[科普中国]-相控阵风廓线雷达-

相控阵风廓线雷达是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气风场等物理量进行探测的遥感设备。相控阵风廓线雷达体制适用于各种高度的探测，成为目前普遍采用的技术体制。它在大气科学研究、数值天气预报、灾害性天气预测、航空安全保障等很多领域都起着非常重要的作用。1

简介风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气风场等物理量进行探测的遥感设备。根据天线制式的不同，风廓线雷达可以分为两大类：一类是采用相控阵天线的风廓线雷达；另一类是采用抛物面天线的风廓线雷达。相控阵风廓线雷达体制适用于各种高度的探测，成为目前普遍采用的技术体制。近年来，也出现了抛物面天线的风廓线雷达，但由于发射功率等技术条件的限制，抛物面天线风廓线雷达的探测高度仅限于边界层。

原理及构造相控阵风廓线雷达系统组成原理与一般的相控阵雷达大致相同。同样由相控阵天线、馈线系统、发射机、接收机、频率源、信号处理及监控分机等几部分组成。一般认为，天馈、发射接收机和监控分机构成了相控阵风廓线雷达的硬件部分，信号处理器和数据处理构成了相控阵风廓线雷达的软件部分。相控阵雷达的接收发射系统有集中式、子阵分布式和单元分布式三种。集中接收发射系统最为简单，但其性能是三种方式中最差的天线单元分布式的接收发射系统性能最好，但是因为需要使用更多的发射接收组件组件，其设备成本最高。折中考虑设备造价和系统性能两方面的因素，相控阵风廓线雷达一般选择子阵分布式的收发系统。

主要特点相控阵雷达与常规雷达相比,其主要特点如下：

（1）电扫描天线固定由于天线不需要机械驱动，尺寸可以做的很大，目前地面预警相控阵雷达的天线长达百米,宽达几十米，因而提高了雷达威力，增加了雷达探测距离，不存在机械扫描误差，角跟踪和距离跟踪精度高,天线可以做的很牢固，具有较好抗爆能力。

（2）波束理想灵活：天线阵列可同时形成多波束，各个波束又具有不同的功率、波束宽度、驻留时间、重复频率和重复照射次数等,并且这些波束可以分别控制和统一控制。这样,其中有些波束可用作一般搜索，有的可作为重点搜索，有些波束可用来跟踪目标等。因而，大型相控阵雷达具有多功能和对付多目标的能力。此外，波束扫描不受机械惯量的限制，波束移动很快，可以在几微妙内指向预定的方向，比一般的机械扫描要快万倍，因此，对相控阵雷达来说，即使波束很窄，由于波束移动的很快，在不降低测量精度的条件下，可保持一定的数据率。更重要的是，相控阵雷达可以突破电波在空间传输所需时间的限制，从而具有较高的数据率。

（3）辐射功率大：由于相控阵雷达可采用与辐射单元一样多的发射源，因此总发射功率可以大大提高，通常情况下，成千上万个发射源合成的总功率可以达到十凡兆瓦至几十兆瓦，加上大尺寸的天线，使得相控阵雷达能较方便的把探测导弹头的作用距离提高到十万米以上。

（4）自适应能力强：电子计算机已成为相控阵雷达的“大脑”，它能根据变化多端的空情实时确定雷达的最佳工作方案，己满足各种复杂要求。例如，它能记忆空中原有目标的批量及其所在轨道的参数，在发现新目标后，能够同原有记忆对照及时加以识别，并按其需要分类加以处理监视、跟踪和制导等。也就是说，相控阵雷达具有高度的自适应能力。

（5）可靠性高：由于天线阵列中的辐射单元很多，并联工作的发射源和电路也很多，即使其中的部分组件损坏时，对雷达的性能影响也不大。例如,在工作中有的阵列元件损坏时，天线增益只不过降低，相当于抛物面天线中辐射器产生的孔面阴影一样，对天线方向图和方向系数的影响都不大。又如多部发射机工作时，部分发射机失效，也不会严重影响雷达工作，此外，由于大量的采用低功率发射组件，而且天线阵列不需要使用故障率较高的机械转动装置，可以有效地解决高频馈电部分的高压击穿问题。这样一来，相控阵雷达的可靠性就大大提高了。

（6）抗干扰性能好由于波束的形状和扫描方式可以改变，脉冲重复频率和宽度也可以改变，在一定范围内工作频率和调制方式也可以改变。显然,这种方便的信号处理和灵活的控制便于综合运用抗干扰技术。例如综合运用单脉冲、脉冲压缩、频率分集、频率捷变和旁瓣抑制等技术，既提高了测定目标的精度又提高了抗干扰性能。可以说，相控阵雷达是目前最具有抗干扰潜在性能的一种雷达体制。

（7）扫描范围有限目前平面天线阵产生的波束通常在立体角。为了在半球空域内监视目标，往往需要采用到个平面阵。

（8）体积庞大，结构复杂洲际弹道导弹预警系统的相控阵雷达通常有上万部发射机和接收机，雷达高达十几层楼房，占地面积万平方米，由此可见体积庞大，结构复杂，因而其造价也相应的很高，维护费用也大，但与达到同样性能的超远程机械扫描雷达相比，后者造价更高，并且这些雷达彼此不易控制，难以协调工作。因此,相控阵雷达仍是优选的方案，得到了大力发展。

应用相控阵风廓线雷达是一种特殊的测风雷达，它广泛应用于大气状况的监测为环境影响评估提供污染气象资料，提高了对雷暴、大风等灾害性天气的预报水平可以监测、预报森林火灾的发生及蔓延为领航台制定节省燃料的航线为武器阵地、靶场、基地等场所提供所需的空中气流数据等。

本词条内容贡献者为:

郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学