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脉冲多普勒雷达

脉冲多普勒雷达利用信号频域特性分辨和检测目标的脉冲雷达。脉冲多普勒雷达的这种信号处理方式可获得近于最佳的信号功率对杂波加噪声功率之比,及较精确的目标距离和径向速度数据。

装有脉冲多普勒雷达的预警飞机,已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。此外这种雷达还用于气象观测,对气象回波进行多普勒速度分辨,可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。

20世纪60年代以来,为了解决机载雷达的下视难题,研制了脉冲多普勒雷达(PD)。机载雷达下视时将遇到很强的杂波(地面、海面),在这种杂波背景下检测运动目标主要依靠多普勒频域上的检测能力,MTI雷达可用的多普勒频域空间受到盲速的限制;工作作频率越高,在相同目标速度条件下其多普勒频率,相应提高而使第一盲速下降,机载雷达由于其他条件限制而常采用高工作频率(如x波段),多个盲速点的存在明显地减小了可检测目标的多普勒空间;机载雷达还因平台的运动而导致杂波频谱的展宽,这将进一步减小可用于检测目标的多普勒空间。

可以看出,工作于更高频段的机载雷达,需要用更好的办法来代替MTI以获得比较理想的运动目标检测能力。

提高雷达的脉冲重复频率PRF来避免盲速对检测动目标的影响,这种雷达称为脉冲多普勒雷达。提高PRF后雷达在给定的工作条件下没有自速的影响,但在距离上将会产生多重模糊,所以说PD雷达是用距离模糊去换取多普勒空间无模糊的雷达。

在某些情况下,雷达以稍低的PRF工作,此时在距离和多普勒空间上均有可容忍的模糊,但其总体的工作性能更好。这种雷达称为中等重复频率(PRF)脉冲多普勒雷达。机载(运动平台上)有3种利用多普勒频率的脉冲雷达:

(1)没有距离模糊但有多重多普勒模糊的MTI雷达(AMTI);

(2)有多重距离模糊但没有多普勒模糊的高PRF脉冲多普勒雷达(PD);

(3)中等PRF脉冲多普勒雷达,在距离和多普勒频域上均有模糊。

脉冲多普勒雷达与动目标显示雷达都是以提取目标多普勒频移信息为基础的脉冲雷达。

脉冲多普勒雷达有以下特点:

(1)足够高的脉冲重复频率。脉冲多普勒雷达选用足够高的脉冲重复频率,保证在频域上能区分杂波和运动目标。当需要测定目标速度时,重复频率的选择应能保证测速没有模糊,但这时通常存在距离模糊。

(2)能实现对脉冲串频谱中单根谱线的多普勒滤波。脉冲多普勒雷达具有对目标信号的单根谱线滤波的能力,因而还能提供精确的速度信息,而动目标显示雷达则不具有这种能力。

(3)采用高稳定度的主振放大式发射机。只有发射相参脉冲串才能对处于模糊距离的目标进行多普勒信号处理,只有发射相参脉冲串才能进行中频信号处理,因此脉冲多普勒雷达通常采用栅控行波管或栅控速调管作为功率放大器的主振式发射机,由它产生相参脉冲串,而不像早期动目标显示雷达那样可以采用磁控管单级振荡式发射机。此外,脉冲多普勒雷达要求发射信号具有很高的稳定性,包括频率稳定和相位稳定。发射系统采用高稳定度的主振源和功率放大式发射机,保证高纯频谱的发射信号,尽可能减少由于发射信号不稳而给系统带来附加噪声和由于谱线展宽而使滤波器频带相应加宽。只有发射信号具有高稳定性,才能保证雷达获得高的改善因子。

(4)天线波瓣应有极低的副瓣电平。机载PD雷达的副瓣杂波占据很宽的多普勒频率范围,再加上重瓣多距离模糊而使杂波重叠,强度增大,只有极低的副瓣才能改善在副瓣杂波区检测运动目标的能力。

PD雷达与MTI雷达的基本工作原理是一样的,只是各自的目的和实现方式不太相同。其中一个基本差别就是高重频PD雷达的脉冲重复频率必须保证目标回波的多普勒频移不模糊,这就要求重频值至少应是目标相对于雷达的最大接近速度所产生多普勒频移的2倍。高重频PD雷达往往在距离维是高度模糊的。中重频雷达则在距离维和多普勒频移维都是模糊的。

由于高重频PD雷达在频移维是不模糊的,因此可利用滤波器对杂波进行大幅度的抑制。但距离维的模糊会导致多个分辨单元的杂波折叠到目标单元中.增加了目标回波所需对抗的杂波幅度。另外,因距离模糊导致的目标距离多值性也并非小事,通常需要发射多组重频,并进行相应的计算机处理才能判定目标的准确距离。

机载应用场合(比如AWACS以及机载截击雷达等)需采用高、中重频的PD雷达,原因在于平台运动会造成回波频谱的展宽效应,除非雷达发射信号的频率极低。否则采用低重频MTI是不可行的。陆基应用场合也可使用高、中重频PD雷达对付低空飞行的入侵目标,但要求其有适度的作用距离。高重频PD雷达在对付箔条干扰和气象杂波方面特别有效。

脉冲多普勒雷达是工作在脉冲波形下的一种多普勒雷达,其工作原理是对脉冲列信号进行频谱分析,并对其单根谱线进行滤波,以测得目标的径向速度和距离。与一般时域监测的脉冲体制雷达不同之处是脉冲多普勒雷达是频域检测,对回波脉冲列进行频谱分析,利用运动目标的回波信号具有多普勒频移的特点,将其与固定目标区别开来.所以能在十分强的地杂波、海杂波背景中检测出微弱的运动目标信号。因此脉冲多普勒雷达从体制上根本解决了杂波抑制问题,这使得诸如机载雷达能够下视等成为可能。脉冲多普勒雷达的优点十分突出,但信号处理设备很复杂,随着数字技术的发展.使信号处理设备得以实现。脉冲多普勒雷达应用十分广泛,如机载火控雷达、机载预警雷达、低空防御雷达、舰载雷达、战场侦察雷达、火炮定位雷达、气象雷达、导弹导引头等。

70年代以来,随着大规模集成电路和数字处理技术的发展,脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面,成为重要的军事装备。机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达,如美国现役F-14、F-15、F/A-18和F-16等战斗机分别装备的AWG-9、APG-63、APG-65和APG-66A/B、APG-68C/D等雷达。

RDX是为装备法国空军20世纪90年代ACT战斗机的第:代脉冲多普勒雷达,它由RDY发展而来。该雷达是‘部按全波形设计的组什化雷达,可同时搜索、跟踪多个空中和海上目标。为了例时跟踪8个目标,必须更新每一个口标信息,用足够的精度发射MICA导弹。MICA导弹不需要CW目标照射,冈为它本身装有主动导引头。MICA导弹性能相当于美国AMRAAM导弹(即发射后不管导弹)。

RDX不仅在作用距离上要满足较大搜索空域,而且在方位上也要满足较大搜索空域,以探测从侧向靠近的日标。为了达到这一目的,发射机必须工作在高、中、低PRF上,工作方式必须与峰值功率相匹配,并且峰值功率变化范围要达到10倍。最终要求RDX具有40种功能。

RDX采用的新技术相匹配,编程信号处理机、超高速集成电路、新型行波管和新型相控阵天线。RDX属法国军方RACASS计划,Thomson.CSF公司于1979年开始设计,1985年交付预生产系统,1987年住ACX试验型飞机卜试验,原拟装备ACT(Rafalel多功能战斗机。实际卜Rafale战斗机装备的是该公司研制牛产的RBE一2机载多功能火控雷达,RDX雷达后来未见报道。

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