中國(guó)相控陣?yán)走_(dá)重大突破，一文帶你了解其工作原理及類型

2017-05-02  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

中國(guó)電科(CETC)第五十五研究所(NEDI)所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張凱博士近日發(fā)表在國(guó)際半導(dǎo)體器件權(quán)威期刊《IEEE Electron DeviceLetters》上的論文《High-Linearity AlGaN/GaN FinFETs for Microwave Power Applications》即《三維鰭式GaN高線性微波功率器件》被國(guó)際半導(dǎo)體行業(yè)著名雜志《Semiconductor Today》進(jìn)行專欄報(bào)道,受到國(guó)內(nèi)外業(yè)界關(guān)注。

《Semiconductor Today》報(bào)道截圖

一

中國(guó)相控陣?yán)走_(dá)組件重大突破

張博士的論文聚焦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近期在GaN高線性技術(shù)方面獲得的多個(gè)重要突破,創(chuàng)新提出三維GaN FinFET微波功率器件,克服了GaN平面器件瓶頸,極大改善了跨導(dǎo)平整度,大幅提升GaN器件線性度,同時(shí)維持高的輸出功率和效率,為下一代移動(dòng)通信高性能元器件奠定基礎(chǔ)。本成果也是首次展示GaN三維器件相對(duì)于二維器件在微波功率應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與潛力,有力推動(dòng)了GaN三維器件的實(shí)用化進(jìn)程。該成果研制過(guò)程中得到國(guó)家自然科學(xué)基金、預(yù)研基金等課題的支持。

NEDI提出的高線性GaN FinFET器件以及跨導(dǎo)特性

(SemiconductorToday是總部位于英國(guó)具有獨(dú)立性和非盈利性的國(guó)際半導(dǎo)體行業(yè)著名雜志和網(wǎng)站,專注于報(bào)道化合物半導(dǎo)體和先進(jìn)硅半導(dǎo)體的重要研究進(jìn)展和最新行業(yè)動(dòng)態(tài),具有很強(qiáng)的行業(yè)影響力。)

影響相控陣?yán)走_(dá)的除了雷達(dá)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外,作為最前端負(fù)責(zé)無(wú)線電收發(fā)的T/R組件性能對(duì)雷達(dá)整體性能的影響也是非常大的。目前國(guó)際主流的T/R組件類型有砷化鎵和氮化鎵兩種,其中氮化鎵是近幾年才出現(xiàn)的新興事物,不光應(yīng)用于雷達(dá)射頻等設(shè)備,無(wú)線電通信也非常需要高性能的氮化鎵半導(dǎo)體組件。

KLJ-7A相控陣?yán)走_(dá),安裝有多達(dá)1000多個(gè)T/R組件

然而由于材料特性等原因,作為新生事物氮化鎵T/R組件會(huì)出現(xiàn)一些原先所沒有遇到過(guò)的問題。除了采用金剛石作為襯底材料來(lái)改善熱傳導(dǎo)性能,降低組件功耗之外,三維GaN FinFET的應(yīng)用可以說(shuō)是另辟蹊徑。

在當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)開始推進(jìn)各種三維結(jié)構(gòu)芯片的潮流下,引入三維結(jié)構(gòu),將GaN二維器件改進(jìn)成三維結(jié)構(gòu),可以說(shuō)是一大創(chuàng)新。簡(jiǎn)單的說(shuō),一樣的功耗,體積的T/R組件,將能提供出更精確的雷達(dá)波形和更高的射頻功率,在不增加外部能耗需求的情況下,進(jìn)一步提高雷達(dá)基本性能。

二

相控陣?yán)走_(dá)工作原理及類型簡(jiǎn)介

我們知道,蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成,每個(gè)小眼都能成完整的像,這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似,相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元(稱為陣元)組成,單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān),可以從幾百個(gè)到幾萬(wàn)個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上,構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位,就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描,故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號(hào)送入主機(jī),完成雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的搜索、跟蹤和測(cè)量。每個(gè)天線單元除了有天線振子之外,還有移相器等必須的器件。不同的振子通過(guò)移相器可以被饋入不同的相位的電流,從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多,則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線,“相控陣”由此得名。

相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn):

(1)波束指向靈活,能實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性快速掃描,數(shù)據(jù)率高;

(2)一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束,分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無(wú)源探測(cè)等多種功能;

(3)目標(biāo)容量大,可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo);

(4)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng);

(5)抗干擾性能好。全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高,即使少量組件失效仍能正常工作。

但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴,且波束掃描范圍有限,最大掃描角為90°~120°。當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí),需配置3~4個(gè)天線陣面。

傳統(tǒng)機(jī)械式雷達(dá)通過(guò)不停轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)掃描目標(biāo)

相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比,掃描更靈活、性能更可*、抗干擾能力更強(qiáng),能快速適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)條件的變化。多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測(cè)量、靶場(chǎng)測(cè)量等。美國(guó)“愛國(guó)者”防空系統(tǒng)的AN/MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用,是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)有多神?

“宙斯盾”系統(tǒng)的核心就是SPY—1D相控陣?yán)走_(dá),特別是它出眾的預(yù)警搜索能力和識(shí)別能力,仿佛給妄圖“獨(dú)立”的臺(tái)灣新領(lǐng)導(dǎo)人一根救命稻草,一把夢(mèng)幻的保護(hù)傘,而相控陣?yán)走_(dá)又再一次走進(jìn)國(guó)人的視線中。說(shuō)到相控陣?yán)走_(dá)或技術(shù),大家可能很陌生,但如果說(shuō)起去年美國(guó)軍方關(guān)于中國(guó)如何監(jiān)測(cè)其隱型戰(zhàn)斗機(jī)的報(bào)道,大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來(lái)監(jiān)視天空,經(jīng)濟(jì)又有效,這就是最原始、最基礎(chǔ)的雷達(dá),相控陣?yán)走_(dá)。

下面談一談雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展情況。

1、雷達(dá)及其分類

雷達(dá)(Radar,即 radio detecting and ranging),意為無(wú)線電搜索和測(cè)距。它是運(yùn)用各種無(wú)線電定位方法,探測(cè)、識(shí)別各種目標(biāo),測(cè)定目標(biāo)坐標(biāo)和其它情報(bào)的裝置。在現(xiàn)代軍事和生產(chǎn)中,雷達(dá)的作用越來(lái)越顯示其重要性,特別是第二次世界大戰(zhàn),英國(guó)空軍和納粹德國(guó)空軍的“不列顛”空戰(zhàn),使雷達(dá)的重要性顯露的非常清楚。雷達(dá)由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號(hào)處理器、電源等組成。其中,天線是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)大空域、多功能、多目標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵之一;信號(hào)處理器是雷達(dá)具有多功能能力的核心組件之 雷達(dá)種類很多,可按多種方法分類:

(1)按定位方法可分為:有源雷達(dá)、半有源雷達(dá)和無(wú)源雷達(dá)。

(2)按裝設(shè)地點(diǎn)可分為;地面雷達(dá)、艦載雷達(dá)、航空雷達(dá)、衛(wèi)星雷達(dá)等。

(3)按輻射種類可分為:脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。

(4)按工作被長(zhǎng)波段可分:米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)和其它波段雷達(dá)。

(5)按用途可分為:目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)、偵察雷達(dá)、武器控制雷達(dá)、飛行保障雷達(dá)、氣象雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)等。

相控陣?yán)走_(dá)是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達(dá)。它不但具有傳統(tǒng)雷達(dá)的功能,而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點(diǎn)是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機(jī)械掃描天線系統(tǒng)相比,有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如、相控陣省略了整個(gè)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其中個(gè)別部件發(fā)生故障時(shí),仍保持較高的可*性,平均無(wú)故障時(shí)間為10萬(wàn)小時(shí),而機(jī)械掃描雷達(dá)天線的平均無(wú)故障時(shí)間小于1000小時(shí)。下面主要介紹先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)。

2、相控陣?yán)走_(dá)的概況

相控陣技術(shù),早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年,美國(guó)首先開始這項(xiàng)研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實(shí)用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。60年代,美國(guó)和前蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部相控陣?yán)走_(dá),多用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng),如美國(guó)的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR,前蘇聯(lián)的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣?yán)走_(dá),其共同點(diǎn):采用固定式平面陣天線,天線體積大、輻射功率高、作用距離遠(yuǎn)。其中美國(guó)的AN/FPS-85和前蘇聯(lián)的“狗窩”最為典型,70年代,相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展,除美蘇兩國(guó)外,又有很多國(guó)家研制和裝備了相控陣?yán)走_(dá),如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有:美國(guó)的AN/TPN-25 、AN/TPQ-37和GE-592、英國(guó)的AR-3D、法國(guó)的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國(guó)的KR-75等。這一時(shí)期的相控陣?yán)走_(dá)具有機(jī)動(dòng)性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。80年代,相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),得到了更進(jìn)一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá),它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。從而,大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì),相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)兵器的特點(diǎn),其制造和研究將會(huì)更上一層樓。

3、相控陣原理

相控陣,就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線,各單元之間的輻射能量和相位關(guān)是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來(lái)實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描,即電子掃描,簡(jiǎn)稱電掃。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣,在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上.這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn),能以一部天線實(shí)現(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述,相控陣?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而得名。

雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)距離的原理:雷達(dá)波從發(fā)射到從目標(biāo)返回的總時(shí)間,乘上光速,等于目標(biāo)距離的兩倍。

相控陣?yán)走_(dá)有相當(dāng)密集的天線陣列,在傳統(tǒng)雷達(dá)天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個(gè)相控陣天線 (F-22約有2000個(gè)),任何一個(gè)天線都可收發(fā)雷達(dá)波,而相鄰的數(shù)個(gè)天線即具有一個(gè)雷達(dá)的功能。掃描時(shí),選定其中一個(gè)區(qū)塊(數(shù)個(gè)天線單元)或數(shù)個(gè)區(qū)塊對(duì)單一目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描,因此整個(gè)雷達(dá)可同時(shí)對(duì)許多目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描或追蹤,具有多個(gè)雷達(dá)的功能。由於一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)針對(duì)不同方向進(jìn)行掃描,再加之掃描方式為電子控制而不必由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng),因此資料更新率大大提高,機(jī)械掃描雷達(dá)因受限於機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)頻率因而資料更新周期為秒或十秒級(jí),電子掃描雷達(dá)則為毫秒或微秒級(jí)。因而它更適於對(duì)付高機(jī)動(dòng)目標(biāo)。此外由於可發(fā)射窄波束,因而也可充當(dāng)電戰(zhàn)天線使用,如電磁干擾甚至是構(gòu)想中發(fā)射反相位雷達(dá)波來(lái)抵消探測(cè)電波等。

以一個(gè)線型光控相控陣天線陣面為例進(jìn)行理論分析,如圖1所示。其陣元間距為d=半波長(zhǎng),8個(gè)天線單元為一個(gè)子陣,每個(gè)子陣由一個(gè)OTTD進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償。

4、相控陣?yán)走_(dá)分類

相控陣?yán)走_(dá)大體可分為兩大類,即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣,即在方位上和仰角上都采用電掃,天線陣是固定不動(dòng)的。有限電掃相控陣是一種混合設(shè)計(jì)的天線,即把兩種以上天線技術(shù)結(jié)合起來(lái),以獲得所需要的效果,起初把相掃技術(shù)與反射面天線技術(shù)相結(jié)合,其電掃角度小,只需少量的輻射單元,因此可大大降低設(shè)備造價(jià)和復(fù)雜程度。

方向動(dòng)畫示意圖

天線陣,根據(jù)掃描情況可分為相掃、頻掃、相/相掃、相/頻掃、機(jī)/相掃、機(jī)/頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個(gè)角坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)波束電掃。相/頻掃是利用移相器控制平面陣一個(gè)坐標(biāo)而另一坐標(biāo)利用頻率變化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)波束電掃.機(jī)/相掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用相掃。機(jī)/頻掃是在方位上采用機(jī)掃、仰角上采用頻掃。

5、相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)

相控陣?yán)走_(dá)之所以具有強(qiáng)大的生命力,因?yàn)樗鼉?yōu)勝于一般機(jī)械掃描雷達(dá)。它具有以下特點(diǎn):

(1)能對(duì)付多目標(biāo)。相控陣?yán)走_(dá)利用電子掃描的靈活性、快速性和按時(shí)分割原理或多波束,可實(shí)現(xiàn)邊搜索邊跟蹤工作方式,與電子計(jì)算機(jī)相配合,能同時(shí)搜索、探測(cè)和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標(biāo),并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個(gè)空中目標(biāo)。因此,適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。

(2)功能多,機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)能夠同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立控制的波束,分別用以執(zhí)行搜索、探測(cè)、識(shí)別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等多種功能。一部相控陣?yán)走_(dá)能起到多部專用雷達(dá)的作用,如“愛國(guó)者”的一部多功能相控陣?yán)走_(dá)可以完成相當(dāng)于“霍克”和“奈基”-2型9部雷達(dá)的功能,而且還遠(yuǎn)比它們能夠同時(shí)對(duì)付的目標(biāo)多。因此,可大大減少武器系統(tǒng)的設(shè)備,從而提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力。

(3)反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)率高。相控陣?yán)走_(dá)可不需要天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),波束指向靈活,能實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性快速掃描,從而縮短了對(duì)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)、錄取、信息傳遞等所需的時(shí)間,具有較高的數(shù)據(jù)率。相控陣天線通常采用數(shù)字化工作方式,使雷達(dá)與數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái),能大大提高自動(dòng)化程度,簡(jiǎn)化了雷達(dá)操作,縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間,便于快速、準(zhǔn)確地實(shí)施畦達(dá)程序和數(shù)據(jù)處理。因而可提高跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力。

(4)抗干擾能力強(qiáng)。相控陣?yán)走_(dá)可以利用分布在天線孔徑上的多個(gè)輻射單元綜合成非常高的功率,并能合理地管理能量和控制主瓣增益,可以根據(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量,易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾,有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離目標(biāo)和小雷達(dá)反射面目標(biāo)(如隱形飛機(jī)),還可提高抗反輻射導(dǎo)彈的能力。

(5)可靠性高。相控陣?yán)走_(dá)的陣列組較多,且并聯(lián)使用,即使有少量組件失效,仍能正常工作,突然完全失效的可能性最小。此外,隨著固態(tài)器件的發(fā)展,格控陣?yán)走_(dá)的固態(tài)器件越來(lái)越多,甚至已生產(chǎn)出全固態(tài)兒控陣?yán)走_(dá),如美國(guó)的。“愛國(guó)者”雷達(dá),其天線的平均故障間隔時(shí)間高達(dá)15萬(wàn)小時(shí),即使有10%單元損壞也不會(huì)影響雷達(dá)的正常工作。

當(dāng)然,相控陣?yán)走_(dá)不是十全十美的,也有其缺點(diǎn)。主要是造價(jià)貴,典型的相控陣?yán)走_(dá)比一般雷達(dá)的造價(jià)要高出若干倍。此外,相控陣?yán)走_(dá)對(duì)于短程彈道導(dǎo)彈的襲擊可以說(shuō)是無(wú)能為力,這也是美國(guó)及臺(tái)灣為什么擔(dān)心大陸方面在福建沿海部署東風(fēng)導(dǎo)彈的原因。而1991年,海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間,伊拉克用“飛毛腿”導(dǎo)彈襲擊以色列的時(shí)候,其“愛國(guó)者”導(dǎo)彈根本無(wú)法有效將其擊落,何況短短的臺(tái)灣海峽呢?

三

“薩德”反導(dǎo)系統(tǒng)相控雷達(dá)

1 薩德的組成和工作原理

薩德系統(tǒng)主要由四大部分組成:①雷達(dá),②火控系統(tǒng),③發(fā)射車,④攔截器。

工作原理分為四大步驟:

1)雷達(dá)探測(cè)到導(dǎo)彈來(lái)襲。

2)指揮和火控系統(tǒng)確認(rèn)并鎖定目標(biāo)。

3)發(fā)射車發(fā)射攔截彈。

4)攔截導(dǎo)彈在空中摧毀來(lái)襲導(dǎo)彈。

薩德系統(tǒng)主要有兩套核心組件:攔截彈和雷達(dá)系統(tǒng)。

作為一枚通信汪,我更關(guān)注的是那個(gè)用來(lái)探測(cè)和跟蹤目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng),就是被稱為薩德系統(tǒng)的眼睛的AN/TPY-2相控陣?yán)走_(dá)。也有人認(rèn)為真正對(duì)中國(guó)最大的威脅是這個(gè)相控陣?yán)走_(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)采用的正是相控陣天線技術(shù),也是今天4.5G Massive MIMO作為民用之一采用的技術(shù),同時(shí)未來(lái)5G相控陣基站將成為主流。

2 AN/TPY-2雷達(dá)系統(tǒng)

AN/TPY-2雷達(dá)系統(tǒng)工作在X波段(9.5GHz),天線陣面積為9.2平方米,安裝有25344個(gè)(有人說(shuō)30464個(gè))天線單元,采用數(shù)字波束形成(DigitalBeamForming,DBF)處理器。方位角機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)范圍-178°~+178°,俯仰角機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)范圍0°~90°,但天線的電掃范圍,俯仰角及方位角均為0°~50°。

AN/TPY-2可以實(shí)現(xiàn)從探測(cè)、搜索、追蹤、目標(biāo)識(shí)別等多功能任務(wù)為一體,據(jù)有關(guān)報(bào)道稱,其探測(cè)的距離最遠(yuǎn)可達(dá)2000公里,基本上大半個(gè)中國(guó)都在它的覆蓋之下。它使用的窄波束,稱可精確評(píng)估目標(biāo)彈頭的預(yù)計(jì)位置,并識(shí)別假?gòu)楊^。

AN/TPY-2雷達(dá)系統(tǒng)的組成主要分為如下圖的5大部分:

1)相控陣天線

2)電子設(shè)備單元(車)

3)1兆瓦的主電源單元(車)

4)冷卻設(shè)備單元(車),主要為天線陣列提供冷卻

5)操作控制車,內(nèi)置可操作、維護(hù)和通信監(jiān)控的操作控制臺(tái)(使用自有的供電系統(tǒng))

▲AN/TPY-2雷達(dá)

▲相控陣天線設(shè)備

▲AN/TPY-2雷達(dá)系統(tǒng)組成

電子設(shè)備車是一種模塊化、一體化的拖車,車箱配備核生化防護(hù)能力及環(huán)境控制裝置的密閉保護(hù)罩。主要設(shè)備有:2臺(tái)用于數(shù)據(jù)處理的VAX7000計(jì)算機(jī)、4臺(tái)MP2大規(guī)模并行信號(hào)處理機(jī),以及接收機(jī)/激勵(lì)器、檢測(cè)目標(biāo)發(fā)生器和高速記錄儀等。MP2處理機(jī)是大規(guī)模并行處理技術(shù)的首次軍事應(yīng)用,用途是頻譜分析、脈沖壓縮與連續(xù)探測(cè),以及對(duì)來(lái)自接收機(jī)的數(shù)字化雷達(dá)回波抽樣進(jìn)行初步圖像處理。VAX7000計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)的計(jì)算,任務(wù)前與任務(wù)后的數(shù)據(jù)處理等。

電源設(shè)備車由1臺(tái)內(nèi)燃機(jī)、1臺(tái)交流發(fā)電機(jī)、1個(gè)控制盤、1個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)組成,能提供1.1兆瓦的電力。

冷卻設(shè)備車是1個(gè)長(zhǎng)12米、重16.3噸的封閉式拖車,車內(nèi)裝有供天線冷卻用的液體冷卻設(shè)備和為天線及電子設(shè)備提供電力分配的裝置。

▲冷卻設(shè)備單元

▲AN/TPY-2雷達(dá)和冷卻設(shè)備單元

操作控制車是一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng),可保證操作人員監(jiān)視雷達(dá)跟蹤效果以及與外部的通信,有獨(dú)立的電力系統(tǒng)。部署時(shí)其功能可以并入雷達(dá)系統(tǒng)。

系統(tǒng)之間的通信連接采用光纖數(shù)據(jù)鏈路。整套系統(tǒng)和組件共需2.1兆瓦的功率來(lái)工作。

▲操作控制車

▲內(nèi)部操作控制臺(tái)

▲操作控制車內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

四

有源相陣控雷達(dá)和無(wú)源相陣控雷達(dá)區(qū)別

有源相陣控雷達(dá)和無(wú)源相陣控雷達(dá)的區(qū)別是就是無(wú)源是只有單個(gè)或者幾個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收,而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元

區(qū)別就是無(wú)源是只有單個(gè)或者幾個(gè)發(fā)射機(jī)子陣原只能接收,而有源是每個(gè)陣原都有完整的發(fā)射和接收單元!機(jī)載雷達(dá)經(jīng)歷了從機(jī)械掃描形式到相控陣電子掃描,再到最新的保形"智能蒙皮"天線的發(fā)展過(guò)程,電子掃描雷達(dá)在作戰(zhàn)使用中的優(yōu)勢(shì)在哪里?未來(lái)的綜合式射頻(RF)傳感器系統(tǒng)的總體特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)是哪些?

近50多年來(lái),機(jī)載雷達(dá)不斷采用新的技術(shù)成果,性能不斷提高,其中重要的有全向多脈沖射頻(MPRF)模式和高分辨率多普勒波束銳化(DBS)技術(shù)在雷達(dá)中的實(shí)際應(yīng)用。目前,由于在信號(hào)處理和砷化鎵微波集成電路領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步,雷達(dá)作為戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)主傳感器的地位仍然會(huì)繼續(xù)保持下去。有源ESA的出現(xiàn)是技術(shù)上的又一進(jìn)步。它的每一個(gè)陣元中都有一個(gè)RF發(fā)射機(jī)和靈敏的RF接收機(jī),在各個(gè)發(fā)射/接收(T/R)模塊內(nèi)都有一個(gè)功率放大器、一個(gè)低噪聲放大器和用砷化鎵技術(shù)制造的相位振幅控制裝置。有源ESA雷達(dá)技術(shù)放棄了傳統(tǒng)的中心式高功率發(fā)射機(jī),除了具有無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)外,還提高了能量的使用效率并具有自適應(yīng)波束控制、強(qiáng)抗干擾能力和高可*性等優(yōu)點(diǎn)。

西方國(guó)家第一代有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)接近定型的有美國(guó)裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達(dá)。英、法和德國(guó)共同研制的AMSAR項(xiàng)目也確定使用先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù),為其后續(xù)的歐洲戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)的升級(jí)改裝做準(zhǔn)備。從今天的角度來(lái)看,雷達(dá)技術(shù)未來(lái)的下一個(gè)發(fā)展方向是保形"智能蒙皮"陣列,它把有源ESA技術(shù)和多功能共用RF孔徑結(jié)合了起來(lái),在天線陣元的安排上,與飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)巧妙地配合,實(shí)現(xiàn)寬波段和多功能。保形天線陣列有高性能的處理器并使用空-時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)有效地抑制了外部的噪聲、干擾和雜波并能以最優(yōu)化的方式來(lái)探測(cè)所感興趣的目標(biāo)。雖然有許多相關(guān)的技術(shù)問題需要解決,但保形"智能蒙皮"技術(shù)并非是個(gè)不切實(shí)際的解決方案,預(yù)計(jì)在20~25年的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到實(shí)用階段。

在10~15年內(nèi),對(duì)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)射頻傳感器(包括雷達(dá))未來(lái)所執(zhí)行的任務(wù)來(lái)說(shuō),最迫切的需要是增加功能、提高性能,并且還要注重經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性。美國(guó)的"寶石路"計(jì)劃已經(jīng)證明,航空電子系統(tǒng)通過(guò)采用通用模塊、資源共享和傳感器的空間重構(gòu)(重構(gòu)的設(shè)備包括雷達(dá)、電子戰(zhàn)及通信-導(dǎo)航-識(shí)別等射頻傳感器)可以做到系統(tǒng)的造價(jià)和重量減小一半,而可靠性提高三倍。它所確立的綜合模塊化航空電子的設(shè)計(jì)原則已用于JSF戰(zhàn)斗機(jī)的綜合傳感器系統(tǒng)(ISS)和多重綜合式射頻傳感器工程的設(shè)計(jì)中,歐洲類似的用于未來(lái)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)的綜合式射頻傳感器項(xiàng)目也正在實(shí)施。

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