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电气工程导论论文

电气工程导论

论文题目：

机载雷达

学生姓名：

学生考号：

专业班级：

学院名称：

电气与信息工程学院

指导老师：

引言

如何估量一架战斗机的作战性能？

在现代战争中，人们在关心它的速度、高度、载弹量、续航力和机动性的同时，尤其关注机载雷达性能的优劣。

机载雷达被誉“空中鹰眼”，作为重要信息技术装备，它已成为决定空战胜负的重要因素。

现代空战在很大程度上是信息技术的较量，信息的获取、分析、使用对空战胜负已产生了不可估量的影响，所以世界空中军事强国都力图将最先进的信息技术运用于机载雷达，以求先敌夺取制空权和制信息权。

总述

蝙蝠就是在夜里飞行的，还能捕捉飞蛾和蚊子；而且无论怎么飞，从来没见过它跟什么东西相撞，即使一根极细的电线，它也能灵巧地避开。

难道它的眼睛特别敏锐，能在漆黑的夜里看清楚所有的东西吗？

为了弄清楚这个问题，100多年前，科学家做了一次试验。

在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛。

它们把蝙蝠的眼睛蒙上，让它在屋子里飞。

蝙蝠飞了几个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它一根也没碰着。

科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜里飞行的秘密。

它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。

这种声音叫做超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。

超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠就立刻改变飞行的方向。

由此科学家根据仿生学发明了无线电波，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

电磁波同声波一样，遇到障碍物要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。

波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此，雷达用的是微波波段的无线电波。

雷达的优点是白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为雾、云和雨所阻挡。

雷达是现代战争必不可少的电子装备。

简介

它是装在飞机上的各种雷达的总称。

装在飞机上的各种雷达的总称。

主要用于控制和制导武器,实施空中警戒、侦察,保障准确航行和飞行安全。

机载雷达的基本原理和组成与其他军用雷达相同，其特点是：

一般都有天线平台稳定系统或数据稳定装置；通常采用3厘米以下的波段；体积小,重量轻；具有良好的防震性能。

简史

1938～1939年,英国研制出第一批ASVMkⅡ型机载对海搜索雷达和AI型机载截击雷达。

随后，英国和美国又研制出H2S型（10厘米）、H2X型（3厘米）微波轰炸雷达，并于1942～1943年先后投入使用。

20世纪50年代中期至60年代，机载雷达采用单脉冲角跟踪、脉冲压缩和合成孔径等新技术，其抗干扰能力、作用距离、分辨力和测量精度有了明显提高，应用范围也随之扩大，除控制火炮或投弹瞄准外，还能制导空空导弹或空地导弹。

并且出现了气象、地形跟随、地物回避等雷达。

70年代，数字电子计算机和脉冲多普勒技术在机载雷达中应用，提高了雷达的信息处理、抑制地（海）面杂波和自适应等能力，并有较完善的机内自检系统和故障隔离装置。

中国人民解放军于50年代开始装备机载雷达，60年代自行设计和研制出单脉冲体制机载截击雷达和轰炸雷达。

70年代，又研制了多种体制和多功能的机载雷达。

由英国科学家爱德华·鲍恩领导的研究小组于1937年研制成功的。

鲍恩等人从1935年开始研制机载雷达。

在1937年年中研制出一部小型雷达，并把它安装在一架双发动机的“安桑”式飞机上这架“安桑”式飞机便成为最早载有雷达的飞机。

7月至9日，机载雷达进行了多次试验，证明它可探测到16公里以外的水面舰艇。

1939年第二次世界大战爆发后不久，面对纳粹潜艇战和对巩固空袭的威胁临近，鲍恩博士主持研制的ASVMK1型机载对海搜索雷达和A1型机载夜间载击雷达正式装备英国，成为世界上首批实用机载雷达。

后来又对这两种雷达进行了多次改进，在打击德国潜艇和夜间轰炸机的战斗中发挥了重要作用。

在现代先进作战飞机上，雷达系统的的造价往往占飞机总造价的1/4─1/3，还出现了综合多种雷达作用的多功能机载雷达。

先进机载雷达不仅能发现100多公里以外的敌机，还能对其中最具威胁性的对多个目标同时实施攻击。

机载雷达的体制

（1）单脉冲雷达

由单个回波脉冲即可获得目标空间角信息的雷达。

单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。

它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。

单脉冲雷达通常有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类。

它有较高的测角精度、分辨率和数据率，但设备比较复杂。

它主要用于目标识别、靶场精密跟踪测量、弹道导弹预警和跟踪、导弹再入弹道测量、火箭和卫星跟踪、武器火力控制、炮位侦察、地形跟随、导航、地图测绘等；在民用上主要用于中交通管制。

目前使用的单脉冲雷达基本上都实现了模块化、系列化和通用化，具有多目标跟踪、动目标显示、故障自检、维修方便等特点。

举例：

全天候截击机FU-492：

20世纪50年代60年代它使用单脉冲雷达，即使在今天这种雷达还在使用中。

（2）无源相控阵雷达

无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。

举例：

米格25战机"龙卷风"：

第一个装备无源相控阵雷达的是前苏联1969年装备的对空中3平方米目标探测距离100公里.1974年换装的"龙卷风A"对空中3平方米雷达反射面积探测距离125公里.1979年装备的米格31无源相控阵雷达探测距离超过300公里. 

（3）有源相控阵雷达

有源相控阵雷达采用数量众多的发射/接收模块，每一个辐射器都是一个发射/接收模块，每一个辐射器都自己产生和接收电波（这是有源与无源的区别，无源相控阵雷达只有一个中央发射机和接收机，发射的能量由计算机分配到天线上的每一个辐射器。

），而且采用电扫描方式。

根据电扫方式，相控阵雷达大体可分为全电扫相控阵和有限电扫相控阵两大类，全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。

有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，起初把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。

天线阵，根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。

相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。

频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。

相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。

相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫．机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。

机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。

有源相控阵雷达波束指向非常灵活、迅速；一个雷达可同时形成多个独立波束，同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；多目标接战能力强，能同时监视、跟踪多个目标。

另外，相控阵雷达的可靠性高，即使少量发射/接收模块失效仍能正常工作。

不过，相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°到120°。

举例：

F/A-22：

AN/APG-70有源相控阵火控雷达，前视320km，后视100km，同时跟踪6批24个目标，可以最多同时攻击其中4个目标。

（3）MTI雷达

MTI杂波抑制技术是一种传统的一维杂波滤波技术。

它常常要以牺牲（衰减掉）慢运动目标回波为其代价，才能达到充分抑制整个频带宽度内杂波的目的。

采用低脉冲重复频率（300～1000Hz）波形的机载雷达通常用机载动目标检测技术（AMTD）来抑制地杂波。

举例：

“猎犬”无人机：

力装置两台活塞发动机，单台功率为47.7千瓦。

主要机载设备前视红外摄像机、电视摄像机及电子战设备。

性能数据最大速度196千克，巡航速度111千米/小时，爬升率（海平面）3.94米/秒，活动半径150-300千米，实用升限4575米，航程200千米（有中继），续航时间8-12小时。

（4）合成孔径雷达

合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。

合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。

所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。

合成孔径雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。

把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。

若直接把各单元信号矢量相加，则得到非聚焦合成孔径天线信号。

在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。

地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。

这一过程与全息照相相似，差别只是合成线阵天线是一维的，合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似，故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。

举例：

F-16：

AN/APG-80合成孔径成象雷达，前视160KM，后视60km，跟踪10打击2，性能一般。

用途分类

（1）截击雷达，用于为空空导弹、火箭和航炮等提供目标数据。

它与火控计算机、飞行数据测量和显示设备等组成歼击机火控系统。

截击雷达一般有搜索和跟踪两种功能。

在搜索时，雷达发现和测定载机前方给定空域内的目标,截获后即转入跟踪状态,连续提供瞄准和攻击目标所需的数据。

有的截击雷达有目标照射装置，用于导引半主动寻的导弹。

截击雷达发现空中目标的距离一般为几十公里，有的可达一二百公里；搜索和跟踪角一般为±60度左右；测距精度为几十米；测角精度为十分之几度。

脉冲多普勒截击雷达能抑制地（海）面杂波，提取动目标信息，具有下视能力，装备这种雷达的歼击机能对低空、超低空目标实施攻击。

较先进的截击雷达能边搜索边跟踪,即对一定空域搜索的同时,还能跟踪多个目标。

有的截击雷达还具有多种功能，既能用于对空中目标的拦截,也能用于对地（海）面目标的攻击。

（2）　轰炸雷达，主要用来为瞄准轰炸、制导空地导弹和领航提供目标信息。

它可单独工作，也可与光学瞄准具、计算机配合使用，构成轰炸瞄准系统。

轰炸雷达按搜索方式可分为前视和环视（亦称全景）两类。

前视雷达的天线波束指向载机前下方，在一个扇形地区内搜索。

环视雷达的天线波束成扇形，指向载机下方作圆周搜索。

它有搜索和瞄准两种工作状态。

搜索时，天线作圆周扫瞄，当显示器画面上目标进入瞄准区时,雷达转入瞄准状态,将测得的目标数据送到计算装置，会同其他参数标出投弹点并显示在显示器上。

当目标信号与投弹标志重合时，发出投弹指令,实现自动轰炸。

轰炸雷达的作用距离一般为150～300公里，方位分辨力约为1°～3°。

（3）空中侦察与地形显示雷达，用于提供地（海）面固定目标和移动目标的位置和地形资料。

它通常是一种侧视雷达，具有很高的分辨力。

其天线安装在机身两侧，波束指向载机左右下方并垂直于航线，随载机飞行向前扫瞄。

侧视雷达分为真实口径侧视雷达和合成孔径侧视雷达两类。

真实口径侧视雷达的天线沿机身纵向长达8～10米,在飞机机身两侧形成很窄的波束，分辨力较全景雷达高10倍左右。

合成孔径侧视雷达的天线实际尺寸并不大，但它利用载机的前进运动，通过对相干信号的存储和处理，可获得有效长度为几公里的天线孔径，从而极大地提高了雷达的分辨力（可达几米）。

由这种雷达获得的地形图，其清晰度与航空照相的效果相接近。

侧视雷达能昼夜进行空中侦察和地形显示，可在不飞越对方阵地的情况下侦察到对方纵深一二百公里内的目标。

（4）航行雷达，用于观测载机前方的气象状况、空中目标和地形地物，保障飞机准确航行和飞行安全。

有一类专门用来保障飞机低空、超低空飞行安全的航行雷达，叫地形跟随雷达和地物回避雷达，通常装在执行低空突防任务的飞机上。

地形跟随雷达与计算机和飞行控制系统配合，控制飞行高度随地形起伏变化，使飞机始终保持一定的安全高度。

地物回避雷达为飞行员显示选定高度上地面障碍物的分布情况，提供回避信号，使飞机绕过障碍物，保证飞行安全。

利用工作转换开关，上述两种雷达可以交替使用。

还有一种专门用于测定载机的偏流角和地速的航行雷达，称为多普勒导航雷达，可提供导航和轰炸所需数据，通常装在轰炸机和运输机上。

（5）机载预警雷达，是预警机的主要电子设备，用于空中警戒和指挥引导，也可用于空中交通管制。

它已成为现代防空体系的重要组成部分。

与地面对空情报雷达相比，它的盲区小，发现低空、超低空目标的距离远，机动性较强。

发展趋势

进入21世纪后，我国机载火控雷达进入了成熟应用的阶段，机械扫描体制的火控雷达技术水平与先进国家相当，也就是达到上世纪90年代中期国际机载火控雷达的先进水平，因为当时国外的无源或有源相控阵雷达都没有成熟应用。

我军新型作战飞机装备的雷达系统以脉冲多普勒体制和平板缝阵天线为标志，已经由单纯的制空作战发展到了具备地形测绘、合成孔径、地形跟随等功能，具备较强对地、海目标作战能力，是现代化多功能火控雷达系统，目前已经全面装备包括歼11、歼10和“枭龙”在内的国产新型战斗机，可以满足为我国第三代战斗机配套的需要。

与此同时，我国在机载预警雷达领域则处于世界先进水平。

　　这两型采用有源相控阵机载预警雷达的研制，大大促进了我国有源相控阵技术的发展。

2011年1月，中国第四代新型战斗机横空出世，应该说明我国机载火控雷达跨越了无源相控阵阶段，直接进入了有源相控阵机载火控雷达的研制。

因为根据一般武器装备的开发规律，该机能够首飞，说明相关的配套系统已经具备研制能力，甚至在整机之前已经完成生产。

作为我国的四代机，不能完全背离国际上四代机所具备的特点另起炉灶，采用国外四代机甚至不少三代机都已经装备的有源相控阵雷达，应该是毫无疑问的。

　　至于国产四代机的雷达性能如何，与F-22的火控雷达性能相当，应该是比较现实的推测。

首先，我国的有源相控阵雷达技术通过预警机工程，已经在本世纪初取得了重大突破；其次，即使我国在高波段收发组件的研制方面仍然存在与先进国家的差异，但在中国第四代新型战机正式服役时（估计5—8年后），达到F-22服役（2005年）的水平，应该是没有问题的。

而且，通过对我国几十年来机载雷达技术发展脉络的勾勒，我们已经看到，其技术追赶的速度是越来越快，在有些领域，我们还在落后；在某些领域，我们已经完成追赶；在有的领域，我们已经实现领先，这也正是我国国防工业的整体写照。

随着电子技术的发展和战术要求的不断变化，机载雷达在作用距离、目标分辨力和识别能力、抗干扰能力和可靠性等方面将进一步发展。

搜索、跟踪多个目标和具有多种功能的机载相控阵雷达将获得较为广泛的应用。

机载雷达的小型化、自动化程度和自适应能力也将进一步提高。

结束语

机载雷达"四抗"技术是一项艰难而复杂的技术问题。

可以说机载雷达面临的四大威胁是属于高科技研究的范畴，而机载雷达技术也是一种高科技范畴，机载雷达与"四抗"是高科技之间的对抗。

机载雷达所采用的每一项高科技对抗技术，可以起到一项或两三项的对抗作用。

参考文献

1《introductiontoAirborneradar》

GeorgeW.Stimson （Author）

2XX百科

3维基百科

4铁血网