电子战基本原理之雷达系统组成
摘要
本文概述了雷达系统的组成部件和功能，包括发射机、接收机、天线等，并探讨了脉冲雷达、连续波雷达等不同类型。脉冲雷达通过发射射频脉冲测量目标距离和方位角，而连续波雷达则利用多普勒原理跟踪目标。文章还讨论了雷达系统的对抗措施、测量距离的挑战、分辨率单元的概念以及脉冲多普勒雷达测量目标速度的原理。最后，文章总结了雷达系统的基本公式，指出了影响雷达探测的关键因素。
正文
1.介绍
雷达的各个组成部分，决定了特定雷达系统的能力和局限性。这些组件的特点也决定了特定雷达系统的有效对抗措施。本章将讨论基本脉冲雷达、连续波(CW)雷达、脉冲多普勒雷达和单脉冲雷达的组成。最常见的雷达类型是脉冲雷达系统。该名称描述了以雷达系统的频率，发射离散的射频能量的过程。脉冲的发射时间，决定了雷达系统的脉冲重复频率。脉冲雷达系统可以计算出距离和方位角。距离是由脉冲到达目标并返回的时间决定。目标方位角由脉冲击中目标时的相对位置或天线方位角决定。图4-1是一个简单脉冲雷达系统的基本框图。
a.发射机的目的是向天线输送一系列高能的射频能量脉冲。现代脉冲雷达的发射机组，通常由脉冲发生器或波形发生器、调制器和某种功率放大器组成（图4-2）。(1)波形发生器的目的，是在传送到调制器之前产生适当的波形或脉冲。这通常是在低功率电平下完成的，因为在较低的功率电平下产生复杂的波形要容易得多。采用数字动目标显示技术的相干系统和脉冲多普勒雷达，都需要这些复杂的波形。(2)调制器是发射机的主要部分，它向功率放大器提供一个非常强大、非常短的直流电压脉冲。这一点类似于汽车的点火系统，但要求非常严格。调制器具有储能装置和开关。在脉冲之间，在发射机的休息时间内，能量被累积并存储在存储装置中。当由主定时器键控时，这些能量作为脉冲被传送至功率放大器。该脉冲的波形由波形发生器确定。(3)现代雷达的功率放大器通常是速调管、行波管、交叉场放大器或固态放大器，大多数普通脉冲雷达使用速调管功率放大器。无论使用何种功率放大器，发射机组的目的都是以正确的振幅、适当的间隔、准确的波形，以雷达的工作频率，产生一系列脉冲。b.当发射机和接收机使用同一天线时，就需要一个双工器，它起着快速开关的作用。当大功率发射机打开时，双工器能保护敏感的接收机免受损坏。当发射机关闭时，双工器将微弱的目标信号引导到接收机。双工器能最大限度地减少功率损耗和提高隔离度。在传输过程中，双工器中损失的功率降低了雷达的最大探测距离。隔离是指在传输过程中，通过双工器“泄露”到接收机的发射机功率的大小。这个“泄露”必须非常小，以免接收机发生饱和或损坏。c.接收机组的能力对雷达的性能至关重要（图4-3）。雷达接收机检测目标返回并提取所需信息的能力，主要受到噪声的限制。噪声可以随着目标返回，通过天线进入接收机。这种类型的噪声称为外部噪声。接收机内部产生的噪声称为热噪声。雷达的噪声永远不可能完全消除。噪声最小化是现代雷达敏感接收机设计中最重要的考虑因素。此外，相对的抗噪性，使雷达系统更能抵抗干扰。(1)最常见的脉冲雷达接收机是超外差接收机。超外差接收机由射频放大器、混频器和局部中频(IF)放大器、检测器和视频放大器组成。(2)雷达目标回波通过天线和双工器进入接收机组。由于这些信号通常功率很低，射频放大器会提高信号增益并尽可能滤除外部噪声，其最小化噪声的能力决定了接收机的灵敏度。放大的射频信号被发送到混频器，在那里被转换为较低的中频。这是通过将射频信号与来自本地振荡器的信号混合，以产生更容易处理的中频来实现的。中频放大器包括匹配滤波器，能增加中频信号电平。匹配滤波器最大限度地提高了信噪比，从而增强了对目标返回的检测。检测器通常是一个晶体二极管，从中频中提取视频调制或将中频转换为视频信号。d.基本脉冲雷达的大脑是主定时器或同步器，它能协调雷达各部分的运行（图4-4）。为了获得准确的距离，雷达内部必须能精确定时。主定时器是一个振荡器，触发发射机开始发送脉冲。同时，它发送信号来初始化显示器，以确保准确显示目标的距离和方位角信息。
e.天线在发射过程中的作用，是将来自发射机的雷达能量集中成指向所需方向的成形波束（图4-5）。在接收或侦听期间，天线的功能是收集回波信号中包含的雷达回波能量，并将这些信号传递给接收机。雷达天线的特点，是通常以可识别的模式扫描的定向波束。f.雷达显示器的目的，是获取从接收机组中的雷达目标导出的信息，并以可用的格式将其呈现给雷达操作员。根据雷达的用途和如何使用雷达信息，有许多不同类型的范围显示器，包括四种基本类型：A范围、B范围、距离高度指示器(RHI)范围和平面图位置指示器(PPI)范围。(1)A型显示器用于显示目标距离或速度（图4-6）。使用A显示器的威胁系统，包括带有仅测距雷达的空中拦截 器(Als)、地对空导弹(SAMs)和雷达定向高射炮(AAA)系统。地对空导弹和高射炮系统可以使用A范围显示器来获取距离或速度信息，并使用其他的雷达显示器来获取方位角和仰角数据。A范围显示器，能显示与振幅相关的距离或速度。操作者必须区分目标返回和其他返回，包括地面返回和噪声。(2)B型显示器用于显示目标距离和方位角（图4-7）。使用B型显示器的威胁系统，包括空中拦截机和地对空系统。目标返回屏幕中心线右侧或左侧的位置，表明了目标的方位角。目标返回相对于显示器底部的位置，或零距离，表明了目标距离。距离高度显示范围显示器，用于显示距离和仰角（图4-8）。距离高度显示范围用于测高雷达，改进型的距离高度显示范围显示器，用于地面控制着陆(GCA)雷达。其显示器的扫描轨迹产生一个扇形，顶点位于范围的左下方。天线上下扫描，与显示器同步。(3)平面位置显示器可能是最著名的雷达显示器（图4-9）。它显示雷达波束扫描区域的地图图片，通常为360度，用于预警、捕获、地面控制拦截(GCI)和地对空雷达系统。目标返回的角位置，表示目标方位角，而距离显示器中心的距离，表示了目标距离。从天线连续发射的雷达信号，需要传统的连续波雷达有两个天线，一个用于发射，一个用于接收（图4-10）。由于连续传输导致连续回波信号，所以不可能知道回波的哪个部分与传输的任何特定部分相关。这使得基于定时的常规距离测定变得不现实。然而，多普勒原理的简单应用，为连续波雷达跟踪目标提供了一种手段。多普勒原理，就是从运动目标返回的雷达在频率上偏移，其偏移量与相对于雷达站的径向速度成正比。利用从发射信号到接收信号的频率差，连续波雷达可以根据频率的变化，将目标返回从杂波中分离。这种雷达被称为连续波多普勒雷达。
