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雷达技术的发展趋势概述

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随着微波、计算机、半导体、大规模集成电路等各个领域科学进步,雷达技术在不断发展,其内涵和研究内容都在不断地拓展。本文从雷达基础知识出发,对雷达技术发展趋势进行概述。
雷达的基础内容雷达的种类繁多,分类的方法也非常复杂。按结构分可以分为单基地、双基地、多基地(网络化雷达),其获取的信息通常可以有角度(方位)、时间(距离)、频率(多普勒、速度)等;从其天线类型来说一般可以分为机械扫描、无源阵列、有源阵列、数字阵列,还有比较先进的数字波束生成(DBF)、分布式协同定位等新的技术形式;从其发射的信号样式来说一般可以分为连续波、调频连续波、脉冲、线性调频等常见的信号样式,还有跳频、编码(巴克码)、脉内调制、超宽带、OFDM等新的信号样式;信号处理技术除了相关/非相关处理等常规的处理方法外,还包括空时自适应(STAP)、多输入多输出(MIMO)、合成孔径(SAR/ISAR/CSAR)、合成脉冲与孔径(SIAR)和以人工智能为技术基础的自适应/认知雷达信号处理技术。雷达功能也由单一功能慢慢演变成多任务、多功能雷达系统。雷达使用的器件也由当初的晶体管发展成GaAs/GaN/SiGe的器件。
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雷达的部署方式通常有固定、机载、岸基移动、舰载、空间、协同、分布式、便携等。
雷达的主要应用有监视(空中、海面、陆地、太空)、空中管制、火控、地面动目标检测、成像/测绘、导航和引导(高度计,地形跟踪,自动,自动地面车辆等)、气象、穿墙(地)、周边安全、执法、运动等。常见的雷达波形脉冲信号是一种最常见的雷达波形,脉冲雷达信号经过检波后的波形如图所示。
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描述雷达脉冲的基本参数通常有:重复间隔/频率(PRI/PRF)、脉冲宽度(Pulsewidth)、峰值功率(Peak power)、平均功率(Averagepower)、占空比(Duty cylce)等。
其他常见的雷达波形还有连续波、连续波调频、多普勒、线性调频、巴克码等。雷达技术发展趋势数字化技术向雷达天线端前移表现在雷达天线由机械扫描向相控阵电子扫描发展,无源相控阵(PESA)向有源相控阵(AESA)、数字阵列雷达(DAR)发展,数字波束形成(DBF)技术得到大大的发展等方面。
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真空管器件逐渐被固态器件替代固态器件具有更好的性能(GaAs,GaN,SiC)、更低的成本,可以实现微波单片集成电路、片上系统以及片上雷达等。雷达工程理论已经不局限于“香农定理”信息理论在雷达中得到应用,让雷达系统能够采用更复杂的算法和信号,并具有自适应于探测目标和环境的能力。雷达的工作频率、带宽、分辨率都在提升更大的工作带宽能够使雷达获得更高的分辨率,多波段、共享频谱使得雷达能够在多个波段同时工作,高的工作频率使得雷达更加小型化从而能够在更小的平台上安装。军民两用技术不断发展如源自军事用途的GaN器件已经用于移动通信基站,而CMOS、SiGe、CPU、GPU和FPGA等民用技术在雷达上不断得到应用。多功能架构如今一部机载雷达能够完成搜索、跟踪、火控、天气、合成孔径等多种功能,而F22、F35等四代战机配置的综合孔径系统则能实现雷达、通信、电子战一体化。
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空间分布式雷达系统更常见多基地雷达、MIMO雷达越来越常见。
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阵列雷达阵元数量不断增加得益于阵元成本、尺寸、功率不断减小,使得阵列雷达天线具有更高的集成度,阵元数量不断增加;而共形阵列则是相控阵天线的另一个发展方向。
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左图中的是30多年前的铺路爪雷达,具有1792个无源阵元;右图中的有源相控阵机载雷达具有1000-3000个以上的阵元,单位面积上的阵元数量差距一目了然。RadarCommEW 雷达通信电子战作者:Bob Cutler,翻译:爽歪歪“阅读原文”为您准备了更多专业知识服务!
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