相控陣雷達技術

目 錄

第1章 概論 001
1.1 對雷達的新需求與相控陣雷達技術的發展 002
1.1.1 對雷達觀測任務的新需求 002
1.1.2 對雷達性能的一些新要求 007
1.2 相控陣天線原理 010
1.2.1 相控陣線形陣列天線 011
1.2.2 平面相控陣天線 018
1.3 相控陣雷達的特點與應用 023
1.3.1 相控陣天線的主要技術特點 023
1.3.2 相控陣雷達的主要工作特點 026
1.4 相控陣雷達技術的發展 029
1.4.1 相控陣雷達的初期發展 029
1.4.2 戰術相控陣雷達的發展 031
1.4.3 主要相控陣雷達類型及其特點 032
參考文獻 034
第2章 相控陣雷達主要戰術與技術指標分析 035
2.1 相控陣雷達系統的主要戰術指標 036
2.1.1 雷達觀察空域 036
2.1.2 雷達測量參數 039
2.1.3 測量精度 041
2.1.4 雷達的分辨率 042
2.1.5 處理多批目標的能力 044
2.1.6 數據率 045
2.1.7 抗乾擾能力和生存能力 046
2.1.8 使用性能與使用環境 046
2.2 相控陣雷達系統的主要技術指標 047
2.2.1 工作波段選擇 047
2.2.2 相控陣天線方案 051
2.2.3 雷達發射機的形式 053
2.2.4 信號波形 053
2.2.5 測角方式 055
2.3 相控陣雷達作用距離 055
2.3.1 脈沖雷達作用距離的幾種形式 056
2.3.2 相控陣雷達的搜索作用距離 057
2.3.3 相控陣雷達的跟蹤作用距離 060
參考文獻 062
第3章 相控陣雷達工作方式 063
3.1 相控陣雷達數據率概念 064
3.2 相控陣雷達搜索方式設計 065
3.2.1 搜索數據率 065
3.2.2 搜索方式 067
3.3 相控陣雷達的跟蹤工作方式 070
3.3.1 從搜索到跟蹤的過渡過程 071
3.3.2 跟蹤數據率與目標跟蹤狀態的劃分 072
3.3.3 跟蹤加搜索與邊掃描邊跟蹤工作方式 074
3.3.4 跟蹤時間的計算 076
3.3.5 跟蹤目標數目的計算 077
3.4 相控陣雷達的信號能量管理 079
3.4.1 信號能量管理的調節項目與調節措施 079
3.4.2 按目標遠近及其RCS的大小進行信號能量管理 081
3.4.3 搜索和跟蹤狀態之間的信號能量分配 081
3.4.4 波束駐留數目n的選擇與信號能量管理 082
參考文獻 085
第4章 相控陣雷達天線波束控制 086
4.1 平面相控陣天線波束控制器的基本功能與波束控制數碼計算 087
4.1.1 相控陣雷達波束控制系統的基本功能 087
4.1.2 相控陣天線波束指向與波束控制數碼的對應關系 088
4.1.3 跟蹤狀態時波束控制數碼的計算 091
4.2 一維相控陣天線的波束控制數碼計算 094
4.2.1 一維相掃三坐標（3D）雷達的波束控制數碼計算 094
4.2.2 一維相掃兩坐標（2D）雷達的波束控制數碼計算 095
4.2.3 一維相掃兩坐標雷達天線波束的傾斜現象 096
4.3 波束控制系統的其他功能 098
4.3.1 天饋線相位誤差的補償 098
4.3.2 頻率捷變後進行天線波束指向修正時波束控制修正碼的計算 099
4.3.3 隨機饋相的實現 100
4.3.4 天線近場測試時球面波的補償 101
4.3.5 天線陣面的相位監測 102
4.3.6 相控陣天線波束形狀變化的控制 103
4.4 波束控制系統設計中的一些技術問題 103
4.4.1 波束控制系統的組成 103
4.4.2 減少波束控制系統設備量的一些技術措施 104
4.5 波束控制系統的響應時間與天線波束的轉換時間 107
4.5.1 搜索狀態時的波束控制系統的響應時間與天線波束轉換時間 107
4.5.2 跟蹤狀態時的波束控制系統響應時間與波束轉換時間 108
4.5.3 降低波束系統響應時間的措施 109
4.6 波束控制電流的計算 110
4.6.1 計算波束控制電流的意義 110
4.6.2 相位參考點的選擇對波束控制電流起伏的影響 111
4.7 天線單元不規則排列的相控陣天線的波束控制數碼計算 112
4.7.1 天線單元隨意排列的平面相控陣天線的波束控制數碼計算 113
4.7.2 環形陣天線的波束控制數碼計算 114
4.8 最小波束躍度 115
4.8.1 天線波束躍度與波束控制數碼的計算位數 115
4.8.2 波束控制數碼的最大計算位數的上限 116
4.8.3 最小波束躍度的計算 117
參考文獻 118
第5章 相控陣雷達天線與饋線系統 120
5.1 相控陣天線方案的選擇 121
5.1.1 天線方案選擇的主要依據 121
5.1.2 實現低副瓣相控陣雷達天線的方法 123
5.1.3 有源相控陣天線或無源相控陣天線的選擇 127
5.1.4 多波束數目與波束形成方式 128
5.1.5 多極化發射與接收的實現 129
5.1.6 大瞬時信號帶寬對相控陣天線的影響 130
5.2 共形相控陣天線的選擇 130
5.2.1 採用共形相控陣天線的主要原因及其作用 131
5.2.2 共形相控陣天線 132
5.2.3 共形相控陣天線的波束控制 134
5.2.4 實現共形相控陣天線的條件 135
5.3 相控陣天線的饋電方式 136
5.3.1 強制饋電方式 136
5.3.2 空間饋電方式 138
5.3.3 視頻饋電方式 143
5.3.4 光纖饋電方式 144
5.4 並聯饋電與串聯饋電 144
5.4.1 串聯饋電方式 145
5.4.2 頻率掃描天線 148
5.5 平面相控陣天線饋電網絡的劃分及其作用 151
5.5.1 平面相控陣天線按行、列方式實現的饋電網絡 151
5.5.2 平面相控陣天線按小面陣方式實現的饋電網絡 153
5.5.3 密度加權平面相控陣天線饋電網絡的劃分方法 155
5.6 移相器的選擇 156
5.6.1 實現移相器的基本原理與對移相器的主要要求 157
5.6.2 用矢量調制器方法實現的移相器 157
5.6.3 “塊移相器”的原理與應用前景 159
5.6.4 串聯移相器 162
參考文獻 164
第6章 相控陣雷達發射機系統 166
6.1 對高功率發射信號的需求 167
6.2 高功率發射信號的實現方法 169
6.2.1 集中式大功率發射機 169
6.2.2 集中式大功率發射機系統的效率計算 171
6.2.3 發射機輸出端駐波系數計算 172
6.3 分佈式子天線陣發射機的應用 173
6.3.1 分佈式子天線陣發射機 173
6.3.2 分佈式子天線陣發射機幅相一致性要求與監測 175
6.3.3 分佈式子天線陣發射機系統對相控陣發射天線副瓣電平的影響 178
6.3.4 對子天線陣發射機功率分配網絡的要求 180
6.3.5 子天線陣發射機幅相一致性的監測 183
6.3.6 子天線陣發射機系統的波束控制方式 186
6.4 子天線陣發射機的選擇 187
6.4.1 電真空子天線陣發射機 187
6.4.2 固態子天線陣發射機 189
6.4.3 微波功率組件子天線陣發射機 191
6.5 完全分佈式發射功率放大系統 193
6.5.1 完全分佈式發射機分系統的組成 194
6.5.2 有源相控陣發射系統的能量指標 196
參考文獻 199
第7章 相控陣雷達接收系統 200
7.1 相控陣雷達接收系統的組成與特點 201
7.1.1 組合饋電接收系統 202
7.1.2 空間饋電接收系統 204
7.2 單脈沖測角接收機 206
7.2.1 幅度比較單脈沖測角 207
7.2.2 相位比較單脈沖測角 210
7.2.3 相位和差單脈沖測角 212
7.3 單脈沖測角接收波束的形成方法 214
7.3.1 和差接收波束的獨立形成 215
7.3.2 在子天線陣級別上實現和差波束的獨立形成 216
7.4 相控陣雷達接收系統噪聲系數計算 218
7.4.1 無源相控陣接收通道噪聲系數的計算 218
7.4.2 有源相控陣接收天線噪聲系數的計算 224
7.5 相控陣雷達接收系統動態範圍計算 225
7.5.1 相控陣雷達接收系統動態範圍 226
7.5.2 相控陣雷達接收系統中各級放大器的動態範圍 230
7.5.3 壓縮動態範圍措施 232
參考文獻 234
第8章 多波束形成技術 236
8.1 多波束形成在相控陣雷達中的重要作用 237
8.1.1 提高數據率對形成多波束的需求 238
8.1.2 接收多波束對提高雷達抗乾擾能力和生存能力的作用 239
8.2 相控陣發射天線多波束形成方法與應用 247
8.2.1 形成發射多波束的方法 248
8.2.2 按時間先後順序生成多個發射波束 248
8.2.3 並行發射多波束的形成 250
8.2.4 部分孔徑發射多波束 253
8.3 Blass多波束形成及其應用 254
8.3.1 Blass多波束形成原理 254
8.3.2 在中頻實現的Blass多波束 255
8.4 Butler矩陣多波束及其應用 257
8.4.1 Butler矩陣多波束原理 257
8.4.2 Butler矩陣多波束方向圖的計算與特性 260
8.4.3 Butler矩陣多波束的應用 263
8.5 相控陣接收天線的多波束形成方法 267
8.5.1 在高頻低噪聲放大器後形成多個接收波束的方法 268
8.5.2 在中頻形成多個接收波束的方法 271
8.5.3 在視頻與光頻形成多個接收波束 273
8.6 數字多波束形成方法 275
8.6.1 數字接收多波束形成的原理 276
8.6.2 用接收多波束形成的數字配相方法 278
8.6.3 用FFT實現接收多波束的形成 279
8.6.4 採用數字波束形成時幅相誤差的補償 281
8.6.5 數字接收多波束形成技術的應用 282
8.6.6 發射天線多波束的數字形成方法 286
參考文獻 294
第9章 有源相控陣雷達技術 296
9.1 有源相控陣雷達發展簡況與特點 297
9.1.1 發展簡況 297
9.1.2 有源相控陣雷達天線的特點 299
9.2 T/R組件的功能與要求 302
9.2.1 T/R組件的構成與主要功能 302
9.2.2 對T/R組件的主要要求 306
9.3 T/R組件的類型與應用 310
9.3.1 中頻T/R組件及其應用 311
9.3.2 數字式T/R組件 314
9.3.3 數字式T/R組件的工作特點 316
9.3.4 數字式T/R組件的應用 320
9.4 有源相控陣雷達低副瓣發射天線的實現 323
9.4.1 有源相控陣雷達發射天線低副瓣性能的實現 323
9.4.2 採用混合饋電結構對降低天線副瓣電平和研製成本的意義 326
9.5 有源與無源相控陣雷達天線的比較 330
9.5.1 影響採用有源相控陣雷達天線的一些因素 330
9.5.2 有源相控陣雷達天線與無源相控陣雷達天線功率的比較 331
9.5.3 兩種有源相控陣雷達天線陣面散熱的計算與陣面冷卻 337
9.6 有源相控陣雷達功率、孔徑的折中設計 339
9.6.1 T/R組件中功率放大器輸出功率受限制情況下的折中方法 339
9.6.2 增加天線孔徑對提高跟蹤性能的作用 340
9.6.3 發射系統初級電源功率受限制時增加天線孔徑的作用 341
9.7 空間饋電在有源相控陣雷達中的應用 342
9.8 有源相控陣雷達的應用及有關技術特點 343
9.8.1 地基與海基有源相控陣雷達 344
9.8.2 機載有源相控陣雷達 350
9.8.3 空間載有源相控陣雷達 353
參考文獻 357
第10章 寬帶相控陣雷達技術 359
10.1 對寬帶相控陣雷達的需求 360
10.1.1 獲得高分辨率的需求 360
10.1.2 高測距精度的實現 362
10.1.3 目標分類、識別需求 362
10.1.4 採用寬帶雷達信號的其他需求 363
10.2 相控陣雷達天線對雷達瞬時信號帶寬的限制 364
10.2.1 相控陣雷達天線波束方向圖與信號頻率的關系 364
10.2.2 信號頻率變化對波束指向變化的影響 366
10.2.3 瞬時信號帶寬受天線孔徑渡越時間的限制 368
10.2.4 陣列天線對LFM信號調頻速率的限制 370
10.3 寬帶相控陣雷達天線實時延遲補償的實現方法 372
10.3.1 實時延遲補償對提高相控陣雷達天線寬帶性能的作用 372
10.3.2 子天線陣級別上的實時延遲補償 374
10.4 實時延遲的實現方法 379
10.4.1 在光波波段實現TTD的方法 379
10.4.2 並聯與串聯饋電結構的光控實時延遲系統 381
10.4.3 在中頻與視頻實現TTD的方法 388
10.5 寬帶調頻信號的產生與處理 392
10.5.1 大時寬帶寬乘積信號的產生 392
10.5.2 寬帶雷達信號處理中的時頻變換方法 394
10.6 寬帶相控陣雷達的分辨率 398
10.6.1 距離分辨率 398
10.6.2 寬帶相控陣雷達的速度分辨率 404
10.6.3 寬帶相控陣雷達的角分辨率 409
10.7 寬帶相控陣雷達系統中的失真與修正 413
10.7.1 多普勒頻率與距離修正 413
10.7.2 採用寬帶高分辨率信號時電離層電波傳播影響的修正 418
參考文獻 421
第11章 新型高性能半導體器件在相控陣雷達技術中的應用 422
11.1 採用硅基高集成度半導體器件的相控陣雷達 423
11.1.1 硅基高集成度射頻微波芯片 424
11.1.2 硅基高速數字器件 433
11.2 採用新型化合物半導體器件的相控陣雷達 443
11.2.1 對固態T/R組件的一些新要求 443
11.2.2 寬禁帶半導體器件 445
11.2.3 InP半導體器件 459
11.3 採用微系統技術的相控陣雷達 462
11.3.1 高密度集成無源器件 463
11.3.2 微系統三維異構集成技術 470
11.3.3 晶體管級異質集成技術的應用 480
參考文獻 487
第12章 微波光子相控陣雷達技術 491
12.1 微波光子相控陣雷達的發展概況與技術特點 492
12.1.1 發展概況 492
12.1.2 微波光子技術的特點 496
12.2 射頻光傳輸網絡及其應用 497
12.2.1 射頻光傳輸鏈路 498
12.2.2 基於射頻光傳輸的合成與分配網絡 505
12.2.3 相控陣雷達中射頻光傳輸網絡的應用 507
12.3 微波光子波束形成方法 509
12.3.1 超寬帶光延遲技術 509
12.3.2 光波束形成架構的設計 513
12.3.3 相控陣雷達中光波束形成的應用 518
12.4 微波光子信號產生的方法 519
12.4.1 低相位噪聲本振信號的產生 521
12.4.2 超寬帶信號的產生 524
12.4.3 相控陣雷達中光信號產生技術的應用 528
12.5 微波光子信號接收 531
12.5.1 微波光子通道化接收技術 531
12.5.2 微波光子模數轉換技術 534
12.5.3 相控陣雷達中光接收機的應用 537
12.6 光處理與光計算技術 538
12.6.1 非相參光處理與光計算技術 539
12.6.2 相參光處理與光計算技術 540
12.6.3 相控陣雷達中光處理技術的應用 543
12.7 微波光子相控陣雷達的系統應用與展望 544
12.7.1 微波光子相控陣雷達的應用 545
12.7.2 微波光子相控陣雷達發展趨勢 547
參考文獻 548