相控陣雷達與多普勒雷達相比,優勢劣勢是什麼?

火奴努努


我是雷達工程師,我可以來回答這個問題!其實相控陣雷達和多普勒雷達並不是兩個並列的分類,而是一種包含的關係,相控陣雷達就是多普勒雷達,或者說相控陣雷達工作的基本原理裡面用到了多普勒原理!

多普勒雷達

這種雷達主要採用的就是一種叫做多普勒效應的原理,而多普勒效應簡單的來說,就當雷達的發射機部分發射某一固定頻率的信號源,通過天線發射出去,然後在空中遇到目標發生反射,反射的回波信號被雷達的接收機接收。如果目標是移動的話,返回的信號頻率就會和發射信號的頻率不一樣!當回波信號頻率比發射的信號頻率高一些的時候,證明目標是在向雷達這個方向移動,當回波信號頻率比發射信號頻率低一些的時候,那就代表目標是向遠離雷達方面移動。

而且還可以根據回波信號和發射信號的頻率差或者時間差的情況,計算出來目標的運動速度,這個時候雷達就可以獲得目標的運動方向和速度等重要的信息了。

現在的多普勒雷達大多也都是脈衝多普勒雷達,相比普通的雷達,可以理解脈衝多普勒雷達不是連續的發射雷達波,而是隔一段時間發射一個較強的脈衝信號,功率比較大,這個時候目標反射的信號功率也是比較大,就非常方便的被接收機接收到分析處理。因為如果是普通的連續波雷達,功率就比較小,回波信號特別弱,很容易被空氣當中的雜波覆蓋,這樣接收機就接收不了。而且這樣也就導致了脈衝多普勒抗干擾能力比較強。

相控陣雷達

可以說相控陣雷達,就是很多的小多普勒雷達組成的。因為相控陣雷達也是需要獲得目標的速度、距離和運動方向等信息的,而其中一些信息的獲取也是需要利用到多普勒效應。

相控陣雷達主要是通過控制模擬信號的相位來控制雷達的波束(探測方向),這裡我們進行了比喻,來解釋一下什麼是相控陣雷達。

前面的多普勒雷達,就是一個普通手電筒,照射哪裡,就必須要對著哪裡,也就是需要轉動手電筒,這就是傳統的雷達,一次只能照射探測固定的方向,要想探測水平方向或者上下的方向,天線就需要不停的轉動了,這個就是我們經常在新聞當中看到的在不斷旋轉的雷達天線。

但是相控陣,裡面是成百上千個小雷達,也就是小手電筒,比如10X10這樣的排列,組合在一起形成了大的手電。不過這裡面的小手電,每個都是可以獨立工作的,並且都是可以進行轉動的(實際相控陣雷達天線不轉動,這裡比喻不當)。

當需要朝著一個方向的時候或者只有一個目標的時候,大家同時工作,也可以根據目標的不同情況,其中一部分工作。這個時候所有的小手電可以一起朝著同一方向轉動,指向目標,這樣就可以實現,整個大的手電筒指向不動的情況下,可以實現不同方向的探測。這裡的手電照射出來的光,就好像是和雷達輻射的波束是一樣的。

如果目標是不同的方向,這個時候就可以把100個小手電燈進行分組,比如分成10個小組,每組都是相鄰的10個手電燈,這個時候這10個小組也可以獨立的工作,一部雷達瞬間變成了十部雷達,也就是可以探測跟蹤十個方向的十個不同的目標,每個小組也都是可以實現不同方向的照射,在一定的角度內,想照哪裡照哪裡!

優缺點分析

因為相控陣裡面各個小雷達都是獨立工作的,所以即使壞了一些,整體不受太大的影響,也就是具有可靠性高的優點。而傳統雷達,一旦出現問題,整個雷達就失效了。

相控陣雷達可以在不轉動天線的情況下,實現不同方向的探測跟蹤和對不同目標的探測跟蹤,這也是相控陣的優勢了,多目標和多方向。目前的相控陣雷達,同時跟蹤幾百個目標都沒有問題。

而傳統的多普勒雷達,只能探測跟蹤一個目標或者極少數目標,探測的角度也是非常的有限。不過脈衝多普勒雷達相比較相控陣雷達,技術要求要低一些,也就是成本比較低,適合大規模裝備。相控陣雷達技術含量很高,也就導致成本費用高,適合高端裝備按照,比如戰鬥機和軍艦。

目前全球能夠研製和生產相控陣雷達的國家不多,就算是沒有能力研製的國家,購買也可能沒有足夠的資金購買,因為太貴了。

上面就是所長關於多普勒雷達和相控陣雷達的簡單解釋,我本人還有更多關於雷達方向的文章,有些比本文解釋的更詳細,包括雷達的基本工作原理等,還有解釋什麼是火控雷達和測速雷達等文章,歡迎大家關注。


資訊所長


與多普勒雷達相比,相控陣雷達是一種新體制的雷達,具有無可比擬的優勢。



多普勒雷達是利用目標運動產生的頻率變化來探測目標運動狀態的。但是,多普勒雷達對雜波抑制能力和抗干擾能力都有限,主要原因是傳統的脈衝多普勒雷達能夠提供的信息僅限於二維:距離和速度。但是,由於平臺本身是運動的,多普勒雷達存在距離模糊和速度模糊無法有效解決的問題。因此,多普勒雷達對電磁環境的適應性差。



而相控陣雷達儘管也利用多普勒效應提供速度維度的信息,但是有源相控陣的陣列天線提供了比傳統多普勒雷達更多的信息:頻率、波形、空間、距離、時間、角度和相關性維度的信息。因此,其原理上與普通多普勒雷達是完全不同的,是本質不同的兩種雷達。



相控陣雷達可以利用頻率分集、波形分集、空間分集、角度分集等分集技術,能夠提供更多維度的系統自由度,對於雜波和干擾都有良好的抑制效果,這是普通多普勒雷達沒有條件做到的。這是因為相控陣雷達陣列天線可以分成不同的組,每一組單獨發射確定的頻率和波形的脈衝信號,不同組之間相互獨立,在探測同一目標所得到的信號可以通過概率分析的方法抑制雜波和干擾信號。

因此,有源相控陣雷達的抗干擾能力遠遠優於多普勒雷達。可以通俗一點說吧,多普勒雷達是二維度信號雷達,而相控陣雷達屬於多維度信號雷達,相控陣雷達的信號檢查研究空間巨大,現在先進的機載相控陣雷達趨向於採用神經網絡來檢測特定電磁信號,可以從複雜電磁環境中檢測出微弱的隱身戰機目標信號。



要說缺點,相控陣雷達最大的缺點就是運算量大,且隨著信號檢測算法不斷更新,其對計算速度的需求越來越高。相控陣雷達的機載計算機的性能要遠遠高於多普勒雷達。

相控陣雷達提供的信息遠比多普勒要多,其工作模式也大大增加。因此,對操作系統的要求也越來越高。相控陣雷達是一種高度智能化的電子系統,已經脫離了單純的目標信號探測,而且具備通信組網、電子戰與網絡戰的能力。



F35的機載相控陣雷達可以探測對方通信基站的通信頻率和波形,並自動分析其編碼,然後建立與該通信基站的鏈接,從而侵入對方電信網絡,發送虛假信息,進行網絡戰。

【鶇飛天】


鶇飛天


多普勒和相控陣不是對立的關係,而是並行不悖的。

多普勒是測量原理,相控陣是信號波形式。相控陣雷達可以採用多普勒原理測量目標運動速度和方向。

只不過多普勒技術首先成熟應用,相控陣技術因為設備體積龐大,在小型化後才能在艦船飛機上採用。好像相控陣比多普勒更新更先進一樣。

多普勒技術利用反射信號與發射信號的頻率變化,測量目標的相對速度。原先的多普勒雷達採用機械掃描天線,掃描一週需要幾秒到幾十秒。

相控陣雷達的雷達波採用多發射元合成技術,通過改變每個發射元的信號,合成一個定向的雷達波。通過改變發射元信號的相位,改變合成信號的方向,形成掃描效果。所以掃描速度快每秒可以掃描幾十次,上百次由於發射元相位是計算機控制的,信號接收也是計算機控制檢測。可以分時處理幾十個、幾百個目標信號,同時跟蹤測量幾百個目標。也可以同時制導幾十枚幾百枚導彈攻擊目標。並且可以選擇其中威脅最大的目標,進行首先攻擊。次要目標的攻擊放在後面。即目標具有優先級。

速度快,多目標能力,智能化控制,這是相控陣的優點。


一葉楓流O靈似舞妖


相控陣雷達雖然發現目標的能力很高,但他自己也相對的容易被發現。所以現在的戰鬥機一般情況下都是保持“無線電靜默”。不會主動去搜索對方的。

缺點,技術要求高,造價高。

普勒雷達與傳統雷達的一個區別在於它的發射機一直處於開啟狀態,這種類型的雷達稱為連續波或CW雷達。發射機之所以必須一直開啟,因為它不像傳統雷達,需計算發射與接收間的時間,多普勒雷達尋找頻率變化。而頻率變化不會持續很長時間,因此發射機必須一直處於開啟狀態。

缺點,航區測量範圍偏小,不能連續跟蹤。





另眼觀天下事


紙上的宣仔,為您解答。

脈衝多普勒雷達和相控陣雷達其實概念並不在一個層次上,更不是互斥相對的。脈衝多普勒指的是用高重複頻率脈衝的多普勒效應來過濾雜波,識別出空中目標的技術;而相控陣雷達指的是用多個振子的相位控制來實現波陣面偏轉,指的是天線的形式和波束控制。就技術先進性而言,相控陣出現的更晚,功能更多技術更復雜,也更先進。脈衝多普勒本身就是相控陣的一個工作模式。當然它的功能更加高級,能幹的也不止脈衝多普勒一種。總之,二者的概念上不是對立互斥的。比如現在的一款先進的有源相控陣機載雷達,你完全可以認為是一個用了相控陣天線的多普勒脈衝雷達(當然實際包括SAR、ISAR等更復雜的功能)。

脈衝多普勒雷達(Pulse Dolpler)是上個世紀60年代,比相控陣雷達早得多,是為了解決雷達下視問題而研發的。我們都知道,雷達是靠回波來檢測敵方戰機目標的。那麼如果回波打到的不是戰鬥機,而是一顆樹,一個岩石,那怎麼分辨呢?早期的機載雷達還真就解決不了這個問題。所以早期的戰機下視能力都很差,一旦有敵方目標飛到了比自己還低的空域,憑雷達幾乎很難把戰機和地面背景分辨出來。而脈衝多普勒雷達就是為了解決這個問題應運而生的。雖然雷達下視的時候會引入很多背景雜波,但是有一點是可以和戰機區分開的,那就是不同速度的目標其回波的多普勒頻移不同。由於地面是靜止的,其多普勒頻移幾乎都是一樣的,而飛機因為可以快速移動,則回波可以產生一個較強的多普勒頻移,與地面背景雜波區分開。找到這個特定頻率的回波,就相當於發現了飛機目標。要想實現這個能力,需要多普勒脈衝雷達擁有足夠高的重複頻率。多普勒脈衝雷達的發射機用的是行波管技術,早期天線採用倒置卡塞格倫天線,後期平板縫隙天線,一直到相控陣天線的出現,才徹底取代了這些天線。

倒置卡塞格倫天線

殲-8II上使用的1471 平板縫隙雷達

而相控陣雷達(ESA)是目前較新體制的一種雷達,也是最先進的,具體可以分為有源相控陣(AESA)和無源相控陣(PESA)。PESA還使用行波管的中央發射機,而AESA的MMIC本身就相當於一個小發射機/接收機。相控陣雷達利用數字處理終端,通過對時間的延遲實現每個天線振子進行相位控制,最終實現波陣面合成,每個天線陣子的相位不同,最終導致的波陣面不同,表現為增益最大點的方向不同,也就是說實現了雷達波的偏轉。而整個過程不需要機械旋轉,天線陣面始終是靜止的。

F-22 AN/APG-77 有源相控陣雷達,每一個單元都是一個小天線

無源相控陣雷達的工作原理


宣仔


很長時間沒有回答悟空的問題了!因為近期工作太忙!但看了今天的題目,我不得不針對“相控”與“多普勒”說上兩句!

1、相控陣雷達中的“相控”兩個字,指的是控制雷達波束改變發射方向的方法。

傳統機械式雷達,通過安裝在天線下端的旋轉機構,來改變雷達天線對空指示方向,從而達到擴大雷達監視空域的寬度,因此,傳統機械式雷達要想實現360度空域監視,就必須需要讓雷達天線不停的旋轉。

而相控陣雷達可以不用改變雷達天線方向,通過算法就能實現雷達波束的偏轉,以此實現擴大雷達監視空域寬度的目的。這個能夠改變雷達波束方向的算法被稱為“相移”。

在模擬型無源相控陣雷達中,雷達波束的“相移”是通過相移器實現的。而相移器是一個耗能且很佔空間設備。發展的今天最高水平的全數字化有源相控陣雷達,相移器已經沒有了,完全通過軟件運算來實現。因此,全數字化有源相控陣雷達也被稱為“數字化軟件雷達”。

通過“相控”來實現雷達波束偏轉,實現擴大雷達監控空域是有限度的。雷達波束的偏轉後,其法線方向垂直雷達天線截面存在夾角,因此會造成雷達增益的大幅度降低,嚴重影響對目標的探測效果與探測距離。例如,當利用“相控”使得雷達波束偏轉到60度夾角方向時,該雷達的增益只有雷達波束為偏轉時的一半。所以,相控陣雷達在雷達天線固定不動的情況下,最大探測寬度只有120度空域。這也是為何空警2000預警機的大圓盤中需要按放三部相控陣雷達的原因。

2、“多普勒”是一套算法,也被稱為多普勒效應。其算法的目的是根據多普勒效應,能夠精確的計算出雷達波束髮現高速運動目標的速度。

但多普勒效應也存在一個bug,即,當高速運動的目標,其運動方向與雷達波束的掃描方向平行,相對位移處於靜止狀態,那麼,多普勒效應就會被大量抵消,因此,在“多普勒算法”看來是靜止目標。

而對空作戰的雷達會自動將靜止目標做為雜波直接過濾掉。這也就是戰鬥機在被對方雷達鎖定後,會連續做水平機動或者垂直機動的原因。

其目的就是通過這些水平(垂直)機動,找到自身戰鬥機運動方向與對手雷達波束掃描方向平行的狀態。以此實現己方戰鬥機在對方雷達上的短暫脫鎖,讓對方雷達瞬間丟失目標。使其雷達的跟蹤運算中斷,讓雷達的目標鎖定工作流程只能從頭開始,從而給己方逃離危急提供條件,再加上其他的干擾手段,讓己方能夠逃之夭夭,甚至實現攻防轉換,實現大逆轉……

3、綜上所述,“相控”實現的是改變雷達波束偏轉的方向,“多普勒”則是實現發現目標、分辨目標與計算目標運動速度的方法。因此,“相控”與“多普勒”完全是不相干的兩回事,各幹各的事兒,互補對立、互不干擾。相控陣雷達也用“多普勒”進行目標運算,機械式雷達也會用“多普勒”算法。

如果非要類比的話,以手機舉例,“相控”可視為處理器“多核技術”,“多普勒”可看做“高清觸摸屏”技術。兩者相互配合,才能給操作者呈現五彩繽紛、包羅萬象的使用體驗。

不知道我的回答是否說明白了!如果能領您滿意請點贊!




理智悍虎


相控陣雷達是從雷達天線技術角度說的,多普勒雷達通常專指脈衝多普勒雷達,題中所問應該是指這種雷達,是從雷達信號檢測角度說的。多普勒雷達可以用相控陣技術實現,也可以用普通天線技術實現。相控陣雷達肯定會使用多普勒技術來過濾雜波,但不一定是多普勒雷達。

雷達一是靠天線波束掃描來確定敵方飛機在哪個方向,道理如同手電筒光束照到北邊,只能看見北邊的人,確定這個人在我北面一樣。二是靠發射脈衝狀電磁波來測距,道理如同一個人在一個山洞裡邊大吼一聲,通過迴音,可以判斷山洞那頭是不是堵了,賭點離我的距離有多遠一樣。

相控陣雷達是用許許多多小天線組成一個陣列,叫做相控陣天線來實現測向的。它的好處是天線波束掃描不再需要通過轉動天線來實現了,只需要控制各個小天線互相之間的相位關係,就可以實現波束掃描。從而實現空間快速搜索。這個可以用蜻蜓的眼睛和人的眼睛對比來說明。蜻蜓的眼睛是由許許多多小眼睛組成的,因此它的視眼非常寬,頭不動也能看到側面的東西。可是人的眼睛視眼很窄,要看到側面的物體,只能靠轉過頭去看。

多普勒雷達通常是指採用脈衝多普勒技術實現信號檢測來發現目標的雷達。普通雷達通過發射一個脈衝,然後檢測有沒有這個脈衝的回波,來確定前方空中有沒有飛機,以及飛機離我有多遠。這種技術對於地面雷達觀察空中的飛機那是沒有問題的。但是對於機載雷達,當它往下看的時候,它大部分時間或者說幾乎全部時間,它看到的都是地面。也就是說,它發射一個脈衝,發射完了以後的時間裡,它幾乎只能收到地面的回波。如果一架飛機在它前下方飛行,飛機回波就會混到地面回波裡邊,飛機又比地面小很多,你根本就分辨不出來有沒有飛機,也就發現不了它,更談不上測距了。在這種情況下,脈衝多普勒技術就可以派上用場了。脈衝多普勒技術不是利用時間上的空檔去發現目標,而是利用飛機速度和地面不一樣,把飛機和地面區分開。具體來說,由於飛機和地面對我機載雷達來說,相對速度是不一樣的,因此根據多普勒效應,它們回波的多普勒頻率也是不一樣的,這樣我就可以從多普勒頻率的不同,也就是速度的不同,把飛機和地面區分開了,這樣也就發現了目標。或者說,普通雷達是利用雷達回波時間上的空檔來發現目標,脈衝多普勒雷達是利用多普勒頻率上的空檔來發現目標。

因此,通常只有機載雷達需要使用脈衝多普勒技術來過濾地雜波,這時候,脈衝會非常密集,單位時間脈衝數比普通雷達多幾十倍到上百倍,這樣的雷達才叫脈衝多普勒雷達,這個應該就是題中所問的多普勒雷達。

結論:相控陣雷達和多普勒雷達哪個優劣是沒有可比性的。


樟樹樂園75255600


相控陣雷達也可以是脈衝多普勒的。

相控陣是天線形式,脈衝多普勒是工作方式。


ScholarMartin


雷達是利用電磁波傳播的直線性、勻速性及目標對電磁波的反射現象來發現目標並測定其位置的。其中,脈衝多普勒雷達和有源相控陣雷達就是兩種性能比較突出、應用比較廣泛的雷達。

脈衝多普勒雷達,簡稱PD雷達,是一種應用多普勒效應在強背景(地、海面)雜波下發現運動目標,並測量其位置和相對速度的脈衝雷達。所謂多普勒效應是指相對運動物體回波與雷達發射波之間存在著頻移,頻移的大小與相對速度成正比。20世紀70年代的局部戰爭中,低空、超低空入侵成為主要威脅。由於地面雜波的嚴重干擾,採用一般脈衝雷達很難探測和發現低空入侵敵機或巡航導彈。脈衝多普勒雷達較好地解決了這一難題。正是由於它具有較強的抑制地物雜波干擾和測速能力,目前已廣泛用於機載火控雷達、預警雷達以及戰場偵察、靶場測量等雷達中。

相控陣雷達技術的使用稍後於脈衝多普勒雷達。雷達在搜索目標時,需要不斷改變波束的方向。改變波束方向的傳統方法是轉動天線,使波束掃過一定的空域、地面或海面,稱為機械掃描。把天線做成一個平面,上面有規則地排列許多個輻射單元和接收單元,稱為陣元。利用電磁波的相關原理,通過計算機控制輸往天線各陣元電流相位的變化來改變波束的方向,同樣可進行掃描,稱為電子掃描。接收單元將收到的雷達回波送入主機,完成雷達的搜索、跟蹤和測量任務。

相控陣雷達可監視、跟蹤的目標達數百個,對複雜目標環境的適應能力強,大型相控陣雷達作用距離遠,可達7000千米。但相控陣雷達設備複雜、造價昂貴,且波束掃描範圍有限,最大掃描角為90度~120度,當進行全方位監視時,需配置3個~4個天線陣面。


榮耀騎士117


脈衝多普勒雷達一般用在三代機上,由於利用多普勒雷達能將地面運動目標從地物雷達回波背景中分辨出來,可以使戰機擁有下視下射能力,該能力也是區分二代機和三代機的標準。

相控陣雷達通過控制很多按波長一半距離間隔排列的小雷達的相位,達到不需轉動天線而控制波束方向的目的。前三代戰機使用的雷達,雷達天線是強反射源,但是相控陣雷達可以將雷達天線反射截面較小的方向朝向目標,從而達到隱身的目的。是四代隱身戰機的必備雷達。

有源相控陣雷達每個雷達單元都能自己產生雷達波,,而無源相控陣雷達每個發射單元不能產生雷達波,需要從同一行波管獲取雷達波,因此有源相控陣雷達可以通過增加雷達單元數量來提高發射功率和探測距離,而無源雷達的功率卻受到行波管的限制,探測距離受到限制。在可靠性上有源雷達也強於無源雷達,因為只要行波管出現故障,無源雷達就廢了,但是有源雷達即使有數百個雷達單元損壞,仍然可以依靠其他雷達單元正常工作。


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