搜索谈谈相控阵雷达为何如此先进
2017-08-11 by:CAE仿真在线 来源:互联网
对于很多人来说,相控阵雷达非常耳熟,但它的原理又是什么呢?
传统雷达与相控阵雷达之区别
要说相控阵雷达的原理,就不得不提一下传统雷达的工作方式。影视中,如果非要出现雷达画面的话,传统雷达就是最好的道具,因为传统雷达动感十足,快速旋转的天线便于营造紧迫感。
传统机械式雷达通过不停转动来扫描目标
雷达探测目标距离的原理:雷达波从发射到从目标返回的总时间,乘上光速,等于目标距离的两倍。
传统雷达依靠360度旋转来扫描目标,而相控阵雷达与它的区别是,绝大多数相控阵雷达都是不动的,既然不动,那它又是如何扫描不同方向的呢?
答案是,相控阵雷达不是“一个雷达”,本质上,它是很多个“传统雷达”的共同体。
相控阵雷达的天线
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,那奇怪了,它到底是如何调整扫描方向的?顾名思义,“相控阵”就是控制每个阵元产生电磁波的相位与幅度,以此强化电磁波在指定方向上的强度,并压抑其他方向的强度,从而实现让电磁波束的方向发生改变。
相控阵雷达扫描不同方向动画示意图
这就是相控阵雷达的基本工作原理,人们常把传统机械式扫描雷达比喻为“个体户”,而把相控阵雷达说成是“合作社”。人们还把它说成是21世纪的雷达,是否装配相控阵雷达也是第四代战斗机一个非常重要的标准。而很多第三代机,把老式雷达改装成相控阵雷达后,战斗力迅速提高。
F-16装上相控阵雷达后,火鸡变凤凰
下面,我们就来看看,相控阵雷达有哪些先进之处。
没有机械运动
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。另外,相控阵雷达的思想有点儿类似于互联网,某些节点坏了不影响整体功能的使用,数百个或上千个阵元中,就算有百分之十的阵元损坏,相控阵雷达依然可以使用。
分身有术
相控阵雷达是否强大,跟“阵元”是否先进和阵元数量的多少有很大的关系。阵元的数量可以是几百个,也可以是上万个,像美国的“铺路爪”陆基相控阵预警雷达,就有15360个能发射电磁波的阵元和2000个不发射电磁波的阵元。15360个阵元分成96组,与其他不发射电磁波的辐射器搭配起来,本质上相当于96部雷达的组合体。
美国的“铺路爪”长程预警雷达,主要用于监视弹道导弹,它可以探测导弹的弹道、发射点,计算出弹著点的位置。同时,它还可以用于监视和探测太空中的卫星。
正是因为有非常多的阵元,所以,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主要是属于战机或者军舰上的相控阵雷达。
F-35战机配备的AN / APG-81相控阵雷达,既可以跟踪空中的目标,还能监视地面上坦克和车辆,以及海面上的船只。
快速切换
蜻蜓的复眼
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,蜻蜓的视力很棒,还能向上、向下、向前、向后看而不必转头。
相控阵雷达跟蜻蜓的复眼有相似之处,每一个阵元相当于蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里,雷达就是会发射和接收电磁波的铁家伙,但是其实,人类的眼睛又何尝不是这样?人的眼睛依靠接收可见光这种电磁波从而看见东西,而雷达,本质上就是“人着眼”,它是战机、军舰和卫星的眼睛,没有雷达,拳头再硬也无用武之地。
传统雷达像人类的眼睛,估计还是独眼龙那种,想看到左边,就得把头扭向左边;而相控阵雷达,相当于蜻蜓的复眼,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,普通雷达因为要转动,大约需要1秒,而相控阵雷达所需时间不到1毫秒。
它是雷达界的全能冠军
在过去,军舰上安装有不同种类的雷达,体积庞大、重不说,另一个麻烦是干扰,常常是,一种雷达工作时,另一种雷达就会受到干扰,严重的甚至不能同时工作。
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。另外,相控阵雷达还可以进行战机间通信,如果集中波速,可以对敌实施电磁干扰战。
相控阵雷达可以在1秒内关机,1秒内开机,好处是,当军舰遇到依靠雷达信号进行引导的“反雷达导弹”时,可以迅速地把朝向来袭导弹方向的雷达关机,同时,其他方向的雷达保持开启。
智能蒙皮
相控阵雷达由多个独立的收发阵元组成,未来技术成熟后,这些阵元可以分散到机身各处,与机身彻底融为一体,这就是战机的智能蒙皮,它能让飞机的机身更紧凑,进一步减少风阻。
预警机背着一个“大圆盘”,这是不得已而为之。未来智能蒙皮成熟后,大圆盘或许不再存在。
以上,人们把相控阵雷达说成是21世纪的雷达,并把它作为第四代战机最重要的评判标准之一,实在是一点不为过。(作者:寒木钓萌 科普作家)
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