[科普中國]-脈沖多普勒雷達

發(fā)展歷程

20世紀60年代以來，為了解決機載雷達的下視難題，研制了脈沖多普勒雷達(PD)。機載雷達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主要依靠多普勒頻域上的檢測能力，MTI雷達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的多普勒空間；機載雷達還因平臺的運動而導致雜波頻譜的展寬，這將進一步減小可用于檢測目標的多普勒空間。

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

提高雷達的脈沖重復(fù)頻率PRF來避免盲速對檢測動目標的影響，這種雷達稱為脈沖多普勒雷達。提高PRF后雷達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雷達是用距離模糊去換取多普勒空間無模糊的雷達。

在某些情況下，雷達以稍低的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。這種雷達稱為中等重復(fù)頻率(PRF)脈沖多普勒雷達。機載(運動平臺上)有3種利用多普勒頻率的脈沖雷達：

(1)沒有距離模糊但有多重多普勒模糊的MTI雷達(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(PD)；

(3)中等PRF脈沖多普勒雷達，在距離和多普勒頻域上均有模糊。

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

特點脈沖多普勒雷達有以下特點：

(1)足夠高的脈沖重復(fù)頻率。脈沖多普勒雷達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。當需要測定目標速度時，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。脈沖多普勒雷達具有對目標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，而動目標顯示雷達則不具有這種能力。

(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，而不像早期動目標顯示雷達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)檢測運動目標的能力。1

原理PD雷達與MTI雷達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雷達的脈沖重復(fù)頻率必須保證目標回波的多普勒頻移不模糊，這就要求重頻值至少應(yīng)是目標相對于雷達的最大接近速度所產(chǎn)生多普勒頻移的2倍。高重頻PD雷達往往在距離維是高度模糊的。中重頻雷達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致多個分辨單元的雜波折疊到目標單元中．增加了目標回波所需對抗的雜波幅度。另外，因距離模糊導致的目標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的準確距離。

機載應(yīng)用場合(比如AWACS以及機載截擊雷達等)需采用高、中重頻的PD雷達，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雷達對付低空飛行的入侵目標，但要求其有適度的作用距離。高重頻PD雷達在對付箔條干擾和氣象雜波方面特別有效。2

脈沖多普勒雷達是工作在脈沖波形下的一種多普勒雷達，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，以測得目標的徑向速度和距離。與一般時域監(jiān)測的脈沖體制雷達不同之處是脈沖多普勒雷達是頻域檢測，對回波脈沖列進行頻譜分析，利用運動目標的回波信號具有多普勒頻移的特點，將其與固定目標區(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信號。因此脈沖多普勒雷達從體制上根本解決了雜波抑制問題，這使得諸如機載雷達能夠下視等成為可能。脈沖多普勒雷達的優(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)。脈沖多普勒雷達應(yīng)用十分廣泛，如機載火控雷達、機載預(yù)警雷達、低空防御雷達、艦載雷達、戰(zhàn)場偵察雷達、火炮定位雷達、氣象雷達、導彈導引頭等。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，脈沖多普勒雷達廣泛用于機載預(yù)警、導航、導彈制導、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，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。

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

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。為了達到這一目的，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，RDX雷達后來未見報道。4