无源雷达的发展历史和趋势

TAG 无源雷达的发展历史和趋势 2019-6-13 From InterNet By 呆呆 hits

一.无源雷达的名称讨论

无源雷达( passive radar),是指这种雷达没有辐射源,它是借用空间已有的电波,照射到目标所形成的回波来探测目标。                                
从雷达的基本原理,从经典型式的雷达,来看如今广受关注的无源雷达,这两者的区别在于其组成部分。经典雷达都是由发射机产生所需频段的电波,经天线辐射到空间,照射待测目标。后者却无发射机,照射目标的电波是借助空间已有的电波,这称作雷达以外的辐射源。这种雷达称作无源雷达,也称作外辐射源雷达(external sources)。由于雷达自身不辐射电波,这就导致雷达定位方法、信息处理等相关问题也随之改变。
 
相控阵雷达
 
无源定位雷达系统的工作原理
 
从雷达本身看,它是无辐射源,实际上是有源,这源是外部辐射源。另外,这种雷达是一种隐形雷达,雷达的克星反辐射导弹是追踪雷达辐射波,並对此实施攻击。无源雷达不向空间辐射电波,也就会让反辐射导弹找不到雷达所在地,因此无源雷达就是真实意义上的隐形雷达,无须采用隐身材料和减小雷达装置夲身的散射、反射和绕射波。
 
除此而外,这种雷达可以看成被动雷达,因为它是不主动发射,是被动接收。
 
无源雷达还称作无源隐蔽雷达和无源相干雷达。这是基于它使用机会辐射源或协同辐射源工作,这是将来自辐射源的直达波与由运动目标的反射波相关联,由已知的收、发位置作为椭圆面的两个焦点,构成椭面。再通过使用多个辐射源和多个接收机,以确定多个椭面相互交叉点。並确定目标方向。最终获取目标位置信息。
 
总之,以无源雷达冠名较确切,好与有源雷达相区别。而其它名称没有唯一性。外辐射源可以多个,不像早先仅利用唯一外辐射源。
 
 
二.无源雷达的源头
1.无源雷达的概念是怎样形成的呢?
早在1922年,美国海军研究实验室(NRI)有两位研究人员:Taylor和Young
 
在进行电波传播试验时,用两部电子装置,发射60MHz连续波信号,在无意中发现了河中正在航行的木制船,这一收获成了他们试验的副产品。
 
1930年,美国海军研究室Hyndland等人,在利用测向仪试验时,偶然间捕捉到3.2公里外的一架飞行的飞机,使用频率为33MHz。
 
1932年,Taylor、Young和Hyndland一同用两部电子设备,如同现在的双基地雷达的简单配置,探测到80公里外的飞机。
 
2.无源雷达的诞生
在这些工作的基础上,1933年6月,他们申报了题为“通过无线电波探测运动物体的系统”的专利。该专利的要点是:利用一部无线电发射台,发射连续波信号,另外配置两部接收装置,分别置于两地,来测量运动物体的回波信号的多普勒频移,从而确定该物体位置。
 
应当指出的是,学术界认为雷达的创始人是1917年,罗伯特·沃特森·瓦特(Robert Watson-Watt)成功设计雷暴定位装置,宣告雷达的诞生。
 
而1922年,英国马可尼(M.G.Marconi)在无线电工程师学会(IRE)领奖时,提出船用防撞雷达测角的建议。发表演说的题目是可防止船只相撞的平面测角雷达。他提岀的船用雷达的时间也是1922年,与美国海军研究实验室的工作,有一定的相关性,但他们都是独立工作的。
 
1935 年,英国的 Arnold  Wilkins 首次借助外部辐射源进行了雷达探测研究,这就是著名的 Daventry 试验。这是无源雷达的真正意义上的试验。这次试验在英格兰中部的北安普敦郡 Daventry 镇,采用的辐射源是 Daventry和BBC(1.8-30MHz)发射台,频段为短波,接收装置分别设置在两部运输车上,探测距离12公里外,目标是英国皇家空军(RAF)Heyford重型轰炸机。收、发间距10公里。
 
在此试验完成后,于次年成立新型雷达研究所,命名为Bawdsey,所长由罗伯特.沃森担任。此后,英国在东南海岸部署一系列雷达,其中沿Channe1海岸部署的就是无源雷达。
 
3.无源雷达的实用化
在二战期间,雷达得到快速发展,无源雷达走向实用化。1943年,首次用于战争环境的双基地外辐射源雷达是德国研制的“Klein  Keidelberg”雷达,以英国海岸警戒雷达 Chain Home 的发射机为辐射源,通过安装在丹麦的接收机来搜寻目标的反射信号,这种接收机抗干扰性能较好。对从英国起飞的战机进行探测和定位,能探测到450 公里外的战机,精度较差大约为 10km,但在当时很好的完成了对盟军轰炸机的预警任务。
 
三.无源雷达的“休眠”期
二战后,全球大规模战争已经全面结束,后来美苏处于冷战。我国自建国至改革开放以前,经历了抗美援朝战争,到六十年代,经历文革,在这一段时间,全国主要围绕“两弹一星”的研制,就是文革期间也没有停止。
 
改革开放以后,国内各行业协会相继恢复工作,国内外学术交流全面展开。从这方面看,我国雷达学界对无源雷达关注很少。但从国际环境看,战争推动武器发展力量减弱,各主要国家转向空间开发。
 
20世纪50年代中期,研制出实用型舰载相控阵雷达。20世纪50年代末期,美国研制了有源相控阵雷达。1964年,美国安装了第一部空间轨道监视雷达,用于监视人造地球卫星或空间飞行器。70年代,英、法、日、意、德、瑞典等也都装备了相控阵雷达。
 
卫星上天,导弹射程不断更新,花样愈来愈多,而雷达的发展也伴随着这些研制工作开展和创新。有源雷达是发展的总趋势。另外,雷达夲身没有感受到威胁。自身安全问题不突出。但到八十年代以后,有伊拉克战争、科索沃战争、阿富汗战争等,隐身飞机、电子干扰、反辐射导弹的出现,雷达倍受威胁,雷达隐身问题愈加突出,雷达机动、多站布防、雷达开机受限等推出,加上数字技术、成像技术、网络技术、计算机技术、电子器件小型化和集成化及模块化飞速发展,给无源雷达的发展奠定了基础,提供了重要条件。
 
四.为什么无源雷达倍受关注
自二战以来,德国、美国、前苏联、英国、法国、日本、瑞典、加拿大等国都在研制和发展自己的隐身技术。就美国而言已有的隐身飞机和隐身无人机就超过20种,典型的隐身飞机有F-117A、B-2A、F-22、F-35等。还有隐身导弹、隐身舰艇等。
 
在以往的巴拿马战争、海湾战争、科索沃战争中,F-117A和B-2A显示出很强的隐身能力,像幽灵一般,神出鬼没,创下了辉煌战绩。它显示岀隐身战机具有以往没有的突防能力、攻击能力,效费比大大提高,也标示着高科技大大增强了战斗力,给未来的空防系统提出了新的更高要求。
 
2014年2月,英国国防部和BEA系统集团联合对外宣布首架隐形无人战机“雷神”。该机可与美X-47B和法国研制的“神经元”无人机相提並论。这一研制动向表明:无人机以隐身技术武装,再加上飞行速度的提升,使其突防能力大增,将成为未来战场的主力军。无人机系统有可能成为全球打击的有效工具。另外,高超音速飞行器的加速研制,这些变化给空防系统提出了新的巨大挑战。
 
现代有源雷达面临如下威胁:隐身飞行器、电子干扰、超低空突防、反辐射导弹、临近空间的高超音速飞行器。实际上是隐身技术、高超音速技术、电子干扰组合使用于各种飞行器身上,再在战略和战术上灵活机动,例如导弹变轨,子母弹,高超音速飞行器的自主飞行,无人机的“感知化”,无人机低空突防等,这给地面防空系统,特别是雷达,带来的冲击和挑战是巨大的,其应对策略必须有大的变革。
 
过去的局部战争的警示和现代的导弹、无人战机、高超音速飞行器等突防能力的巨大威胁,迫使雷达变革,适应未来战争的需要。应对这些威胁无源雷达应运而生,势在必然。虽然它不是现在才有的雷达,但它却富含了现代科技的新元素、新成果,也是多学科融合的产物。