相控阵雷达源起何处

众所周知，蜻蜓的眼睛又大又鼓，占据着头部的绝大部分，它是世界上眼睛最多的昆虫之一，由上万只“小眼”组成。蜻蜓的视力非常好，还能向上、向下、向前、向后看而不必转头。这是因为蜻蜓的眼睛是复眼，每只眼睛均由许多个小眼组成，且每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。

与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个发射和接收天线单元组成，这些小单元叫作阵元，它相当于蜻蜓的小眼，阵元的数目和雷达功能有关，从几百个到几万个不等。

这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。它利用电磁波的相干原理，通过计算机控制馈往各天线单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描。天线单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、测量和跟踪。每个天线单元后端还接有移相器等器件。不同单元通过移相器可以添加不同的相位值，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可形成的波束就越多。以上这种利用电子计算机控制移相器改变天线各单元的相位分布来实现波束在空间扫描的雷达，即为相位控制阵列雷达，“相控阵”由此得名。关于相控阵雷达的基本工作原理，人们常把传统机械扫描雷达比喻为“个体户”，而把相控阵雷达说成是“合作社”。也就是说，相控阵雷达可以看作不是“一个雷达”，而是很多个“传统雷达”的共同体。

阵列雷达中，除了可以利用相位来控制天线波束扫描外，还可以利用信号频率进行控制，这就是“频扫阵”的由来。实际中，相控阵这种方式因为不挤占雷达最为关键的频率资源，在装备中应用的更为广泛。

从天线的物理形式上看，在一维上排列若干天线单元即为线阵，在两维上排列若干天线单元则称为面阵。天线单元也可以排列在曲线上或曲面上，这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点，能以一部天线实现全空域电扫描。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。综上所述，相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。

相控阵雷达强在哪

反应时间短、数据率高。传统雷达像人类的眼睛，想看到左边，就得把头扭向左边，而相控阵雷达类似于蜻蜓的复眼，看左边和右边都不用扭头。这样的好处是，相控阵雷达探测和跟踪目标的速度极快。如果要调整100度的方向，传统雷达因为要转动，大约需要1秒甚至数秒时间，而相控阵雷达所需时间不到1毫秒。正因为相控阵雷达不需要天线驱动系统，波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，从而缩短了目标搜索、确认、跟踪的时间，且具有较高的数据率，从而提高了其探测跟踪高速机动目标的能力。

高效率搜索、多目标跟踪，兼有多种雷达功能。得益于天线波束电扫描的特性，相控阵雷达通过合理安排雷达搜索的区域、搜索方式与跟踪方式之间的时间交替，以及信号能量的分配，可有效解决雷达在目标搜索、目标确认、跟踪起始、目标跟踪、跟踪丢失等不同工作状态的要求。另外，在跟踪多个目标的前提下，其还能继续维持对一定区域的搜索警戒能力。目前，相控阵雷达通常可以同时跟踪上百批目标。

另外，由于相控阵雷达由计算机控制，能够同时完成对空、对地、对海不同目标的探测。也就是说，它可以同时完成原来需要多种不同种类雷达的任务，实现搜索雷达、跟踪雷达、火控雷达等合而为一。因此，相控阵雷达也被称为雷达界的全能冠军。过去，军舰上需安装有不同种类的雷达，桅杆上雷达天线密布，占用舰船空间、重量不说，相互之间还存在干扰，严重的甚至不能同时工作。现在，一部相控阵雷达能实现原来多部雷达的功能，不仅解决电磁兼容问题，而且让舰船桅杆更加简洁。

空间定向和空域滤波能力。相控阵天线与多通道信号处理技术相结合，可实现在探测感兴趣目标的同时，抑制不期望的干扰信号。因为雷达天线的方向性不可能做得非常理想，从特定方向上到来的干扰信号常常能够进入到雷达接收机中。相控阵雷达可以利用阵列天线的多通道处理优势，提取出干扰信号作为参考信号，来对消它对感兴趣信号的影响。对于不同方向信号在空间进行划分和滤波，可提高雷达对信号的空间定向和滤波能力。在机载、星载相控阵雷达系统中进一步应用空-时二维自适应信号处理技术，可显著提高雷达下视过程中产生的地、海面杂波对目标反射信号的影响。

大功率孔径乘积的实现与可变功率孔径乘积的利用。探测低可观测目标（隐身目标）、远距离或超远距离目标均要求雷达具有较大的发射功率和天线有效孔径的乘积。相控阵天线波束的电扫描相对于机械扫描雷达，可以去除天线的伺服驱动系统，同时也减少了加大雷达天线口径所受到的各种限制。因此相控阵雷达天线可以做到足够大，如美国AN/FPS-115、AN/FPS-115弹道导弹预警相控阵雷达天线直径都可达25米左右。另一方面，天线阵元的数量可以是几百个，也可以是上万个，像美国AN/FPS-108相控阵雷达就有15360个能发射电磁波的阵元，组成96个子阵，相当于96部雷达的组合体，合成之后整个雷达发射峰值功率将近15.4Kw，使得该相控阵雷达能够探测到4000公里外的弹道导弹目标。

高可靠性。相控阵雷达因为省去了天线的机械驱动系统，本身有利于可靠性的提高。另外，相控阵雷达天线单元较多，且并联使用，即使有少量阵元失效，仍能正常工作。此外，随着固态器件的发展，相控阵雷达的固态器件越来越多，目前已经出现全固态相控阵雷达。如美国的“爱国者”雷达系统，该雷达天线即使有10％单元损坏也不会影响雷达的正常工作，平均故障间隔时间高达上万小时。

相控阵雷达何去何从

相控阵雷达通常分为无源相控阵（PESA）和有源相控阵（AESA）。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单元，目标反射信号也是经各个天线单元送到接收机统一放大和处理。有源相控阵雷达的每个天线单元都配装有一个发射接收组件，每一个组件都能自己发射和接收电磁波。有源相控阵雷达在结构上比无源相控阵雷达复杂得多，成本也高得多，但是在军事上性能可以提升一个档次。

作为有源相控阵雷达的前身，无源相控阵雷达的发射机与天线分离配置，射频能量从发射机通过复杂的波导管馈送至阵列天线。这种配置的可靠性较低，一旦发射机或波导管出现故障或战损，就会导致整个雷达系统的失效。同时，无源相控阵雷达由行波管之类的发射机来提供功率，要增大雷达发射功率并不容易。当人们认识到无源相控阵雷达的上述缺点，便设法寻找新的相控阵雷达模式。

微波集成电路的快速发展带来了机遇，科学家可以在砷化镓晶片上做出几厘米大小，同时能发射和接收电磁波的组件，用来取代庞大的行波管和天线，这就产生了有源相控阵雷达。与无源相控阵雷达不同，有源相控阵雷达抛弃了集中式发射机，而是每一个天线单元都配备一个独立的雷达发射机，这就是“有源”名字的来历。雷达的发射功率是由众多天线单元合成的方式来实现的，只要增加天线的发射、接收单元数，就可以增加发射功率，同时也降低了对微波元件的峰值功率要求。由于每个天线单元均具备独立发射与接收电磁波的功能，少数天线单元的故障或受损不会导致整个系统的失效，故可靠性与抗损能力有了大幅度的提升。因此，当今国内外研制的先进舰载雷达、机载雷达、弹道导弹防御雷达以及星载雷达均采用有源相控阵雷达。

有源相控阵雷达最大的难点在于发射、接收单元的制造上。相对来说，无源相控阵雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达，但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达，不失为一种较好的折中方案。因此在有源相控阵雷达之前，通常采用无源相控阵雷达作为过渡产品。虽然目前有源相控阵雷达技术已经成熟，但无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的较低端产品，仍具有很大的实用价值