[科普中国]-频率捷变雷达

频率捷变雷达是指发射的相邻脉冲的载频在一定频带内随机快速改变的脉冲雷达。这种雷达可以有效地对抗窄带瞄准式有源干扰，而且还具有加大探测距离、提高测角精度、抑制海浪杂波等优点。大多数军用雷达都采用这种体制，并已逐渐推广到民用船载雷达。频率捷变雷达可分为非相干频率捷变雷达和全相干频率捷变雷达两类。

组成部分非相干频率捷变雷达 采用频率捷变磁控管作为振荡源的雷达。这种雷达于60年代初期研制成功，当时采用了旋转调谐磁控管作为频率捷变磁控管。这种磁控管后来也常为非相干频率捷变雷达所采用。这种雷达主要由频率捷变磁控管、压控本振器和频率跟踪器三部分组成

频率捷变磁控管

常用的有旋转调谐、抖动调谐、精确调谐、音圈调谐、压电调谐等。在低微波段主要采用旋转调谐；在高微波段主要采用压电调谐。

压控本振

60年代采用返波管，70年代以来主要采用变容管（见微波二极管）调谐微波半导体振荡器。在低微波段常用晶体管振荡器；在高微波段则常用体效应管（见晶体二极管或场效应管（见晶体三极管振荡器。

频率跟踪器

预测磁控管的发射频率（或直接利用磁控管频率传感器给出的频率读出信号），使压控本振频率跟上磁控管腔体调谐频率的变化，并在雷达发射时根据准确的发射频率对本振进行微调，使其和发射频率相差一个中频。

非相干频率捷变雷达结构简单，易于实现，造价低廉，但是不易控制发射频率，发射信号的频率稳定度差，无法和动目标显示体制兼容。1

新式雷达全相干频率捷变雷达主要是由主振放大链构成的频率捷变雷达。这种雷达于 60年代后期研制成功（图2）。全相干频率捷变雷达的核心是捷变频率合成器，它能产生快速捷变的发射信号和本振信号，而且频率稳定度很高。这种频率合成器通常用晶振-倍频链直接合成，或者是用高速锁相环间接合成，所产生的发射信号经过功率放大链放大后发射出去。功率放大链的前级通常采用小功率和中功率行波管，末级则常采用大功率行波管、行波速调管或正交场器件(见正交场放大管)。

全相干频率捷变雷达易于实现可控捷变，可以和脉冲压缩、动目标显示等体制相结合；但是造价昂贵，技术复杂。1

性能频率捷变雷达具有抗干扰能力强、增大探测距离、提高测角精度和抑制海浪杂波干扰等主要优点。

① 抗干扰能力强：专为提高抗干扰能力而设计的频率捷变雷达，脉间最大频差可达到雷达的整个工作频带。由于发射载频作脉间捷变，有利于防止侦察。它具有很强的抗瞄准式有源干扰的能力，因为干扰机很难跟上雷达脉间捷变的调谐速率。即使干扰机采用极高速率的电子调谐，也只能在接收到雷达信号后才能跟上。为有效地干扰频率捷变雷达，必须采用宽带阻塞式干扰。这就迫使干扰机把功率分散到很宽的频带上去，从而降低干扰的功率密度。

② 增大雷达的探测距离：由于频率捷变雷达把目标回波的慢起伏变为脉间不相关的快起伏，从而减小了起伏损失，增大了探测距离。频率捷变的增益主要取决于独立脉冲数。为使相邻脉冲不相关，要求相邻频差大于临界频率。这一临界频率和目标的径向尺寸成反比，通常约在几十兆赫范围内。实测表明，在高检测概率（80%以上）时，频率捷变雷达的探测距离比固定频率雷达大20%～30%。

③ 提高测角精度：跟踪雷达在近距离的测角误差，主要是由目标视在反射中心的抖动所引起的。采用频率捷变后也可以使这种角度误差由慢抖动变为快抖动，然后被伺服系统的大时间常数所平滑。单脉冲跟踪雷达采用频率捷变后，可以把近距离的跟踪精度提高2～3倍。对于圆锥扫描雷达，虽然频率捷变也可减小角度抖动，但却增加了在扫描频率附近幅度起伏的分量，因而频率捷变的效果不如单脉冲雷达显著。

④ 抑制海浪杂波干扰：同一距离单元的海浪杂波通常有较长的相关时间，因而不能依靠积累的方法来抑制。采用频率捷变可以去除海浪杂波的相关性。虽然这时目标回波也会失去相关性，但幅度起伏的方差减小而更接近平均值，因而采用积累后可以改善杂波上的可见度。1

其他优点频率捷变雷达还有很多其他优点，如能减小回波幅度起伏的方差，提高对雷达目标截面积测量的精度，从而提高地貌测量雷达对目标性质的分辨能力。此外，它还能消除工作在相同频段雷达间的相互干扰，消除由超折射引起的二次或多次环绕回波等。使用中的非相干和全相干雷达大多数可以改装为频率捷变雷达，尤其是非相干雷达更易改装。1

主要缺点频率捷变雷达的主要缺点是不易与动目标显示和脉冲多普勒体制兼容。只有全相干雷达可采用分组捷变的方法，部分地解决这个问题。脉间捷变和动目标显示完全兼容，只能在近程、高重复频率雷达中才能实现，但构成更为复杂。1

趋势频率捷变雷达正向自适应方向发展。自适应抗干扰频率捷变雷达能测出干扰信号频谱中的最弱点的频率，并自动地快速捷变到这一最弱点。自适应频率捷变跟踪雷达还能自动跳到回波幅度最强即角度误差最小的频率。人们正在研究把频率捷变同自适应旁瓣对消技术结合起来，以便同时具备对抗自备式干扰机和掩护式干扰机的能力。1

干扰方法无源干扰法FAR是利用发射频率的变化来抗干扰的一种措施，而无源干扰的最大特点是所反射的回波信号频率和雷达发射频率相一致，因此是无法用选择的方法加以消除的，不管是非相参FAR还是全相参FAR。无源干扰实际上是人为有意投放的无源反射体，这些反射体和真实目标一样也能有效的反射无线电波，它的直径只有几十微米，而长度正好等于雷达工作波长的一半，因而可以在雷达的工作频率发生谐振，通过投放大量的反射体，可以形成相当强烈的干扰杂波，而且还会使回波信号产生衰减。由于它制作简单、成本低廉、易于投放，是一种较为理想的消极干扰方式。它的缺点是：a.必须事先测定被干扰对象的工作频率；b.反射体在空中停留时间难于控制，因而，干扰杂波存在的时间和空间受到一定的限制；c.预先在己方飞机必须经过的空中走廊投放反射体，容易暴露作战企图。2

宽带阻塞噪波干扰法由于FAR的工作频率往往在很宽的频带上捷变，为了达到同样的干扰效果，可以采用宽带阻塞式噪波干扰法，用阻塞覆盖雷达工作频段。由于干扰带宽比窄带瞄准式干扰的要宽得多，阻塞带宽要大于或等于雷达捷变带宽，致使干扰密度下降。若要达到同样的功率密度，必须大大提高干扰功率，这对于微波器件来说是很不容易的，体积和功耗的增加也是不允许的。例如，用窄带瞄准式干扰法，能在X波段10MH：带宽内产生20W的干扰功率，即功率密度为ZW/MHz。但对于宽带阻塞干扰，当带宽为500MHz，为了同样的功率密度和干扰效果，干扰机就必须产生1000W的功率，显然，这样大的干扰功率是很难承担的。

形成宽带阻塞噪波干扰的方法有下列三种：

A.使用单部干扰机。采用单部干扰机的优点是，有效辐射功率高，使用一个噪声源比使用多个噪声源易于控制，便于观察干扰的效果。缺点是，由于微波管幅频特性的不均匀性、传输线问题和天线控制误差等原因，功率谱有“缺口”；另外，可靠性比较差，一旦单部干扰机失效，则全部干扰功率都将损失掉和失去干扰对象，因此现在很少应用。

B.用具有相同中心频率、带宽、功率、天线覆盖的多部干扰机进行“迭加”。使用多部干扰机迭加的优点是：可靠性高，如果一部干扰机失效，其它几部干扰机可以进行补偿；由于各干扰机的频谱因天线安装、管子特性等随频率变化而变化，但几部干扰机功率迭加以后，就可以做到比较平坦而无太多的功率泄漏，因此干扰频谱较平坦。存在的主要缺点：a.同一频带上，必须重复使用同样的多付收、发天线，它们之间互为负载，会影响发射功率，对结构也有很严格的要求；b.迭加时，每部干扰机都要求有很宽的带宽，都有带外损失。.在整个干扰带宽内，不管是否必要，都需要覆盖整个雷达工作频带，因此，能量损失较大。

C.使用多部干扰机，每部的频带都较窄，中心频率错开，形成“参差”，以覆盖整个欲干扰的频带。使用多部干扰机“参差”的优点是：只需要一付收发天线，对结构要求不严格，容易实现，可以集中干扰功率用于所需要的干扰频带上，而对侦察设备所指示无雷达工作的那部分频带可以不进行干扰。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所