火控雷达系统的演.ppt

火控雷达火控雷达传感器系感器系统1.火控雷达包含了雷达扫描系统和火力控制系统，是通过计算机辅助系统，实现对整个武器系统的综合有效利用的过程。一般在综合武器平台如飞机、军舰（都携带多种可并发的武器）上使用。可以现实获取战场态势和目标的相关信息；计算射击参数，提供射击辅助决策；控制火力兵器射击，评估射击的效果。特点:现代火控雷达通常都具有多种有效的抗干扰手段以及良好的低空探测和跟踪能力，并具有自动化程度高、系统反应时间短、生存能力强、可靠性高等特点。火控雷达的出现，不仅使火控系统具有全天候防御能力，也大大提高了系统的防空效力和自动化作战能力。火控雷达不仅与指挥仪、光学装置以及电视、激光、红外线等光电设备配合使用，近十多年来已开始于战场目标指示雷达等结合形成综合防空体系，以提高多目标探测能力和电子对抗能力。火控雷达是什么？2.机载火控雷达3.舰载火控雷达4.车载火控雷达5.分类介绍按工作体制分类:单脉冲雷达、有源相控阵雷达等。有源相控阵雷达：相控相控阵雷达雷达是用是用电的方式控制雷达波束的指向的方式控制雷达波束的指向变化化进行行扫描的，描的，这种方式被称种方式被称为电扫描。描。相控阵雷达使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达又分为有源（主动）和无源（被动）两类。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此，也使得有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点，大有取代无源相控阵雷达的趋势。6.有源相控有源相控阵雷达采用数量众多的雷达采用数量众多的发射射/接收模接收模块，每一个，每一个辐射器都射器都是一个是一个发射射/接收模接收模块，每一个，每一个辐射器都自己射器都自己产生和接收生和接收电波（波（这是有是有源与无源的区源与无源的区别，无源相控无源相控阵雷达雷达只有一个中央只有一个中央发射机和接收机，射机和接收机，发射的能量由射的能量由计算机算机分配到天分配到天线上的每一个上的每一个辐射器。），而且采用射器。），而且采用电扫描方式。根据描方式。根据电扫方式，相控方式，相控阵雷达雷达大体可分大体可分为全全电扫相控相控阵和有限和有限电扫相控相控阵两大两大类，全，全电扫相控相控阵又可称固定式相控又可称固定式相控阵，即在方位上，即在方位上和仰角上都采用和仰角上都采用电扫，天，天线阵是固定不是固定不动的。有限的。有限电扫相控相控阵是一种是一种混合混合设计的天的天线，即把两种以上天，即把两种以上天线技技术结合起来，以合起来，以获得所需要的得所需要的效果，起初把相效果，起初把相扫技技术与反射面天与反射面天线技技术相相结合，其合，其电扫角度小，只角度小，只需少量的需少量的辐射射单元，因此可大大降低元，因此可大大降低设备造价和复造价和复杂程度。天程度。天线阵，根据根据扫描情况可分描情况可分为相相扫、频扫、相、相/相相扫、相、相/频扫、机、机/相相扫、机、机/频扫、有限、有限扫等多种体制。相等多种体制。相扫系列利用移相器改系列利用移相器改变相位关系来相位关系来实现波波束束电扫。频扫是利用改是利用改变工作工作频率的方法来率的方法来实现波束波束电扫。相。相/相相扫是是利用移相器控制平面利用移相器控制平面阵两个角坐两个角坐标实现波束波束电扫。相。相/频扫是利用移相是利用移相器控制平面器控制平面阵一个坐一个坐标而另一坐而另一坐标利用利用频率率变化控制来化控制来实现波束波束电扫机机/相相扫是在方位上采用机是在方位上采用机扫、仰角上采用相、仰角上采用相扫。机。机/频扫是在方位是在方位上采用机上采用机扫、仰角上采用、仰角上采用频扫。7.国内外国内外发展展现状状目前世界上技目前世界上技术先先进国家逐步在多种厘米和毫米波段雷达国家逐步在多种厘米和毫米波段雷达导引引头中引入相控中引入相控阵技技术，如美国、俄，如美国、俄罗斯和英国等，斯和英国等，这方面美方面美国一直走在世界的前列。国一直走在世界的前列。美国于美国于1987年年实施施轻型外大气型外大气层射射弹（LEAP）计划，并由划，并由马丁丁玛丽埃塔公司配套研制了用于埃塔公司配套研制了用于导弹拦截的毫米波平面相控截的毫米波平面相控阵雷达雷达导引引头，导引引头采用多模采用多模块封装与高封装与高密度密度连接（接（HDI）技）技术，取消了大量引，取消了大量引线，结构小而构小而紧凑。另据凑。另据报导，美国国防高，美国国防高级研究研究计划局（划局（DARPA）已投）已投资开开发出微型出微型机机电系系统（MEMS）电子子扫描天描天线阵（ESA）导引引头，作，作为低成低成本巡航本巡航导弹拦截器的截器的电子子导航航单元，它有元，它有X和和Ka两种工作两种工作频段，段，其关其关键器件是采用器件是采用MEMS技技术集成的集成的4位移相器，使成本降低了一位移相器，使成本降低了一个数量个数量级，功耗降低了两个数量，功耗降低了两个数量级。英国英国简氏氏导弹与火箭与火箭2002年年4月月报道，俄道，俄罗斯安泰斯安泰设计局已研制出一个可用于局已研制出一个可用于导弹制制导的模的模块化相控化相控阵天天线单元，元，这些天些天线单元有毫米、厘米和分米元有毫米、厘米和分米三个工作三个工作频段。另据法国段。另据法国航宇防航宇防务2003年年5月月12日日报道，英道，英国国QinetiQ公司公司对其其I波段（波段（X波段）波段）电扫描描阵列（列（AESA）天）天线进行了成功的行了成功的闭环试验。此外，具有与此外，具有与弹头共形的曲面毫米波相控共形的曲面毫米波相控阵雷达雷达导引引头国外也早已在开展技国外也早已在开展技术攻关研究，但由于攻关研究，但由于阵元配置、元配置、波束控制及波束控制及馈电结构等构等问题，还存在存在诸多困多困难。8.主要关主要关键技技术分析分析1.天天线阵列的列的热设计天天线阵列的列的热设计是相控是相控阵雷达雷达导引引头研制成研制成败的关的关键要素之一。在有要素之一。在有源固源固态相控相控阵雷达雷达导引引头中，中，问题显得尤得尤为突出。因突出。因为天天线阵中中T/R组件的密件的密度很大，它度很大，它们的的间隔隔仅为波波长的一半左右，在的一半左右，在X波段波段这个个间隔大隔大约是是15mm。这是由两个是由两个组件中心算起的件中心算起的间隔，因此在隔，因此在阵列中，列中，T/R组件的件的间隙很小。假定隙很小。假定每个每个组件件产生的脉冲功率生的脉冲功率为5W，工作比，工作比为20%，平均功率，平均功率为1W，放大器的，放大器的效率效率为25%，则有有3W的功率要的功率要变为热量。若量。若阵列中含有列中含有200个个T/R组件，件，则有有600W的功率的功率变为热量。要在天量。要在天线阵面有限的空面有限的空间内散内散发如此大的如此大的热量，可量，可见问题的的严重性。重性。对于相控于相控阵雷达雷达导引引头，除了有温度梯度要求外，除了有温度梯度要求外，还要考要考虑与与导弹气气动外形的匹配以及气外形的匹配以及气动加加热等因素的影响，因此，等因素的影响，因此，对于天于天线阵列列的散的散热，不宜采用自然散，不宜采用自然散热或或强迫迫风冷等方式，而必冷等方式，而必须采用其他人工散采用其他人工散热方方式并式并进行控制。行控制。弹载条件下，可采用条件下，可采用热管温控系管温控系统，将，将T/R组件上的件上的热传到到阵面上，面上，阵面壁板本身采用无芯面壁板本身采用无芯热管，通管，通过它将它将热传至至阵外与外与热交交换器器进行交行交换。这种方案控制温度灵敏，精度高，可种方案控制温度灵敏，精度高，可获得得较低的低的阵内温度梯度，但内温度梯度，但结构构较为复复杂，设计中需要充分考中需要充分考虑如何将如何将热源的源的热有效有效传递到壁板上。到壁板上。9.2微波微波馈电网网络的收的收发一体化一体化设计天天线阵列的列的馈电主要有主要有强制式制式馈电、透、透镜式空式空馈和反射式空和反射式空馈三种方三种方式，其中式，其中强制式制式馈电和透和透镜式空式空馈较适宜适宜弹载条件下使用，但条件下使用，但强制制馈电的的馈线较为复复杂，小型化，小型化设计和制造是个和制造是个难点，而点，而对于有源条件下的透于有源条件下的透镜式式馈电，小焦距直径比（，小焦距直径比（f/d）透）透镜背面的均匀照度背面的均匀照度难于保于保证，从而，从而导致孔径利用致孔径利用损失，一般失，一般倾向于采用向于采用强制制馈电方式。方式。为减小天减小天线阵列的重列的重量和体量和体积，给T/R组件散件散热创造条件，减小微波造条件，减小微波馈电网网络的加工量，的加工量，设计中中应考考虑将收将收发馈电网网络合并，合并，进行一体化行一体化设计。3捷捷联去耦去耦相控相控阵雷达雷达导引引头的天的天线阵列与列与弹体固体固连，弹体的俯仰、翻体的俯仰、翻滚、偏流等、偏流等剧烈的姿烈的姿态运运动都将直接影响到都将直接影响到导引引头对目目标的截的截获与跟踪，必与跟踪，必须实现刚性性连接条件下的捷接条件下的捷联去耦，以隔离去耦，以隔离弹体体扰动对天天线波束指向的影响。波束指向的影响。随着随着惯导器件的器件的发展，展，惯性器件可以不需要平台隔离，能承受性器件可以不需要平台隔离，能承受较大的角大的角速度和角加速度，另外，数字速度和角加速度，另外，数字计算技算技术的快速的快速发展，也使得以数字方式展，也使得以数字方式对弹体体扰动造成的天造成的天线波束指向偏差波束指向偏差实施施实时修正修正较易于易于实现。因此，。因此，可以采用数字捷可以采用数字捷联平台，平台，实现相控相控阵雷达雷达导引引头的的扰动去耦去耦,稳定天定天线波波束在束在惯性空性空间的指向的指向10.4.数据数据处理理相控相控阵雷达雷达导引引头的数据的数据处理的核心是理的核心是导引引头最最优地完成其常地完成其常规和突和突发事件的一事件的一系列系列算法，算法，如：如：对经过滤波波处理的目理的目标当前数据及当前数据及预测数据数据进行行处理，理，提供波束指向控制指令；提供波束指向控制指令；进行大量相关行大量相关处理，提供目理，提供目标航迹；航迹；进行行调度度处理，提供何理，提供何时以何种以何种频率和波形率和波形工作的模工作的模式指令等等，其式指令等等，其显著特点是多用著特点是多用户、多任、多任务和和实时性。数据性。数据处理的主要任理的主要任务包括：包括：产生波束生波束驻留指令，包括波束的角位置、留指令，包括波束的角位置、发射射时间、频率、波形、脉冲周期、率、波形、脉冲周期、检测门限、波束限、波束驻留留标志等；志等；对波束控制和信号波束控制和信号处理等理等实施施统一管理一管理处理目理目标回波数据，包括回波数据，包括检测、跟踪及相关、跟踪及相关处理；理；为控制系控制系统提供所需的数据（指令）提供所需的数据（指令）使使导引引头、计算机算机资源与整个任源与整个任务负载相匹配相匹配11.检测设备与有源相控雷达的天线系统12.优点：有源相控阵雷达波束指向非常灵活、迅速；一个雷达可同时形成多个独立波束，同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；多目标接战能力强，能同时监视、跟踪多个目标；抗干扰性能好。另外，相控阵雷达的可靠性高，即使少量发射/接收模块失效仍能正常工作。缺点：不过，相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90到120由于一般的火控雷达都是主动发射电磁波，因此容易暴露自身位置，成为对方攻击和干扰的目标。13.有源相控阵雷达14.中华神盾052C导弹驱逐舰15.中华神盾16.辽宁舰17.辽宁舰上的有缘相控阵雷达18.