多功能相控阵雷达既用来监视，又是天气雷达

以太坊行情 2022年07月17日 12:40 191 三恒中国网

本文是关于利用有源电子扫描雷达在美国空域提供天气和飞行器监视功能的研究雷达币。如果关键技术的成本下降得足够多，多功能相控阵雷达可能是目前监视雷达最经济的替代方案，因为所需的雷达数量将减少，维护和后勤基础设施将被整合。

本文介绍了一种雷达配置，能够提供对航站楼和远程飞机进行监视以及天气测量能力雷达币。并设计了一个雷达网络能够包含或者超过目前现有的空域覆盖范围。对关键技术问题进行了研究，包括T/R组件，重叠子阵，数字波束形成器，以及天气以及飞机的后处理算法。最后讨论了与天气和非合作飞机目标监视需求有关的影响。

地面监视雷达网络

美国政府目前运营着四个独立的地面监视雷达网络支持公共航空和特定航空的天气告警，对主要飞机或者隐形飞机进行监视雷达币。这些独立的网络包括：

(i)波长10厘米的NEXRAD或者WSR88-D雷达(Serafin and Wilson, 2000)，国家级天气雷达网络雷达币。由国家气象局（NWS），联邦航空局（FAA）和美国国防部（DoD）共同管理。

(ii)终端多普勒气象雷达（TDWR）(Evans and Turnbull, 1989)，部署在大型机场，用于探测低空风切现象雷达币。

展开全文

(iii)波长10厘米的机场监视雷达(ASR-9 and ASR-11) (Taylor and Brunins, 1985)能够提供航站楼区域主要飞机的监视以及垂直平均的降水反射率测量雷达币。

(iv)波长30厘米的航路监视雷达(ARSR-1, 2, 3 and 4) (Lay et al., 1990)能够提供全国范围内的主要飞机监视雷达币。

后三个网络主要由联邦航空局，尽管美国国防部运营着少量ASR，并对ARSR网络维护负有部分责任雷达币。

MPAR网络能够同时支持气象监视和主要飞机监视，从而减少了地面雷达总数雷达币。此外，MPAR雷达的监视能力可能超过目前运行中的雷达，例如，能够提供更加频繁的气象扫描，以及能够提供主要飞机目标的垂直分辨率和高度估计。

表1总结了目前美国监视雷达的能力雷达币。这些都是近似值，并不能完全反映其能力的变化，例如作用距离和工作模式。需要重点关注的是，目前飞机和气象监视能力的更新率有显著变化，通过使用完全不同的天线模式来实现，低增益垂直“扇形波束”用于飞机监视，只在方位上进行扫描，与之相比，高增益的气象雷达的“笔形波束”则以更低的更新率进行体积扫描。还要注意的是，如果使用一致的单位表示，气象雷达的功率孔径明显超过ASR雷达和ARSR雷达。

天线布局和扫描模式

假设有四个阵面，因此方位扫描角度范围为±45°雷达币。气象功能的角度分辨率和功率-孔径要求决定了各阵面的尺寸。为了补偿波束的倾斜，需要一个宽度为0.7°的侧向波束。

图1 MPAR的脉冲时序

为了满足要求，在S波段，每个阵面大约包含20000个单元，阵面为直径8米的圆形孔径（50m2）.天线增益为46dB或者更高，取决于扫描角度雷达币。假设每个T/R组件能够提供10W的峰值功率，因此每个阵面的总功率为200kW。三种不同的监视功能（终端区域的飞机、在途飞机和气象）分别指定了独立的频率通道。

图2 多功能雷达监视模式设想的波束扫描模式

表2 终端区域的MPAR扫描时间表

功率-孔径

下表比较了MPAR和监视雷达之间的相关功率-孔径雷达币。请注意，计算是针对与多功能雷达的45°扫描角相对应的最坏情况下的天线增益。总体而言，多功能雷达提供了与当前运行天气和监视雷达基本相同的灵敏度，它的功率孔径将大于当前的ASR。

表3 多款雷达功率-孔径的比较

补盲雷达

缩减版MPAR，或叫“补盲雷达”，可以在机场提供约30海里的飞机监视，以及天气监视和风切变保护服务雷达币。在30 nmi下检测1平方米的飞机目标要求孔径由每个面约2000个TR阵元，比上述系统小10倍。

然而，如果部署为填充圆形阵列，那么这个数量的阵元将产生2.2 °x 2.2°波束，这个分辨率对监视功能来说是不够的雷达币。虽然单脉冲技术可用于提高飞机的角度分辨率，但在存在多个密集目标和地杂波的情况下，该技术存在问题。此外，单脉冲雷达不适用于分布式天气目标的检测。

图3 有源阵列的典型方向图和灵敏度

用较少数量的阵元实现高角度分辨率的另一种方法是采用双密度阵列：以大约一半波长间距的密集阵列嵌入到多个波长间距更大（物理尺寸）的稀疏阵列中雷达币。内部的密集阵列用于发射具有极低旁瓣的中等宽度波束，稀疏阵列用于形成更窄的接收波束。接收时有栅瓣，但这些栅瓣位于发射波束的低副瓣区域。

本文来自用户翻译，未完待续...需要完整英文原文的请给“ 雷达通信电子战”微信公众号发送“ 220628”查看雷达币。

标签：雷达相控阵监视多功能用来