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雷海科普:相参雷达与非相参雷达

雷海科普:相参雷达与非相参雷达 雷海科技
2020-08-06
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导读:相参雷达和非相参雷达的说法,二者究竟有何区别?各有什么特点?本期雷海科普文章,选取这个知识点,做一些探讨,希望能够为各位读者提供一些有用的信息。

从事雷达相关的人员,经常会碰到相参雷达和非相参雷达的说法,二者究竟有何区别?各有什么特点?本期雷海科普文章,选取这个知识点,做一些探讨,希望能够为各位读者提供一些有用的信息。

先要从雷达发射机说起:

雷达是利用物体反射电磁波的特性来发现目标并确定目标的距离、方位、高度和速度等参数的。因此雷达工作时要求发射一种特定的大功率无线电信号。发射机在雷达中就是起这一作用,也就是说,它为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号,经馈线和收发开关由天线辐射出去。

雷达发射机可分为单级振荡式发射机和主振放大式发射机。

单级振荡式发射机由一级大功率射频振荡器和脉冲调制器组成。振荡器直接产生大功率射频振荡,调制器通过一定振幅、宽度、频率和功率的脉冲来控制振荡器的输出。如图1所示。比如,常见的导航雷达,通常都有独立的调制板负责脉冲调制,磁控管完成大功率射频振荡。磁控管具有发射功率大、设备简单、效率高且成本低等优点。但是,由于磁控管发射信号频率、幅度不稳,相邻发射脉冲的初始相位是随机的,见图2。

图1 单级振荡式发射机的基本组成

图2 单级振荡式发射机发射脉冲随机相位示意

主振放大式发射机由固体微波源、脉冲调制器和射频放大链组成。固体微波源产生低功率但频率稳定的射频振荡,经过多级脉冲调制器和功率放大器,输出大功率射频脉冲,见图3所示。

图中飘红的固体微波源,需要画重点,它的作用,就是提供稳定的输出频率,如果把发射机比作一个乐队的话,那么固体微波源相当于整个乐队的“指挥”,提供节拍

图3 主振放大式发射机组成

将发射脉冲示意如图4。第一行即由主振放大式发射机的“指挥家”——固体微波源产生。第二行为主振放大式发射机所产生的脉冲示意,关于起点相位可以看出,同第一行的同一时刻具有固定的相位关系。而第三行,其初始相位则相对无序,处于一种随机产生的状态。

图4 随机相位与固定相位示意

说了这么多,总算说到相参与非相参了:

相参性也叫相干性,二者就像是鲁迅先生和周树人一样,指向相同,相参是指发射信号与雷达主振频率源信号存在固定的相位关系,反之,如果发射信号相位关系随机,则称为非相参的,相对应的雷达就称为相参雷达与非相参雷达。如果雷达系统中,发射信号、本振电压、相参振荡电压和定时器的触发脉冲均由同一个基准频率源提供,所有这些信号之间均保持了确定的相位关系,这种雷达系统则被称为全相参雷达。

从前述的介绍可以看出,对于单级振荡式发射机和主振放大式发射机,只有主振放大式发射机可以发射相位相参信号,这是因为主控振荡器提供具有高稳定度频率信号,射频脉冲通过脉冲调制器控制射频功率放大器形成,相继脉冲之间具有固定的相位关系。

单级振荡式发射机结构简单,成本低,频率稳定度低,不具有相位相参特性。主振放大式发射机能够提供全相参、频率高度稳定、波形非常复杂的信号输出。全相参是实现脉冲多普勒处理、脉冲压缩技术、频率捷变抗干扰等技术的基础,但是结构复杂,成本相对较高。

相参体制雷达通过系统初始相位可以对接收信号进行相位判断,从而可以进行多普勒信息提取,因此,相参雷达与非相参性雷达的最主要区别在于:相参雷达可以进行多普勒信息的提取,即回波目标与接收者之间有相对径向运动时,接收到的信号频率将发生变化。根据提取的多普勒频率信息,可以进行一系列测量和处理,其主要优势就是能探测运动目标的运动速度,同时,可以在地物杂波抑制、运动目标测量方面起到积极作用。而非相只能利用目标回波的幅度来直接检测目标和测量目标的方位,限制了雷达性能的提高。

注:上述资料部分参考了雷达通信电子战微信公众号、王世远老师所著《船用导航雷达》一书,以及中国兵器工业集团第206研究所叶昊儒老师论文,均为公开发表材料。


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