諧、壓電調(diào)諧等。在低微波段主要采用旋轉(zhuǎn)調(diào)諧；在高微波段主要采用壓電調(diào)諧。

壓控本振

60年代采用返波管，70年代以來主要采用變?nèi)莨埽ㄒ娢⒉ǘO管）調(diào)諧微波半導(dǎo)體振蕩器。在低微波段常用晶體管振蕩器；在高微波段則常用體效應(yīng)管（見晶體二極管或場效應(yīng)管（見晶體三極管振蕩器。

頻率跟蹤器

預(yù)測磁控管的發(fā)射頻率（或直接利用磁控管頻率傳感器給出的頻率讀出信號），使壓控本振頻率跟上磁控管腔體調(diào)諧頻率的變化，并在雷達(dá)發(fā)射時根據(jù)準(zhǔn)確的發(fā)射頻率對本振進(jìn)行微調(diào)，使其和發(fā)射頻率相差一個中頻。

非相干頻率捷變雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，造價低廉，但是不易控制發(fā)射頻率，發(fā)射信號的頻率穩(wěn)定度差，無法和動目標(biāo)顯示體制兼容。1

新式雷達(dá)全相干頻率捷變雷達(dá)主要是由主振放大鏈構(gòu)成的頻率捷變雷達(dá)。這種雷達(dá)于 60年代后期研制成功（圖2）。全相干頻率捷變雷達(dá)的核心是捷變頻率合成器，它能產(chǎn)生快速捷變的發(fā)射信號和本振信號，而且頻率穩(wěn)定度很高。這種頻率合成器通常用晶振-倍頻鏈直接合成，或者是用高速鎖相環(huán)間接合成，所產(chǎn)生的發(fā)射信號經(jīng)過功率放大鏈放大后發(fā)射出去。功率放大鏈的前級通常采用小功率和中功率行波管，末級則常采用大功率行波管、行波速調(diào)管或正交場器件(見正交場放大管)。

全相干頻率捷變雷達(dá)易于實(shí)現(xiàn)可控捷變，可以和脈沖壓縮、動目標(biāo)顯示等體制相結(jié)合；但是造價昂貴，技術(shù)復(fù)雜。1

性能頻率捷變雷達(dá)具有抗干擾能力強(qiáng)、增大探測距離、提高測角精度和抑制海浪雜波干擾等主要優(yōu)點(diǎn)。

① 抗干擾能力強(qiáng)：專為提高抗干擾能力而設(shè)計(jì)的頻率捷變雷達(dá)，脈間最大頻差可達(dá)到雷達(dá)的整個工作頻帶。由于發(fā)射載頻作脈間捷變，有利于防止偵察。它具有很強(qiáng)的抗瞄準(zhǔn)式有源干擾的能力，因?yàn)楦蓴_機(jī)很難跟上雷達(dá)脈間捷變的調(diào)諧速率。即使干擾機(jī)采用極高速率的電子調(diào)諧，也只能在接收到雷達(dá)信號后才能跟上。為有效地干擾頻率捷變雷達(dá)，必須采用寬帶阻塞式干擾。這就迫使干擾機(jī)把功率分散到很寬的頻帶上去，從而降低干擾的功率密度。

② 增大雷達(dá)的探測距離：由于頻率捷變雷達(dá)把目標(biāo)回波的慢起伏變?yōu)槊}間不相關(guān)的快起伏，從而減小了起伏損失，增大了探測距離。頻率捷變的增益主要取決于獨(dú)立脈沖數(shù)。為使相鄰脈沖不相關(guān)，要求相鄰頻差大于臨界頻率。這一臨界頻率和目標(biāo)的徑向尺寸成反比，通常約在幾十兆赫范圍內(nèi)。實(shí)測表明，在高檢測概率（80%以上）時，頻率捷變雷達(dá)的探測距離比固定頻率雷達(dá)大20%～30%。

③ 提高測角精度：跟蹤雷達(dá)在近距離的測角誤差，主要是由目標(biāo)視在反射中心的抖動所引起的。采用頻率捷變后也可以使這種角度誤差由慢抖動變?yōu)榭於秳樱缓蟊凰欧到y(tǒng)的大時間常數(shù)所平滑。單脈沖跟蹤雷達(dá)采用頻率捷變后，可以把近距離的跟蹤精度提高2～3倍。對于圓錐掃描雷達(dá)，雖然頻率捷變也可減小角度抖動，但卻增加了在掃描頻率附近幅度起伏的分量，因而頻率捷變的效果不如單脈沖雷達(dá)顯著。

④ 抑制海浪雜波干擾：同一距離單元的海浪雜波通常有較長的相關(guān)時間，因而不能依靠積累的方法來抑制。采用頻率捷變可以去除海浪雜波的相關(guān)性。雖然這時目標(biāo)回波也會失去相關(guān)性，但幅度起伏的方差減小而更接近平均值，因而采用積累后可以改善雜波上的可見度。1

其他優(yōu)點(diǎn)頻率捷變雷達(dá)還有很多其他優(yōu)點(diǎn)，如能減小回波幅度起伏的方差，提高對雷達(dá)目標(biāo)截面積測量的精度，從而提高地貌測量雷達(dá)對目標(biāo)性質(zhì)的分辨能力。此外，它還能消除工作在相同頻段雷達(dá)間的相互干擾，消除由超折射引起的二次或多次環(huán)繞回波等。使用中的非相干和全相干雷達(dá)大多數(shù)可以改裝為頻率捷變雷達(dá)，尤其是非相干雷達(dá)更易改裝。1

主要缺點(diǎn)頻率捷變雷達(dá)的主要缺點(diǎn)是不易與動目標(biāo)顯示和脈沖多普勒體制兼容。只有全相干雷達(dá)可采用分組捷變的方法，部分地解決這個問題。脈間捷變和動目標(biāo)顯示完全兼容，只能在近程、高重復(fù)頻率雷達(dá)中才能實(shí)現(xiàn)，但構(gòu)成更為復(fù)雜。1

趨勢頻率捷變雷達(dá)正向自適應(yīng)方向發(fā)展。自適應(yīng)抗干擾頻率捷變雷達(dá)能測出干擾信號頻譜中的最弱點(diǎn)的頻率，并自動地快速捷變到這一最弱點(diǎn)。自適應(yīng)頻率捷變跟蹤雷達(dá)還能自動跳到回波幅度最強(qiáng)即角度誤差最小的頻率。人們正在研究把頻率捷變同自適應(yīng)旁瓣對消技術(shù)結(jié)合起來，以便同時具備對抗自備式干擾機(jī)和掩護(hù)式干擾機(jī)的能力。1

干擾方法無源干擾法FAR是利用發(fā)射頻率的變化來抗干擾的一種措施，而無源干擾的最大特點(diǎn)是所反射的回波信號頻率和雷達(dá)發(fā)射頻率相一致，因此是無法用選擇的方法加以消除的，不管是非相參FAR還是全相參FAR。無源干擾實(shí)際上是人為有意投放的無源反射體，這些反射體和真實(shí)目標(biāo)一樣也能有效的反射無線電波，它的直徑只有幾十微米，而長度正好等于雷達(dá)工作波長的一半，因而可以在雷達(dá)的工作頻率發(fā)生諧振，通過投放大量的反射體，可以形成相當(dāng)強(qiáng)烈的干擾雜波，而且還會使回波信號產(chǎn)生衰減。由于它制作簡單、成本低廉、易于投放，是一種較為理想的消極干擾方式。它的缺點(diǎn)是：a.必須事先測定被干擾對象的工作頻率；b.反射體在空中停留時間難于控制，因而，干擾雜波存在的時間和空間受到一定的限制；c.預(yù)先在己方飛機(jī)必須經(jīng)過的空中走廊投放反射體，容易暴露作戰(zhàn)企圖。2

寬帶阻塞噪波干擾法由于FAR的工作頻率往往在很寬的頻帶上捷變，為了達(dá)到同樣的干擾效果，可以采用寬帶阻塞式噪波干擾法，用阻塞覆蓋雷達(dá)工作頻段。由于干擾帶寬比窄帶瞄準(zhǔn)式干擾的要寬得多，阻塞帶寬要大于或等于雷達(dá)捷變帶寬，致使干擾密度下降。若要達(dá)到同樣的功率密度，必須大大提高干擾功率，這對于微波器件來說是很不容易的，體積和功耗的增加也是不允許的。例如，用窄帶瞄準(zhǔn)式干擾法，能在X波段10MH：帶寬內(nèi)產(chǎn)生20W的干擾功率，即功率密度為ZW/MHz。但對于寬帶阻塞干擾，當(dāng)帶寬為500MHz，為了同樣的功率密度和干擾效果，干擾機(jī)就必須產(chǎn)生1000W的功率，顯然，這樣大的干擾功率是很難承擔(dān)的。

形成寬帶阻塞噪波干擾的方法有下列三種：

A.使用單部干擾機(jī)。采用單部干擾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，有效輻射功率高，使用一個噪聲源比使用多個噪聲源易于控制，便于觀察干擾的效果。缺點(diǎn)是，由于微波管幅頻特性的不均勻性、傳輸線問題和天線控制誤差等原因，功率譜有“缺口”；另外，可靠性比較差，一旦單部干擾機(jī)失效，則全部干擾功率都將損失掉和失去干擾對象，因此現(xiàn)在很少應(yīng)用。

B.用具有相同中心頻率、帶寬、功率、天線覆蓋的多部干擾機(jī)進(jìn)行“迭加”。使用多部干擾機(jī)迭加的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，如果一部干擾機(jī)失效，其它幾部干擾機(jī)可以進(jìn)行補(bǔ)償；由于各干擾機(jī)的頻譜因天線安裝、管子特性等隨頻率變化而變化，但幾部干擾機(jī)功率迭加以后，就可以做到比較平坦而無太多的功率泄漏，因此干擾頻譜較平坦。存在的主要缺點(diǎn)：a.同一頻帶上，必須重復(fù)使用同樣的多付收、發(fā)天線，它們之間互為負(fù)載，會影響發(fā)射功率，對結(jié)構(gòu)也有很嚴(yán)格的要求；b.迭加時，每部干擾機(jī)都要求有很寬的帶寬，都有帶外損失。.在整個干擾帶寬內(nèi)，不管是否必要，都需要覆蓋整個雷達(dá)工作頻帶，因此，能量損失較大。

C.使用多部干擾機(jī)，每部的頻帶都較窄，中心頻率錯開，形成“參差”，以覆蓋整個欲干擾的頻帶。使用多部干擾機(jī)“參差”的優(yōu)點(diǎn)是：只需要一付收發(fā)天線，對結(jié)構(gòu)要求不嚴(yán)格，容易實(shí)現(xiàn)，可以集中干擾功率用于所需要的干擾頻帶上，而對偵察設(shè)備所指示無雷達(dá)工作的那部分頻帶可以不進(jìn)行干擾。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所