相控阵雷达的探讨分析

电子科技大学格拉斯哥学院 2017级谌自钰 2017200502014
本文将要探讨的是相控阵雷达的原理及其应用，以及结合自身在现实生活中的简单应用。这个课题由上学期新生研讨课的教授提出，我对此颇感兴趣，因此对该课题展开了更深入的探究和学习。对于雷达的历史，可以追溯到上世纪30年代，对科技发展的逐渐重视使得雷达技术高速发展。上世纪60年代，为了实现与人造卫星相配合的观测需求，相控阵雷达技术获得了很大的发展。该时期，美国和前苏联首先研制了相控阵雷达，并广泛运用于弹道导弹防御系统，相控阵雷达在战争上带来的强大功能，大大提高了国家军事力量。而后十余年，其余多国也陆续开始研制并装备了相控阵雷达，借助天线，提高了远程防空导弹的作战性。如今，相控阵雷达仍在不断研发和发展，其应用也在不断地拓展。

对于离我们更近的雷达发展，我可以很高兴地说电子科大在中国电子行业的前列，我校从上世纪初的90年代中期，进行了关键技术研究的一个数量的相控阵雷达，同时也增加了基金进行科学研究。从2003年初开始，理论研究在宽带数字阵列雷达技术，在方案的系统、单元模块电路上，已取得一定进展。

就相控阵雷达的原理，在听完研讨课后，我作如下概述：相控阵雷达也即电子扫描阵列雷达，是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。这种设计和机械扫描的雷达天线不同，可以减少或完全避免使用机械马达驱动雷达天线便可达到涵盖较大侦测范围的目的。用更简单易懂的例子来说，相控阵雷达就像蜻蜓的复眼，每个复眼都能独立成像；同样地，相控阵雷达的天线，也有许多的接受单元和辐射单元组成。便可实现更为全面的扫描侦测工作。

更值得关注的是相控阵雷达的应用，根据研讨课上的例子和课后学习，我总结出其主要应用方向为军事，并分析了其应用在军事上的原因和优势。其一，在相控阵雷达的帮助下，能够应对多个目标。这就归功于电子扫描的灵活性、速度和时间的分割性，以达到跟踪式扫描的效果，再在计算机的帮助下，分析检索出不同的方向或高度的多个目标，进而做出防御或者攻击举措。其二，相控阵雷达功能多，机动性更强。也就是说，相控阵雷达就像一个复合型控制中心，既可以搜索探测目标，也可以识别跟踪甚至发出攻击信号，因此，其可以大幅度地减少武器装备的复杂度以提高移动性。其三，相控阵雷达的抗干扰能力较强，由于其具有很好的能源管理和控制主瓣增益，可以根据需要向不同方向发射能量，这种具有专一有效性的方式，有利于找出隐藏目标并提升抗辐射导弹的功能。值得一提的是，相控阵雷达还具有更高的安全性，由于其使用相控阵数组，少量的零件功能障碍不会影响正常工作，这就极大地提高了相控阵雷达的实用优势，诸多事实也印证了这一点。

我最关注的就是在于其在军事领域做出的巨大贡献，传统雷达依靠360旋转来扫描目标，而相控阵雷达则不同，绝大多数相控阵雷达都是不动的，它是多个雷达的结合共同体。很容易就能发现，相控阵雷达的天线由无数个小单元天线组成，这些小单元天线叫做“阵元”，对于有源相控阵雷达来说，每一个阵元都是独立控制的，它们既能独立发射雷达波，也能接收雷达波的回波信号。相控阵雷达不但不动，而且天线阵列也是平面的。我们可以把传统机械式扫描雷达比喻为个体，而把相控阵雷达说成是团队。更简单的例子，我们直接把老式雷达改装成相控阵雷达之后，其战斗力迅速提高。相控阵雷达因为省去了整个天线的机械驱动系统，所以它的可靠性非常高，平均无故障时间远远高于传统雷达。正如上所述的优点，相控阵雷达的互联网式结构，当军舰面对敌方导弹的饱和攻击时，可以把所有阵元分成若干组，每一组分别跟踪和对付一个目标。我们经常听到某种战机或者军舰能同时对付多少个多少个目标，其实，这其中的大部分功劳就是属于战机或者军舰上的相控阵雷达。由于相控阵雷达由电脑控制，所以它的方位指向和波段切换速度极快，能够同时完成对空、对地、对海不同目标的探测，如此的话，它可以把原来需要多种不同种类雷达才能完成的任务一下子接过来，实现火控雷达、搜索雷达、预警雷达等合而为一。以上就是对于战争的应用优势，其广泛应用，提升了作战能力和精确度，这应该算是相控阵雷达最有价值的应用方向。当然，在我们日常生活中也可以体会到相控阵雷达带来的帮助，我们可以通过类似的原理制造出适合民用的导航，以提高导航的精确性和实效性。我们经常发现，我们现在所用的导航，尤其是车载导航，常常会出现导航信息延迟的情况，让我们行驶到了错误的路线；或者因为没有实时更新路况信息，让我们走往拥堵路段或者施工路段。因此，我们需要及时更新车载导航的信息，这就很不方便，我们更多的就回去选择手机导航软件。那么，我们借助教授所讲的知识，将其应用到车载导航中，尽管有些大材小用，但我们可以降低其制造成本来拓展市场。初次之外，我们仍可以借助类似的原理帮助盲人导航、应用于医学技术等等。

总的来说，相控阵雷达是现在较为先进的军事技术，其发展也促进了军事的发展。但发展中的东西都不是完美的，优点众多，但缺点也不可忽视，我们现在需要做的就是建立在已有发展的条件下，尽量地去完善它。我很荣幸作为一名电子科大的学生，我对电子行业尤其是雷达研究方向有着浓厚的兴趣，在这个学术氛围浓厚的学府，有着前辈们的研究成果，再结合广泛的科研机会，定会在将来做出突破。更广泛来说，科学技在不断进步，在物理、电子等行业的合作帮助下，相控阵雷达有着巨大的应用前景和发展潜力。我也相信他今后会给我们带来更大的福祉。

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