100250232张云凯-欧洲各国当前雷达技术

2013雷达对抗原理期末报告题 目：欧洲各国当前雷达技术院 （系） 信息与电气工程学院 专 业 电子信息工程 学 生 张云凯 班 级 1002502 学 号 100250232 教 师 王 军 报告日期 2013-11-12 1 课题来源1.1 论文的研究背景 欧洲雷达诞生于上个世纪30年代，先后经历了二次世界大战、新军事革命、冷战军备竞赛等不同历史因素的促进与考研，雷达技术的理论、体制、方法、应用都得到了很大的发展。总体上来说，雷达技术的发展可以分为四个阶段：第一阶段为上个世纪30年代到50年代，当时雷达典型技术特点为电子管、非相参，探测目标以飞机为主；第二个阶段为上个世纪50年代到80年代，防空作战对雷达的精确引导技术提出了更高的要求，稳定性和可靠性较高的全相参微波雷达逐渐替代了非相参技术体制的微波雷达，技术特征主要是半导体、全相参；第三阶段为上个世纪80年代到本世纪初期，为满足现代空战对雷达高精度、多目标跟踪能力、高抗干扰能力、高可靠性、高分辨率的要求，开始发展大规模集成电路、全固态。相控阵技术，从而有效应对复杂电磁环境下低空高速目标的要求；第四个阶段开始于本世纪初期，雷达技术主要向多功能、自适应、目标识别等方面发展，以应对隐身目标、高空高速、低空低速目标的出现。1.2 研究的目的和意义 随着高新技术的迅猛发展,雷达技术有了较大的发展空间,雷达与反雷达的相对平衡状态不断被打破。新型空袭兵器的不断问世和先进的反雷达技术的广泛应用,对雷达的生存与发展提出了严峻的挑战。近年来,为使雷达能够满足现代作战需要,适应日趋复杂的作战环境,改善目前落后于反雷达的状况,国外主要国家仍在加紧开发高新技术,为摆脱/四大威胁0(即反辐射导弹、目标隐身技术、低空超低空突防和先进的综合性电子干扰)积极采取对策,如发展对付低空超低空目标的雷达技术、双(多)基地雷达组网反隐身技术及防空雷达装备技术等。了解欧洲多种高性能雷达技术发展及其性能特点,窥探发展中的防空雷达体制、参数选择和附加措施等,根据不同目标的空域特性,制定防空对策及电子防御措施,不断提高雷达的适应性、有效性和战场生存能力。 2 国内外在该方向的研究现状及分析雷达(Radar)是英文“RadioDeteetionandRanging”缩写的译音,意思是无线电检测和定位。近年米更广义的Radar的定义为:利用电磁波对目标检测/定位/跟踪/成像/识别。雷达是战争中关键的侦察系统之一,它提供的信息是决策的主要基础。雷达可用于战区侦察,也可用于战场侦察。装有雷达导引头的导弹、灵巧炸弹能精确地、有效地杀伤目标。在反洲际弹道导弹系统,反战术弹道导弹系统中,雷达是主要的探测器。雷达技术在导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测、走私检查等方面都起到了重要作用。雷达技术首先在美国应用成功。美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船,1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。该种雷达不能测距。1934年美国海军开始发展脉冲雷达。英国于1935年开始研究脉冲雷达,1937年4月成功验证了CH(ChainH。眼)雷达站,1938年大量的CH雷达站投入运行。英国于1939年发展飞机截击雷达。1940年由英国设计的10cm波长的磁控管由美国生产。磁控管的发展是实现微波雷达的最重要的贡献。1940年n月,美国开发微波雷达,在二次世界人战末期生产出了IOcm的SCR一584炮瞄雷达,使高射炮命中率提高了十倍。二战中,俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术。但除美国、英国外,雷达频率都不超过600MHz。二战中,由于雷达的很大作用,产生了对雷达的电子对抗。研制了大量的对雷达的电子侦察与干扰设备,并成立了反雷达特种部队。二战后,特别是五、六十年代,由于航空航天技术的飞速发展,用雷达探测飞机、导弹、卫星、以及反洲际弹道导弹的需要,对雷达提出了远距离、高精度、高分辨率及多目标测量的要求,雷达进入蓬勃发展阶段,解决了一系列关键性问题:脉冲压缩技术、单脉冲雷达技术、微波高功率管、脉冲多卜勒雷达、微波接收机低噪声放大器(低噪声行波管、量子、参量、隧首三极管放大器等)、相控阵雷达。七十至九十年代,由于发展反弹道导弹、空间卫星探测与监视、军用对地侦察、民用环境和资源勘测等的需要,推动了雷达的发展。出现了合成孔径雷达(SAR),高频超视距雷达(OTHR),双/多基地雷达,超宽带(UWB)雷达,逆合成孔径雷达(ISAR),干涉仪合成孔径雷达(InSAR),综合脉冲与孔径雷达等新技术新体制。现代战争是陆、海、空、天的多维战场,信息战成为一种关键的作战样式。信息能力是衡量作战能力的关键因素,信息能力是被摧毁的一首要目标。雷达是一种获取信息的重要装备。它面临电子侦察、电子千扰、隐身、反辐射导弹四大威胁。所以增进强雷达抗侦察、抗干扰、抗隐身(包括抗低空突防)、搞反辐射导弹的能力,是现代战争下雷达技术发展的主要方向。雷达在现代战争下担负:目标的精确、实时、全天候侦察监视;对弹道导弹、巡航导弹等大规模破坏性武器的探测与跟踪;各种隐身目标的探测与识别;战斗杀伤效果判别和目标识别等任务:。雷达还担任导弹制导和武器火控等任务。雷达为实现上述任务的关键技术是:相控阵雷达(PAR),超视距雷达(OHTR)、合成孔径雷达(SAR)和干涉仪合成孔径雷达(工nSAR)、毫米波雷达(MMW),双/多基地雷达;高速、实时信号/数据处理技术;雷达组网技术等。有源相控阵雷达具有机械扫描雷达不可比拟的优越性,是雷达技术的主要发展方向。2009年,欧美各国竞相发展和装备有源相控阵雷达。陆基、舰载、机载有源相控阵雷达的研制取得了重大进展,欧洲雷达集团公司研制出可旋转的有源相控阵雷达天线,使该雷达具备了对飞机身后区域的探测能力。美国诺斯罗普#格鲁公司开发出敏捷波束机载有源相控阵雷达,不仅能对多个空中目标进行探测,还能进行地面动目标探测,使作战飞机能完成多种作战任务。随着技术的进步,尤其是GaN(氮化镓)单片微波集成电路在T/R组件中的应用,有源相控阵雷达的性能将进一步提高。3 主要研究内容及研究方案3.1 主要研究内容欧洲各国雷达现状 APAR（有源相控阵雷达）的开发计划始于1993 年，由荷兰、德国和加拿大联合研制，1994年列入荷兰、德国和西班牙“三国护卫舰合作”（TFC）计划。西班牙退出后，APAR 计划并没有止步，目前计划进展顺利，已于2001年进行了海上试验，拟在2002-2003年进行系统的最后鉴定。该雷达的研制工程由荷兰电信公司总负责，并承担天线和数据处理单元设计，TNO-FEL物理与电子实验室负责提供技术支持；德国的DASA公司负责研制雷达信号波形产生器和信号处理单元北方电信公司研制收发组件；加拿大的汤姆森公司负责跟踪管理单元，洛克希德加拿大公司负责天线界面、波束控制及监测部分；Com Dev 和Stork公司研制开关阵、系统冷却单元和供电单元 。 2002 年4 月24日，荷兰LCF级护卫舰首舰“七省”号在鹿特丹服役，舰上就装备着APAR系统。从“七省”号公布的数据来看，A P A R由 4 个固定天线单元、4 个雷达波形产生器、2个导弹波形产生器、4 个信号处理单元、4 个数据处理单元、2 个跟踪与管理单元、4 个电源单元、4 个冷却单元组成。每个天线的阵面直径为1 米，其上安装3200 个 5瓦的砷化镓收发组件，每秒可产生500多个在120度范围内扫描的笔形波束。只要有故障的收发组件数不超过 5%，就不会对性能产生明显影响。APAR 工作在 I 波段810GHz），覆盖方位 360、仰角 70的范围，探测距离为 150公里，水平搜索距离为 75公里。其功能有地平线搜索、海面和空中搜索，能同时跟踪 250个目标，同时控制32枚半主动导弹（其中16 枚处于末端制导阶段），可以控制火炮对水面目标作战，具有对战术弹道导弹的防御能力。该系统采用新的杂波滤波技术，提高对隐身掠海目标的探测能力；采用自适应波束控制，增强抗干扰能力；采用超分辨技术，具有目标识别能力。它可以控制的武器有“海麻雀”、“标准”II BlockIIIA、“改进型海麻雀”ESSM。欧洲多功能相控阵雷达（EMPAR）用于意大利新一代通用护卫舰，由意大利阿莱尼亚公司与英国GEC- 马可尼公司从1986 年开始联合研制。试验样机已于1996年7月安装在意大利海军的“龙骑兵”号试验舰上进行了海上试验，实用型EMPAR在2002年左右投入生产，目标是于2006年将其装备到第一艘意大利新一代通用护卫舰上。法国新一代通用护卫舰也极有可能装备 EMPAR。EMPAR是无源相控阵雷达，试验型采用旋转单面无源阵列天线，天线转速为 60 转 / 分，采用行波管相参发射机，有一个自适应阵列信号处理器和一个数字脉冲压缩器。天线阵面尺寸为1.5 1.5米，垂直倾斜30安装，天线阵面上安装 2160 个移相器，波束宽度为 2.5，可以对天线正面方位 90、俯仰120的空间范围进行扫描。实用型EMPAR将采用旋转两面无源阵列天线 。EMPAR工作在G波段(46兆赫兹)，发射功率为120千瓦，对雷达截面积为0.1平方米的导弹探测距离为50公里，对雷达截面积为10平方米的飞机探测距离为120公里，对低空飞行导弹的探测距离为23公里。显示器上能显示300个目标并跟踪168个优先级较高的目标，可以制导武器与其中50个目标交战。它控制的武器主要为“紫菀”15和“紫菀”30导弹。俄罗斯从1957年起即着手研制反导弹的防御系统,1961年进行过几次以导弹拦截弹道导弹的试验,1964年开始部署莫斯科防区的反导弹系统,目前正在加速发展以莫斯科为中心的全国防御体系。这个体系中的反弹道导弹雷达网(配置SAwe7“橡皮套鞋”等反弹道导弹)由三层雷达网组成,。外层分布七部“鸡栏”(HenHouse)相控阵雷达,中层分布六部“狗窝”(DogHouse)相控阵雷达,内层分布十三部导弹基地雷达。由作用距离为六千公里的七部“鸡栏”雷达完成远距离目标的初始截获,并将目标数据传输给离莫斯科较近的“狗窝”雷达。“狗窝”雷达作用距离为二千八百公里,对目标进行识别和精密跟踪,并将有关目标信息分别传送给各个地一空导弹基地雷达。导弹基地雷达作用距离为数百公里,完成最后的目标识别,并对拦截导弹进行发射控制。“鸡栏”雷达工作频率约为150兆赫,脉冲重复频率可在每秒25次至每秒100次之间选择。脉冲宽度可以改变,以调节不同距离的分辨率。最大输出功率也可在10兆瓦上下变化。天线结构形式与美国的AN/FPS85雷达相似,长度约为300米,高15米(为AN/FPS85雷达天线高度的一半),阵面后倾朽“。“鸡栏”雷达采用相控阵体制和脉冲压缩技术。天线波束的扫描图形比较复杂,包括有两个作方位扫描的波束、两个作仰角扫描的波束以及一个作顺时针方向扫描的波束。它具有边扫描、边跟踪的能力,可以在对许多目标进行跟踪的同时进行搜索,并将有关目标信息自动传送给“狗窝”雷达。“鸡栏”雷达的单值(不模糊的)搜索和跟踪的作用距离可达6000公里,其性能与美国弹道导弹预警系统(BMEWS)中的AN/FPS-50雷达大致相似。据报导,七部“鸡栏”雷达中有几个雷达基地已开始安装或运转,其中包括离蒙古边境不远的伊尔库茨克附近的基地、北冰洋附近的基地以及拉脱维亚的波罗的海基。伊尔库茨克基地是专门针对中国的。“狗窝”雷达工作频率约为100兆赫,脉冲重复频率每秒50次,峰值辐射功率在20兆瓦以上。应用较低工作频率的主要缺点是难于把雷达能量聚焦成窄波束,因此采用了巨型的天线阵面(阵面长度约为120米)来加以弥补,以保证天线阵面孔径与雷达波长有所需的较大比值。它采用相控阵体制,可以同时对多个目标进行精密跟踪,从假目标中识别弹头,并为各个导弹基地雷达选择目标。 由于电磁波是直线传播的，受地球曲率的限制以及山地的影响，使雷达探测产生盲区，看不到低空与超低空飞行的目标，所以低空目标给雷达探测带来困难与威胁。为了及早地发现和探测中、低空，特别是超低空高速入侵的掠海反舰导弹及其载体，就要解决远程探测目标的问题，所以必须提高雷达对空、对海警戒的作用距离。目前主要采用下列几种有效措施：发展低空补盲雷达；采用升空平台监视雷达系统；改进和提高雷达的低空探测性能等。其基本问题是要建立合理的探测覆盖，一般二维探测在方位上为窄波束，仰角上为余割平方波束。近年来新研制的低空补盲雷达(如Pluto和Tiger雷达)则采用了超余割平方波束，这种波束形状下沿陡削平直，能进一步减少地物杂波的影响，提高低空探测性能。法国汤姆逊-CSF公司研制的TRS-2105和TRS-2106低空覆盖补盲防空雷达系统，是一种高性能轻便机动型低空目标探测雷达，该雷达是采用了相参发射、频率捷变、脉冲压缩、先进的数字目标显示和四种工作方式操纵的雷达。TRS-2105雷达的工作频段为550MHz，G波段，作用距离为100km，峰值功率为75kW，平均功率为1kW。该雷达对于2m2的起伏目标的探测距离为120km，在杂波中的可见度大于40dB。 欧洲研制出可旋转的有源相控阵雷达天线,使雷达具备了对飞机身后区域的探测能力。2009年10月,欧洲雷达集团公司为台风战斗机研制了一种称为/凯撒0的有源相控阵雷达。与大多数采用固定天线阵面的机载有源相控阵雷达不同,这一雷达的天线阵面与载机的飞行轨迹成一定角度,并且安装在一个万向支架上,可以转动。固定天线阵面通过多个辐射阵元改变雷达波束的指向,而通过机械转动天线阵面可扩大其波束扫描所覆盖的区域,它的覆盖范围可达?100b,能够看到飞机的/后面0。虽然旋转天线阵面将显著增加维护工作量,但是空对空和空对地探测性能增强的价值远远高于增加一些维护工作量。欧洲雷达的技术现状这些雷达的技术现状可概括为： 采用全相参放大键式发射机，稳定性比较高。有些雷达采用了固态发射器件，可靠性和可维修性大幅度提高，以至于成为少人值守和无人值守体制雷达。 目标的探测、录取和传递通过电子计算机实现了自动化，容量可高达几百批，甚至近千批。 采用低副瓣或超低副瓣天线，从而提高了雷达反电子侦察、抑制电子干扰和对抗反辐射导弹的能力。 雷达的故障自检功能获得了进一步完善，可靠性显著提高。 雷达具有一定的自适应能力，能在复杂多变的作战环境中正常工作；能自适应地选择信号形式及其它参数，使其对多目标的搜索、跟踪和识别迅速达到最佳状态。 雷达工作的有效性，战场生存能力都有较大的提高。主要是增强了抗干扰性能和自动化水平，并可通过卫星中继通信系统传输雷达情报，可防止敌方侦听、截获、干扰和破坏 欧洲雷达的技术特点 这些雷达的战术技术特点主要有： 综合采用一系列新技术、新体制，如全相参、全固态、超低副瓣天线、数字波束形成、捷变频、脉压及大时宽-带宽等先进技术。 发射机将增加一系列输出功率管理系统，以便自适应于各种作战环境。 可靠性指标将进一步提高，外雷达的自检功能将渗透到各个分系统，故障检知率可超过98%，从而可使雷达的可用性大幅度提高。 将具备探测诸如隐身飞机这样的小雷达散射截面目标的能力。例如W-2100雷达，对0.1m2雷达截面积目标的有效探测距离可达170km以上。它还采用了一种新型滤波器，将最大时速为1389km的高速鸟群和昆虫群滤波，从而把与这些鸟群和昆虫群具有同样雷达截面积的隐身目标探测出来。 电子防御措施比较齐全。新型三坐标雷达一般都从体制、参数选择和附加措施三个方面来提高电子防御能力。新型防空情报雷达大-都兼有数种新技术体制的优点，如层叠波束、相控阵等。参数选择有波形可变、脉宽可变、重频可变、极化可变以及自适应发射频率选择、瞬时寂静、反辐射诱饵等。综合运用上述措施，将会大大提高雷达的有效性和生存能力3.2 欧洲雷达技术核心问题探测器构型为了增加对波束形态、扫描性能和覆盖范围的控制能力，提高雷达的目标探测能力和抗干扰能力，雷达探测器的构型正在由单一探测器向独立的多探测器方向发展，由单站机械扫描雷达向一维电扫、二维电扫相控阵雷达发展，并进一步演化为随机、共形、数字和分布式阵列雷达等复杂高维构型。布式阵列雷达等复杂高维构型。观测视角覆盖为增大对目标进行观测的空间范围，获取更多的目标空间谱信息，得到高的横向分辨能力和定位精度，同时增强系统的抗干扰能力，目标的观测视角正在由单一视角向多视角方向演化。观测视角的增加，可以由目标相对于雷达的运动(逆合成孔径雷达，ISAR)、雷达相对于目标的运动(SAR)、目标与雷达之间的运动(SAR与ISAR的结合)以及站点的分布形态(多基地、分布式和网络化)等多种方式实现，这也促成相关雷达技术体制的发展。 信号空间维度为增加回波信号的信息，提高目标与背景之间信号的差异，增强对微弱信号的探测能力，提高系统的抗干扰性能，目标检测、跟踪和识别的信号维度空间正在由低维度向高维度演化。伴随着雷达数字处理技术的迅猛发展，目标回波信息被不断地挖掘和利用，目标检测和跟踪技术由时域一维检测和距离方位二维跟踪，已经演化出时域一频域、空域一时域二维检测，距离一方位一仰角三维跟踪，并正在向由距离一方位一扫描周期构成的三维检测跟踪演进(先跟踪后检测)，未来还有可能向距离一方位一仰角一多普勒一扫描周期构成的多维检测与跟踪方向发展。 为了获取目标的细微特征，雷达不仅要求能利用目标的运动特征进行目标分类，而且还要占据更大的频谱，获得更高的径向分辨率和定位精度，以便对目标的细微特征进行识别(如真假弹头)。识别技术由传统的运动特征识别，正在向一维和二维成像识别方向拓展，并进一步向基于运动特征、雷达散射截面积(RCS)起伏、质阻比、微多普勒、极化特征等构成的多维空间综合识别方向发展。静止目标的成像识别正在由单频段、单极化、单分辨、二维成像的低维度识别向多频段、多极化、多分辨、二维和三维成像、多源融合的高维度识别方向发展。 从长远看，雷达探测器的构型将由单一探测器、多探测器的简单构型向多探测器共形构型演进，最后发展为多探测器复杂构型；观测视角由单视角点状布局向一维多视角布局、二维多视角布局演进，最终趋于三维多视角布局；信号空间维度也将由最初的一维信号空间逐步向二维信号空间、多维信号空间处理演进，最终趋于高维信号空间的处理。未来雷达的技术