3D雷達技術的類型 3D雷達的未來趨勢

3D雷達是一種可提供范圍，高度和方向的三維視圖雷達。長期以來，人們一直需要3D雷達提供的信息，特別是用于防空和攔截。在3D雷達之前，這是通過單獨的搜索雷達（給出范圍和方位角）和第三個單獨的雷達來實現(xiàn)的，用于確定高度的高度查找。全固態(tài)3D主雷達結(jié)合了最新的空中和天氣監(jiān)測技術。它提供準確的飛機位置信息，包括飛行高度。即使在極端天氣條件、地面雜波和自然或人為干擾下，也能實現(xiàn)這些檢測和 3D 位置估計功能。與更常見的二維雷達不同，3D 雷達提供三維雷達覆蓋。普通 2D 雷達提供距離和方位角，而 2D 雷達提供具有距離和方位角的高程信息。應用包括天氣監(jiān)測、防御和監(jiān)視。

2D雷達：空中監(jiān)視雷達覆蓋雷達周圍一定大小的區(qū)域內(nèi)，并且必須偵聽回波信號。其天線方向圖針對特定任務進行調(diào)整。大多數(shù)情況下，天線形成旋轉(zhuǎn)的扇形波束或余割方形天線方向圖。這種形式的體積掃描稱為二維雷達。這種雷達只能測量兩個坐標來確定目標的位置。它只能將兩架疊加的飛行飛機檢測為單個（但隨后更大）目標。對于第三個坐標，高度信息（仰角或根據(jù)高度計算）， 在雷達技術開始時（大約第二次世界大戰(zhàn)和戰(zhàn)后時期），必須組合使用 2 個雷達。其中一個雷達用作監(jiān)視雷達，第二個雷達設備專門用作所謂的 高度查找器。搜索雷達和高度探測器這兩種類型只能測量兩個坐標。在這兩種情況下，它都是2D雷達設備。在軍用雷達使用中，成本因素起著從屬作用。但是，空中交通管制中的雷達不能太貴。因此，這里主要只有2D雷達用于空中監(jiān)視。然后由輔助雷達提供高度信息。

如果所有三個空間坐標的測量都是在雷達系統(tǒng)內(nèi)進行的，則稱為3D雷達。

3D雷達的一種特殊形式是使用非常窄的鉛筆光束的天氣雷達。每次掃描旋轉(zhuǎn)后，天線仰角都會改變，以便下一次探測。這種情況將在多個角度重復，以掃描最大范圍內(nèi)雷達周圍的所有空氣量。對于天線向各個方向旋轉(zhuǎn)和傾斜的完整周期，但最多需要 15 分鐘。這種時間方法不適合空中監(jiān)視雷達，因為非?？斓娘w機可以在很短的時間內(nèi)行駛很遠的距離。一架超音速的飛機在這個間隔內(nèi)行駛了近 300 公里！

在用于空中監(jiān)視的3D雷達最初是一項大量的技術工作。在3D雷達中，必須并行存在多個接收通道， 雷達天線在接收時間內(nèi)必須部署多個天線方向圖。這種雷達，例如中功率雷達（MPR），今天已不再使用。它巨大的拋物面天線有 36個饋電喇叭，并配置總共12個不同的窄天線波束，這些天線波束彼此對齊，所有天線波束都以不同的仰角排列。從情況來看，回波信號在接收通道的哪些通道中進行處理， 以及在什么方向上正常顯示其波束，雷達處理器會插入接收到的回波信號的精確仰角。根據(jù)此仰角和測量的距離計算目標的高度。在傳輸期間，必須在所有 12 個方向上同時傳輸極高的脈沖功率。因此，兩種發(fā)射器功率放大器都設計為使用脈沖高功率速調(diào)管來產(chǎn)生高達20兆瓦的脈沖功率。

具有平面或線性相控陣的較舊的3D雷達設備不能同時向觀測下的所有方向傳輸。這是按時間順序完成的。這些天線只能在有限的旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)掃描空間。這里有兩種可能性：天線在方位角旋轉(zhuǎn)并以電子方式掃描仰角， 或者有四個平面天線靜態(tài)分布在一個載波周圍，每個天線僅覆蓋半球的四分之一部分。這兩種變體都允許雷達站點周圍的整體覆蓋。在這里，雷達僅在某個方向上傳輸，然后等待來自該方向的回波信號。

旋轉(zhuǎn)天線有一個嚴重的缺點。因為每個仰角都會按時間順序掃描，所以天線不能旋轉(zhuǎn)得太快， 以避免有限的時間預算在偵察中出現(xiàn)空白。然而，使用靜態(tài)天線的版本在時間調(diào)度方面具有優(yōu)勢，幾乎四個雷達同時掃描空間。這四個雷達前端是通用雷達數(shù)據(jù)處理和顯示的主題。在這里，雷達系統(tǒng)可以更靈活地運行，并且可以用作多功能雷達。因此，現(xiàn)代雷達始終是多功能雷達。

由于利用了數(shù)字波束成形的優(yōu)點和所有接收通道的可能并行數(shù)字處理，這一時序問題被完全克服了。但是，在傳輸期間，必須用脈沖功率照亮整個掃描區(qū)域，就像當時的MPR一樣。用一個單一的，非常具體的 “烏鴉巢天線”， 由弗勞恩霍夫高頻物理和雷達技術研究所（FHR）獲得專利，可以同時控制雷達站點周圍的整個半球。

3D 氣象雷達系統(tǒng) –?3D天氣雷達使用非常窄的鉛筆梁。每次掃描旋轉(zhuǎn)后，天線仰角都會改變，以便下一次探測。這種情況將在多個角度重復，以掃描最大范圍內(nèi)雷達周圍的所有空氣量。對于天線向各個方向旋轉(zhuǎn)和傾斜的完整周期，但最多需要 15 分鐘。這種時間方法不適合空中監(jiān)視雷達，因為非?？斓娘w機可以在很短的時間內(nèi)行駛很遠的距離。一架超音速的飛機在這個間隔內(nèi)行駛了近 300 公里！

3D防空雷達系統(tǒng) –在三維空中監(jiān)視中，雷達并行接收多個信道，雷達天線在接收時間內(nèi)部署多個天線方向圖。這種雷達，例如中功率雷達（MPR），今天已不再使用。其巨大的拋物面天線有3個饋電喇叭，并配置了總共36個不同的窄天線波束，這些天線波束彼此對齊，所有天線波束都以不同的仰角排列。根據(jù)情況，對接收信道的回波信號進行處理，以及在哪個方向上正常顯示其波束，雷達處理器對接收到的回波信號進行精確的仰角插值。根據(jù)此仰角和測量的距離計算目標的高度。在傳輸期間，必須在所有 12 個方向上同時傳輸極高的脈沖功率。因此，兩種發(fā)射器功率放大器都設計為使用脈沖高功率速調(diào)管來產(chǎn)生高達12兆瓦的脈沖功率。

具有平面或線性相控陣的較舊的3D雷達設備不能同時向觀測下的所有方向傳輸。這是按時間順序完成的。這些天線只能在有限的旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)掃描空間。這里有兩種可能性：天線在方位角旋轉(zhuǎn)并以電子方式掃描仰角，或者有四個平面天線靜態(tài)分布在載波周圍，每個天線僅覆蓋半球的四分之一部分。這兩種變體都允許雷達站點周圍的整體覆蓋。在這里，雷達僅在某個方向上傳輸，然后等待來自該方向的回波信號。

旋轉(zhuǎn)天線有一個嚴重的缺點。由于每個仰角都會按時間順序掃描，天線不能旋轉(zhuǎn)得太快，以避免有限的時間預算在偵察中出現(xiàn)間隙。然而，使用靜態(tài)天線的版本在時間調(diào)度方面具有優(yōu)勢，幾乎四個雷達同時掃描空間。這四個雷達前端是通用雷達數(shù)據(jù)處理和顯示的主題。在這里，雷達系統(tǒng)可以更靈活地運行，并且可以用作多功能雷達。因此，現(xiàn)代雷達始終是多功能雷達。

由于利用了數(shù)字波束成形的優(yōu)點和所有接收通道的可能并行數(shù)字處理，這一時序問題被完全克服了。但是，在傳輸期間，必須用脈沖功率照亮整個掃描區(qū)域，就像當時的MPR一樣。通過弗勞恩霍夫高頻物理和雷達技術研究所（FHR）獲得專利的單個非常特殊的“烏鴉巢天線”，可以同時控制雷達站點周圍的整個半球。

時間有時被定義為第四維度。應用于雷達的目標坐標（方向確定、仰角和傾斜范圍），這將是多普勒頻率。然而，多普勒頻率也是由經(jīng)典的2D雷達測量的，而不會變異成3D雷達。

3D雷達技術的類型

3D鉛筆束技術 -?3D雷達是一種“鉛筆束”雷達。這種“鉛筆型”高增益波束通過相位控制瞄準多個發(fā)射/接收指向高度，同時天線在方位角上機械旋轉(zhuǎn)。每個波束都可以配置最合適的脈沖數(shù)、脈沖能量、儀器范圍和處理類型，同時考慮到所需的儀器覆蓋范圍和光束覆蓋的高程體積雜波特征。

檢測得到改善，因為它只能受到指向飛機的光束中存在的雜波或干擾的影響。高仰角波束幾乎沒有表面雜波，這使得飛機探測比傳統(tǒng)的二維雷達更可行。2D雷達系統(tǒng)提供飛機高度數(shù)據(jù)，無需它們的合作。

平面陣列天線和分布式固態(tài)設計：?它基于由垂直堆疊的水平線性陣列組成的平面陣列天線。由模塊化固態(tài)發(fā)射器和接收器驅(qū)動，以電子方式合成具有窄波束寬度的發(fā)射/接收天線方向圖，包括方位角和仰角。

單脈沖技術 -?3D雷達的另一個特點是通過使用單脈沖技術實現(xiàn)飛機方位角的高精度和高分辨率。該技術基于通過和型和差型兩種天線模式同時接收信號，也用于飛機高度估計，這是飛機高度計算的第一步。

通過使用相位調(diào)制波形和極低的旁瓣電平濾波器響應，通過數(shù)字脈沖壓縮獲得范圍精度和分辨率。

頻率分集 -?3D雷達是一種雙頻雷達，同時具有兩個頻率通道。此功能提供了更好的檢測和精度性能，特別是對于小型飛機和干擾條件。

抗雜波功能 -?通過使用MTD或MTI處理，可以檢測沉浸在地形或天氣雜波中的飛機。低徑向速度的飛機也可以通過無雜波高仰波束或低仰角梁進行檢測，后者基于雜波圖檢測技術提供超雜波能見度。

3D雷達的未來趨勢

預計到3年，1D雷達市場將增長到775億0，2022萬美元，從20年到36年的復合年增長率為2019.2022%。

采用最先進技術的近區(qū)域檢測 -德國公司InnoSenT開發(fā)了一種新的近距離雷達解決方案。iSYS-5005 產(chǎn)品采用復雜的 24 GHz MIMO 雷達技術和先進的信號處理技術，具有可靠和精確的檢測效果。該產(chǎn)品具有雷達跟蹤等新功能，并確定全面的目標信息。近距離傳感器的設備首次可用于安全系統(tǒng)和自動門控制。

適應性強的多任務雷達 -諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman Corporation）在佛羅里達州埃格林空軍基地展示了其移動高度適應性多任務雷達（HAMMR）系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對美國陸軍的目標無人機.HAMMR是一種中短程X波段三維（3D）雷達，利用經(jīng)過驗證的有源電子掃描陣列（AESA）AN/APG-83 F-16戰(zhàn)斗機雷達在地面移動中發(fā)揮作用。HAMMR 在 3 度或僅扇區(qū)凝視模式下為空中監(jiān)視、武器提示和反火力目標獲取任務提供多任務 360D 性能。HAMMR能夠在移動中提供部隊保護，從而提高作戰(zhàn)人員的生存能力。

三維遠征遠程雷達（3DELRR）系統(tǒng) -雷神公司的綜合防御系統(tǒng)公司已獲得52，686，179美元的固定價格激勵公司，工程和制造開發(fā)（EMD）合同，用于新的遠程雷達系統(tǒng)，即三維遠征遠程雷達（3DELRR）系統(tǒng)。根據(jù)預計將于2020年3月底完成的合同，雷神公司將提供<>DELRRR系統(tǒng)的三個生產(chǎn)代表單元，工作將在馬薩諸塞州安多弗進行。

遠程戰(zhàn)術范圍雷達 -英國皇家空軍（RAF）將從西班牙公司Indra接收可部署的軍用雷達系統(tǒng)，即Long Tactical Range 25（LTR25）。Indra是從潛在供應商名單中選出的。先進的遠程防空可部署雷達系統(tǒng)預計將于今年年底交付。LTR25可部署軍用雷達系統(tǒng)是Indra開發(fā)的Lanza 3D雷達系列的一部分，以其遠程探測能力，快速部署和易于運輸而聞名。該雷達可以在洛克希德 C-130 大力神等飛機上運輸。英國皇家空軍可以使用該系統(tǒng)在國家領土之外進行部署，以“一次性”加強對特定區(qū)域的監(jiān)視。此外，LTR25可以作為備份，以防其中一個固定雷達受到攻擊或損壞。

天氣雷達 - 最大風暴：無論是直播還是跨數(shù)字平臺，Max Storm 都旨在為您的團隊提供令人驚嘆的可視化、準確的天氣數(shù)據(jù)和簡化的工作流程，這對于惡劣天氣報道至關重要。使用 3D 天氣雷達和圖像近乎實時地將觀眾帶入風暴中，或在移動設備上吸引觀眾，同時推廣您的直播。有了Max Storm，可能性是無窮無盡的。

自主跟蹤和搜索雷達 -SMART-L是泰雷茲集團制造的3D多波束雷達，用于提供遠程空中和地面監(jiān)視和目標指定。全數(shù)字控制的有源電子掃描陣列（AESA）雷達。所應用的高端技術使雷達具有無與倫比的2000公里遠程性能。在這個巨大的范圍內(nèi)，它可以探測到各種各樣的目標：吸氣目標、隱形目標和彈道導彈。它可以安裝在陸地位置，海上，也可以作為可部署的防空雷達使用。SMART-L MM獨立尋找彈道導彈型目標。快速跟蹤啟動后，彈道目標軌道保持到頂峰。通過應用前向/后向掃描和凝視模式，彈道導彈的探測范圍顯著提高，從而增加了觀察時間。

編輯：黃飛

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