[科普中國]-脈沖多普勒雷達(dá)

發(fā)展歷程

20世紀(jì)60年代以來，為了解決機載雷達(dá)的下視難題，研制了脈沖多普勒雷達(dá)(PD)。機載雷達(dá)下視時將遇到很強的雜波(地面、海面)，在這種雜波背景下檢測運動目標(biāo)主要依靠多普勒頻域上的檢測能力，MTI雷達(dá)可用的多普勒頻域空間受到盲速的限制；工作作頻率越高，在相同目標(biāo)速度條件下其多普勒頻率，相應(yīng)提高而使第一盲速下降，機載雷達(dá)由于其他條件限制而常采用高工作頻率(如x波段)，多個盲速點的存在明顯地減小了可檢測目標(biāo)的多普勒空間；機載雷達(dá)還因平臺的運動而導(dǎo)致雜波頻譜的展寬，這將進一步減小可用于檢測目標(biāo)的多普勒空間。

可以看出，工作于更高頻段的機載雷達(dá)，需要用更好的辦法來代替MTI以獲得比較理想的運動目標(biāo)檢測能力。

提高雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率PRF來避免盲速對檢測動目標(biāo)的影響，這種雷達(dá)稱為脈沖多普勒雷達(dá)。提高PRF后雷達(dá)在給定的工作條件下沒有自速的影響，但在距離上將會產(chǎn)生多重模糊，所以說PD雷達(dá)是用距離模糊去換取多普勒空間無模糊的雷達(dá)。

在某些情況下，雷達(dá)以稍低的PRF工作，此時在距離和多普勒空間上均有可容忍的模糊，但其總體的工作性能更好。這種雷達(dá)稱為中等重復(fù)頻率(PRF)脈沖多普勒雷達(dá)。機載(運動平臺上)有3種利用多普勒頻率的脈沖雷達(dá)：

(1)沒有距離模糊但有多重多普勒模糊的MTI雷達(dá)(AMTI)；

(2)有多重距離模糊但沒有多普勒模糊的高PRF脈沖多普勒雷達(dá)(PD)；

(3)中等PRF脈沖多普勒雷達(dá)，在距離和多普勒頻域上均有模糊。

脈沖多普勒雷達(dá)與動目標(biāo)顯示雷達(dá)都是以提取目標(biāo)多普勒頻移信息為基礎(chǔ)的脈沖雷達(dá)。1

特點脈沖多普勒雷達(dá)有以下特點：

(1)足夠高的脈沖重復(fù)頻率。脈沖多普勒雷達(dá)選用足夠高的脈沖重復(fù)頻率，保證在頻域上能區(qū)分雜波和運動目標(biāo)。當(dāng)需要測定目標(biāo)速度時，重復(fù)頻率的選擇應(yīng)能保證測速沒有模糊，但這時通常存在距離模糊。

(2)能實現(xiàn)對脈沖串頻譜中單根譜線的多普勒濾波。脈沖多普勒雷達(dá)具有對目標(biāo)信號的單根譜線濾波的能力，因而還能提供精確的速度信息，而動目標(biāo)顯示雷達(dá)則不具有這種能力。

(3)采用高穩(wěn)定度的主振放大式發(fā)射機。只有發(fā)射相參脈沖串才能對處于模糊距離的目標(biāo)進行多普勒信號處理，只有發(fā)射相參脈沖串才能進行中頻信號處理，因此脈沖多普勒雷達(dá)通常采用柵控行波管或柵控速調(diào)管作為功率放大器的主振式發(fā)射機，由它產(chǎn)生相參脈沖串，而不像早期動目標(biāo)顯示雷達(dá)那樣可以采用磁控管單級振蕩式發(fā)射機。此外，脈沖多普勒雷達(dá)要求發(fā)射信號具有很高的穩(wěn)定性，包括頻率穩(wěn)定和相位穩(wěn)定。發(fā)射系統(tǒng)采用高穩(wěn)定度的主振源和功率放大式發(fā)射機，保證高純頻譜的發(fā)射信號，盡可能減少由于發(fā)射信號不穩(wěn)而給系統(tǒng)帶來附加噪聲和由于譜線展寬而使濾波器頻帶相應(yīng)加寬。只有發(fā)射信號具有高穩(wěn)定性，才能保證雷達(dá)獲得高的改善因子。

(4)天線波瓣應(yīng)有極低的副瓣電平。機載PD雷達(dá)的副瓣雜波占據(jù)很寬的多普勒頻率范圍，再加上重瓣多距離模糊而使雜波重疊，強度增大，只有極低的副瓣才能改善在副瓣雜波區(qū)檢測運動目標(biāo)的能力。1

原理PD雷達(dá)與MTI雷達(dá)的基本工作原理是一樣的，只是各自的目的和實現(xiàn)方式不太相同。其中一個基本差別就是高重頻PD雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率必須保證目標(biāo)回波的多普勒頻移不模糊，這就要求重頻值至少應(yīng)是目標(biāo)相對于雷達(dá)的最大接近速度所產(chǎn)生多普勒頻移的2倍。高重頻PD雷達(dá)往往在距離維是高度模糊的。中重頻雷達(dá)則在距離維和多普勒頻移維都是模糊的。

由于高重頻PD雷達(dá)在頻移維是不模糊的，因此可利用濾波器對雜波進行大幅度的抑制。但距離維的模糊會導(dǎo)致多個分辨單元的雜波折疊到目標(biāo)單元中．增加了目標(biāo)回波所需對抗的雜波幅度。另外，因距離模糊導(dǎo)致的目標(biāo)距離多值性也并非小事，通常需要發(fā)射多組重頻，并進行相應(yīng)的計算機處理才能判定目標(biāo)的準(zhǔn)確距離。

機載應(yīng)用場合(比如AWACS以及機載截?fù)衾走_(dá)等)需采用高、中重頻的PD雷達(dá)，原因在于平臺運動會造成回波頻譜的展寬效應(yīng)，除非雷達(dá)發(fā)射信號的頻率極低。否則采用低重頻MTI是不可行的。陸基應(yīng)用場合也可使用高、中重頻PD雷達(dá)對付低空飛行的入侵目標(biāo)，但要求其有適度的作用距離。高重頻PD雷達(dá)在對付箔條干擾和氣象雜波方面特別有效。2

脈沖多普勒雷達(dá)是工作在脈沖波形下的一種多普勒雷達(dá)，其工作原理是對脈沖列信號進行頻譜分析，并對其單根譜線進行濾波，以測得目標(biāo)的徑向速度和距離。與一般時域監(jiān)測的脈沖體制雷達(dá)不同之處是脈沖多普勒雷達(dá)是頻域檢測，對回波脈沖列進行頻譜分析，利用運動目標(biāo)的回波信號具有多普勒頻移的特點，將其與固定目標(biāo)區(qū)別開來．所以能在十分強的地雜波、海雜波背景中檢測出微弱的運動目標(biāo)信號。因此脈沖多普勒雷達(dá)從體制上根本解決了雜波抑制問題，這使得諸如機載雷達(dá)能夠下視等成為可能。脈沖多普勒雷達(dá)的優(yōu)點十分突出，但信號處理設(shè)備很復(fù)雜，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展．使信號處理設(shè)備得以實現(xiàn)。脈沖多普勒雷達(dá)應(yīng)用十分廣泛，如機載火控雷達(dá)、機載預(yù)警雷達(dá)、低空防御雷達(dá)、艦載雷達(dá)、戰(zhàn)場偵察雷達(dá)、火炮定位雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭等。3

軍事用途70年代以來，隨著大規(guī)模集成電路和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，脈沖多普勒雷達(dá)廣泛用于機載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。機載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)，如美國現(xiàn)役F-14、F-15、F/A-18和F-16等戰(zhàn)斗機分別裝備的AWG-9、APG-63、APG-65和APG-66A/B、APG-68C/D等雷達(dá)。

型號舉例RDX是為裝備法國空軍20世紀(jì)90年代ACT戰(zhàn)斗機的第：代脈沖多普勒雷達(dá)，它由RDY發(fā)展而來。該雷達(dá)是‘部按全波形設(shè)計的組什化雷達(dá)，可同時搜索、跟蹤多個空中和海上目標(biāo)。為了例時跟蹤8個目標(biāo)，必須更新每一個口標(biāo)信息，用足夠的精度發(fā)射MICA導(dǎo)彈。MICA導(dǎo)彈不需要CW目標(biāo)照射，岡為它本身裝有主動導(dǎo)引頭。MICA導(dǎo)彈性能相當(dāng)于美國AMRAAM導(dǎo)彈(即發(fā)射后不管導(dǎo)彈)。

RDX不僅在作用距離上要滿足較大搜索空域，而且在方位上也要滿足較大搜索空域，以探測從側(cè)向靠近的日標(biāo)。為了達(dá)到這一目的，發(fā)射機必須工作在高、中、低PRF上，工作方式必須與峰值功率相匹配，并且峰值功率變化范圍要達(dá)到10倍。最終要求RDX具有40種功能。

RDX采用的新技術(shù)相匹配，編程信號處理機、超高速集成電路、新型行波管和新型相控陣天線。RDX屬法國軍方RACASS計劃，Thomson．CSF公司于1979年開始設(shè)計，1985年交付預(yù)生產(chǎn)系統(tǒng)，1987年住ACX試驗型飛機卜試驗，原擬裝備ACT(Rafalel多功能戰(zhàn)斗機。實際卜Rafale戰(zhàn)斗機裝備的是該公司研制牛產(chǎn)的RBE一2機載多功能火控雷達(dá)，RDX雷達(dá)后來未見報道。4