佟岐美国当前雷达技术

1、 2014雷达对抗原理期末报告题 目：美国当前雷达技术状况院 （系） 信息与电气工程学院 专 业 电子信息工程 学 生 佟 岐 班 级 学 号 教 师 王 军 报告日期 2014-11-25 1. 课题来源1.1国外雷达发展动态雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟

2、随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。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、电子干扰、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

3、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（InSAR）、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。近年来，国外主要国家为使雷达能满足现代作战需要，适应日趋复杂的作战环境，改善目前落后于反雷达的状况，仍在加紧开发高新技术，为摆脱四大威胁(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。发展对付低空和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

4、术等。不论是早期预警雷达，还是跟踪制导雷达，美国都在不断的改进之中，对这些改进进行跟踪研究，将对我国雷达技术的进步与发展带来很多帮助与启示。1.2研究的目的和意义在现代背景下，雷达技术的水平已是衡量国家国防力量的标准，而科技的进步促使雷达技术必须克服那些诸如“四大威胁”的问题。而美国不论从经济实力、科技水平、国防力量方面都位于世界首位，同时美国也是一个“身经百战”的国家，因此，美国在各个方面的雷达发展状况及其一些先进技术值得我们参考和学习。Multiple-input multiple-output (MIMO) radar is a new radar system and draws mo

5、re and more attentions in recent years.Along with the development of MIMO radar, the MIMO radar countermeasure is brought into being. Since themodulation recognition is of great significance in the electronic reconnaissance, this article presents a modulationrecognition method for the signals of the

6、 emerging MIMO radar. Signals of interest are classified into three categoriesbased on instantaneous autocorrelation spectrum analysis first. Then non-coding MIMO radar signals are discriminatedby spectrum analysis, and coding MIMO radar signals are recognized by source number estimation algorithm.M

7、eanwhile, the sub-carrier numbers of some kinds of MIMO radar signals are estimated. Simulation results verify theeffectiveness of the method and the overall correct recognition rate is over 90% when the value of SNR is above 0 dB.radar data processing techniques,Conventional UWB impulse through-the

8、-wall radar faces considerable challenges, such as large amount of data measurements, long data acquisition and processing times,and huge data storage requirements.本文对此课题的研究主要是两个方面：一是，分析当前国际上雷达方面先进的技术；二是，对美国在雷达的各方面发展以各个实例的方式作较详细的介绍。2美国当前雷达技术状况的分析雷达的种类繁多，分类的方法也非常复杂。一般分为军用雷达。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达

9、、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、机载雷达、无线电测高雷达、雷达引信、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。下面分别介绍军事部门大力发展的几类激光雷达。2.1美国海基X波段雷达美国海基X波段雷达(就a-based X band radar，SBX)于2002年开始研制，2006年3月投入使用。SBX雷达是美国导弹防御网络的一个重要组成部分，它可以将来袭导弹数据送往指挥中心，以及位于阿拉斯加和加利福尼亚的防空部队，这些部队可以从地下发射井发射拦截器；另外，它还可以为装备拦截导弹的战舰提供信息，用于保护美国及其盟友免遭敌方导弹袭击。SBX包括4个主要的操作系统：

10、雷达平台、x波段雷达(XBR)、在飞拦截弹通信系统(IFICS)数据终端以及陆基中段防御(GMD)通信网络。另外，SBX还有发电站和其他雷达系统基础设施. SBX雷达全重2 000 t。雷达天线罩直径72 m，天线罩采用高科技合成材料和新工艺制成，可以抵御速度为208 kmh时速的大风，整个雷达系统耗资815亿美元。SBX雷达天线为有源相控阵天线，这个阵列雷达需要超过1000kW的电源。SBX雷达于2007年正式形成战斗力，至今，SBX雷达已多次参与反导实验并发挥了重要作用；此外，它还参与了2008年2月25日的卫星摧毁实验，并取得了成功。虽然SBX雷达有时会出现故障，每年需要花费数十亿美元进

11、行定期维修，且导弹防御的性能未得到充分证实。但与敌方导弹袭击美国城市相比，这些都不值一提。因此。随着升级改造的逐步完成，SBX雷达定会有广泛且重要的应用前景。2.2 防空反导雷达（AMDR）随着战机和导弹技术的不断进步， 美海军迫切需要一种雷达能同时探测空中目标和导弹目标， 以减少响应时间 虽然 SPY- 1 （几个主要的大方向上都安装上天线以实现全方位探测）的某些型号在技术性能及作战性能上有很大优势，但 SPY- 1 设计时并没有考虑导弹防御能力， 需要其他雷达协同工作，这时美海军提出了防空反导雷达( AMDR)。AMDR既支持远程探测 跟踪和弹道导弹识别， 同时也能防御空中和海面威胁 为具

12、备弹道导弹防御能力， AMDR 雷达需要有比以前 宙斯盾 防御系统中 SPY- 1 雷达更高的灵敏度和带宽，从而支持远程探测 识别和攻击先进的弹道导弹 为防御空中和海面威胁，AMDR 雷达需要增强杂波抑制能力，从而能在地杂波 海洋杂波以及雨杂波严重的环境中探测到能见度低 飞行高度低( VLO/VLF)的威胁目标。最初，美海军选择宙斯盾武器系统中的 SPY- 1雷达作为防空反导雷达的设计基础，后来研制的 SPY( SS- SPY) 雷达在探测和识别能力上性能更好。SS-SPY 雷达采用有源相控阵技术，有源相控阵雷达所具有的波束捷变性 波形灵活性波束迅速转换能力以及较高的稳定性能够使该雷达在复杂环

13、境下完成半球监视跟踪和多目标照射，实现不同的功能。另外，相控阵雷达的可靠性能保证雷达系统长期稳定工作。而后，AMDR 雷达设计者将在开放的体系架构中通过设计模块化的软件和硬件来搭建 AMDR，因此 AMDR 雷达灵活度高并且具有可扩展性， 能适应海军的各种舰船平台，并且具备即插即打的能力，新软件和硬件能以对系统影响最小的方式插入，使系统快速升级。另外，AMDR 将采用数字波束形成技术( DBF) 来分配发射功率以完成特定的功能，提高了雷达的作用效率。目前， AMDR 雷达系统设计面临的主要问题就是雷达的低效率， 雷达放大器的低效率是主要原因， 它虽然不直接影响雷达性能， 但迫使雷达使用更大的发

14、射功率， 这对电源系统和冷却系统提出了更高的要求， 也对雷达质量 体积 成本甚至舰船平台的设计都有严重的影响 例如在 阿利 伯克 级驱逐舰中， 雷达要消耗舰船1 /4 甚至1 /2 的功率，甚至超过了推进系统的功率消耗。AMDR 设计中，美海军将增大研发投资，要求 AMDR 雷达系统承包商提供一系列的解决方法以提高雷达系统效率 减小雷达体积并建立合适的冷却系统，使 AMDR 雷达在功率灵敏度和可靠性上比当前的雷达系统有更大的进步。2.3 AN/SPY- 3多功能雷达AN/SPY- 3多功能雷达是美国海军第一种舰载有源相控阵多功能雷达。雷声公司在1999年6月获得美国海军一份价值1.4亿美元的合

15、同来进行X波段AN/SPY- 3多功能雷达样机的工程制造与开发。此X波段有源相控阵雷达设计成能满足海军21世纪所有的水平搜索和火力控制需求。这种雷达设计用于探测最先进的低可观测反舰巡航导弹威胁，多功能雷达具备的功能与当前海军战舰5部以上单 独雷达 所提供的功能相当，可取代美国海军现役的AN/SPS- 67海面搜索雷达、AN/SPQ- 9B/MK- 23TAS近程跟踪/照射雷达以及AN/SPN- 41/46进场控制雷达等的功能，并且多功能雷达满足新型舰船设计的需求，实现降低雷达截面积、显著减少人员配备（无操作人员）以及降低整体成本等。这种雷达能执行水平搜索、有限的超视距搜索及火控跟踪与照射等功能

16、，能探测潜望镜之类的海面小目标，能为舰空导弹提供中段制导，能为半主动寻的舰空导弹提供多个目标的间断连续波照射，同时还能完成飞机进场控制雷达的功能。该雷达最显著的设计特点是在沿海经常出现的不利环境条件下，提供对低空威胁导弹的自动探测、 跟踪与照射。SPY- 3采用3个固定面阵列，每个阵列包含约5000个发射/接收 （T/R ） 单元。这些单元与T/R组件连结，构成了基本的阵列模块，即综合多通道T/R组件。2.4 丹麦眼镜蛇雷达丹麦眼镜蛇项目于1971年获得批准,项目合同于1973年7月授予了雷锡恩公司。系统测试于1976年后期完成,整个系统于1977年达到作战能力。该雷达只生产了一部,现部署于美

17、国阿拉斯加州的阿留申群岛,丹麦眼镜蛇雷达是一部大型L波段固定式相控阵雷达,探测距离为4 600 km,可提供120b方位扇区覆盖。该雷达天线为单面稀疏阵,直径约30 m,由35 000个单元组成,其中有源单元约为15 000多个,其余是无源的,后期可用有源单元进行替换。丹麦眼镜蛇的主要任务是探测和跟踪ICBM、SLBM和卫星。雷达主要收集俄罗斯及相关国家的导弹飞行轨迹数据,提供对ICBM的预警,探测新卫星并更新已知卫星的参数。其数字数据与语音通信系统与美国国家航空情报中心(NAIC)和北美防空司令部(NORAD)连接。20世纪90年代进行的丹麦眼镜蛇的现代化改进项目已使该系统的工作寿命延续至今

18、,雷达增强的性能满足了更高的任务需求。雷达升级改进了数据采集能力,采用了新型硬件更换过时的数据处理设备,包括信号与数据处理系统、接收机和显示器等,并应用了Ada软件2.5铺路爪雷达美国为了寻求改进并扩大SLBM探测能力,于1976年4月开始研制新型相控阵雷达系统)AN /FPS-115铺路爪。铺路爪的英文为PAVE PAWS,PAVE为美国空军的项目名称,而PAWS为相控阵预警系统的英文缩写。铺路爪雷达由美国雷锡恩公司生产,是一种UHF波段固态大型相控阵雷达。雷达的主要任务是探测和跟踪SLBM和ICBM也辅助进行一些环地轨道卫星探测与跟踪,并把采集的SLBM /ICBM和卫星探测信息迅速传递给

19、NORAD、美国国家军事指挥中心和美国战略司令部等相关机构。该雷达由一对直径约为30m的圆形平面相控阵列组成,两个阵列各包含近2 000个单元,安装在约32 m高的建筑物相邻的两面上。两阵面的电子波束在仰角上覆盖85b,在方位角上覆盖240b。雷达可检测到4 800 km处大小为10 m2的目标。美国本土原先共部署了4部AN /FPS-115铺路爪。首部系统于1980年4月在美国马萨诸塞州奥蒂斯空军基地开始服役。另两部系统分别于1981年和1986年在美国加利福尼亚州比尔空军基地和美国乔治亚州的罗宾斯空军基地(该基地于冷战结束后退役)开始工作。第四部系统于1987年5月在美国德克萨斯州埃尔多拉

20、多空军基地(该基地已拆迁搬到美国阿拉斯加州的克里尔)投入使用。在美国本土的这四个铺路爪雷达站,其后只有美国马萨诸塞州科德角空军站(与奥蒂斯空军基地驻扎于同一地点)和美国加利福尼亚州比尔空军基地仍在使用,这两基地的AN /FPS-115铺路爪也升级为改进型的铺路爪雷达AN /FPS-123,而搬到美国阿拉斯加州的克里尔空军站的另一部AN /FPS-115铺路爪也于2001年初完成AN /FPS-123雷达的升级工作,投入运行。2.6 美国海军双波段雷达将进入试验阶段双波段雷达未来将装备在美国“福特”级新一代航母上，是美国海军首套能够同时在两个波段运行的雷达系统，也是美国海军目前最先进的雷达系统，

21、将为“福特”级航母进行防空作战和自防御提供极佳的监视能力。2.7侦察用成像激光雷达美国雷锡昂公司研制的ILR100激光雷达，安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地区的上空以120460m的高度飞行，用GaAs激光进行行扫描。获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。1992年，美国海军执行了“辐射亡命徒”先期技术演示计划，演示用激光雷达远距离非合作识别空中和地面目标。该演示计划使用的CO2激光雷达由海军空战中心设计，组装在Pack Tack吊舱中。该激光雷达采用输出功率100W、光束发散度100mrad的CO2激光器和工作在3.84.5(m波段的 256(2

22、56焦平面凝视阵列。发射机和接收机共用一个孔径和分辨率4mrad的灵活的光束控制反射镜。该雷达在P-3C试验机上进行了飞行试验，可以利用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红外成像和三维激光雷达成像，识别目标。2.8制导激光雷达美国陆军和空军开展了多项激光雷达制导技术的研究工作。按照国防部的“武器自动目标识别”科技目标，美国陆军正在试验将成像红外传感器自动目标识别用的图形识别算法用于激光雷达。目标是演示将快速响应和低虚警相结合的自动目标识别技术。该技术将允许发展以有限搜索、发射前锁定和发射后锁定模式工作的武器。有效的自动目标识别能力可以给士兵提供直接攻击、发射后不管的武器。这种武器能在发射后捕获目标，锁定丢失后能自动再捕获目标，识别友军，并为弹头选择最佳瞄准点。按照低成本自主攻击系统计划，美国空军赖特实验室研制了激光雷达寻的器。该寻的器能以