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相控阵雷达技术

作译者：张光义等编著

出版时间：2006-12 千字数：668 版次：重印页数：537

开本：16(170*235) 装帧： I S B N ：9787121033858

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纸质书定价：￥78.0

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第1章  概论
1.1  对雷达的新需求与相控阵雷达技术的发展
    1.1.1  对雷达观测任务的新需求
    1.1.2  对雷达性能的一些新要求
1.2  相控阵天线原理
    1.2.1  相控阵天线
    1.2.2  平面相控阵天线
1.3  相控阵雷达的特点与应用
    1.3.1  相控阵天线的主要技术特点
    1.3.2  相控阵雷达的主要工作特点
1.4  相控阵雷达技术的发展
    1.4.1  相控阵雷达的初期发展
    1.4.2  战术相控阵雷达的发展
    1.4.3  主要相控阵雷达类型及其特点
第2章  相控阵雷达的主要战术与技术指标分析
2.1  影响相控阵雷达系统设计的主要战术指标
    2.1.1  雷达观察空域
    2.1.2  雷达测量参数
    2.1.3  测量精度
    2.1.4  雷达的分辨率
    2.1.5  处理多批目标的能力
    2.1.6  数据率
    2.1.7  抗干扰能力和生存能力
    2.1.8  使用性能与使用环境
2.2  影响相控阵雷达系统设计的主要技术指标
    2.2.1  工作波段的选择
    2.2.2  相控阵天线方案
    2.2.3  雷达发射机的形式
    2.2.4  信号波形
    2.2.5  测角方式
2.3  相控阵雷达作用距离计算
    2.3.1  脉冲雷达作用距离的几种形式
    2.3.2  相控阵雷达的搜索作用距离
    2.3.3  相控阵雷达的跟踪作用距离
第3章  相控阵雷达工作方式设计
3.1  相控阵雷达数据率概念
3.2  相控阵雷达搜索方式设计
    3.2.1  搜索数据率
    3.2.2  搜索方式
3.3  相控阵雷达的跟踪工作方式
    3.3.1  从搜索到跟踪的过渡过程
    3.3.2  跟踪数据率与目标跟踪状态的划分
    3.3.3  边扫描边跟踪(TWS)与搜索加跟踪(TAS)工作方式
    3.3.4  跟踪时间的计算
    3.3.5  跟踪目标数目的计算
3.4  相控阵雷达的信号能量管理
    3.4.1  信号能量管理的调节项目与调节措施
    3.4.2  按目标远近及其RCS的大小进行信号能量管理
    3.4.3  搜索和跟踪状态之间的信号能量分配
    3.4.4  波束驻留数目n的选择与信号能量管理
第4章  相控阵雷达天线波束的控制
4.1  平面相控阵天线波束控制器的基本功能与波束控制数码计算
    4.1.1  相控阵雷达波束控制分系统的基本功能
    4.1.2  相控阵天线波束指向与波束控制数码的对应关系
    4.1.3  跟踪状态时波束控制数码的计算
4.2  一维相控阵天线的波束控制数码计算
    4.2.1  一维相位扫描三坐标（3D）雷达的波束控制数码计算
    4.2.2  一维相位扫描两坐标（2D）雷达的波束控制数码计算
    4.2.3  一维相位扫描两坐标雷达天线波束的倾斜现象
4.3  波束控制系统的其他功能
    4.3.1  天馈线相位误差的补偿
    4.3.2  频率捷变后进行天线波束指向修正时波束控制修正码的计算
    4.3.3  随机馈相的实现
    4.3.4  天线近场测试时球面波的补偿
    4.3.5  天线阵面的相位监测
    4.3.6  控制相控阵天线波束形状的变化
4.4  波束控制系统设计中的一些技术问题
    4.4.1  波束控制系统的组成
    4.4.2  降低波束控制系统设备量的一些技术措施
4.5  波束控制系统的响应时间与天线波束的转换时间
    4.5.1  搜索状态时波束控制系统的响应时间与天线波束转换时间
    4.5.2  跟踪状态时的波束控制系统响应时间与波束转换时间
    4.5.3  降低波束控制系统响应时间的措施
4.6  波束控制电流的计算
    4.6.1  计算波束控制电流的意义
    4.6.2  相位参考点的选择对波束控制电流起伏的影响
4.7  天线单元不规则排列的相控阵天线的波束控制数码的计算
    4.7.1  天线单元随意排列的平面相控阵天线的波束控制数码计算
    4.7.2  环形阵天线的波束控制数码计算
4.8  最小波束跃度
    4.8.1  天线波束跃度与波束控制数码的计算位数
    4.8.2  波束控制数码的最大计算位数的上限
    4.8.3  最小波束跃度的计算
第5章  相控阵雷达天线与馈线系统的设计
5.1  相控阵雷达天线方案的选择
    5.1.1  天线方案选择的主要依据
    5.1.2  实现低副瓣相控阵雷达天线的方法
    5.1.3  有源相控阵天线或无源相控阵天线的选择
    5.1.4  多波束数目与波束形成方式
    5.1.5  多极化发射与接收的实现
    5.1.6  大瞬时信号带宽对相控阵天线的影响
5.2  共形相控阵天线的选择
    5.2.1  采用共形相控阵天线的主要原因及其作用
    5.2.2  共形相控阵天线原理
    5.2.3  共形相控阵天线的波束控制
    5.2.4  实现共形相控阵天线的条件
5.3  相控阵天线的馈电方式
    5.3.1  强制馈电方式
    5.3.2  空间馈电方式
    5.3.3  视频馈电方式
    5.3.4  光纤馈电方式
5.4  并联馈电与串联馈电
    5.4.1  串联馈电方式
    5.4.2  频率扫描天线
5.5  平面相控阵天线馈电网络的划分及其作用
    5.5.1  平面相控阵天线按行、列方式实现的馈电网络
    5.5.2  平面相控阵天线按小面阵方式实现的馈电网络
    5.5.3  密度加权平面相控阵天线馈电网络的划分方法
5.6  移相器的选择
    5.6.1  实现移相器的基本原理与对移相器的主要要求
    5.6.2  用矢量调制器方法实现的移相器
    5.6.3  “块移相器”的原理与应用前景
    5.6.4  串联移相器
第6章  相控阵雷达发射机系统
6.1  对高功率发射信号的需求
6.2  高功率发射信号的实现方法
    6.2.1  集中式大功率发射机
    6.2.2  集中式大功率发射机系统的效率计算
    6.2.3  发射机输出端驻波系数计算
6.3  分布式子阵发射机的应用
    6.3.1  分布式子阵发射机
    6.3.2  分布式子阵发射机幅相一致性要求与监测
    6.3.3  分布式子阵发射机系统对相控阵发射天线副瓣电平的影响
    6.3.4  对子阵发射机功率分配网络的要求
    6.3.5  子阵发射机幅相一致性的监测
    6.3.6  子阵发射机系统的波束控制方式
6.4  子阵发射机的选择
    6.4.1  电真空子阵发射机
    6.4.2  固态子阵发射机
    6.4.3  微波功率组件子阵发射机
6.5  完全分布式发射功率放大系统
    6.5.1  完全分布式发射机分系统的组成
    6.5.2  有源相控阵发射系统的能量指标
第7章  相控阵雷达接收系统
7.1  相控阵雷达接收系统的组成与特点
    7.1.1  相控阵雷达接收系统的组成
    7.1.2  组合馈电接收系统
    7.1.3  空间馈电接收系统
7.2  单脉冲测角接收机
    7.2.1  幅度比较单脉冲测角
    7.2.2  相位比较法测角
    7.2.3  相位和差单脉冲测角
7.3  单脉冲测角接收波束的形成方法
    7.3.1  和差接收波束的独立形成
    7.3.2  在子天线阵级别上实现和、差波束的独立形成
7.4  相控阵接收系统噪声系数计算
    7.4.1  无源相控阵接收通道噪声系数的计算
    7.4.2  有源相控阵接收天线噪声系数计算
7.5  相控阵雷达接收系统动态范围计算
    7.5.1  相控阵雷达接收机动态范围
    7.5.2  相控阵雷达接收系统中各级放大器动态范围
    7.5.3  压缩动态范围要求的一些措施
第8章  多波束形成技术
8.1  多波束形成在相控阵雷达中的重要作用
    8.1.1  提高数据率对形成多波束的需求
    8.1.2  接收多波束对提高雷达抗干扰能力和生存能力的作用
8.2  相控阵发射天线多波束的形成方法与应用
    8.2.1  形成发射多波束的方法
    8.2.2  按时间先后顺序生成多个发射波束
    8.2.3  并行发射多波束的形成
    8.2.4  部分孔径发射多波束
8.3  Blass多波束形成及其应用
    8.3.1  Blass多波束形成原理
    8.3.2  在中频实现的Blass多波束
8.4  Butler矩阵多波束及其应用
    8.4.1  Butler多波束矩阵原理
    8.4.2  Butler多波束方向图的计算与特性
    8.4.3  Butler多波束矩阵的应用
8.5  相控阵接收天线的多波束形成方法
    8.5.1  在高频低噪声放大器后形成多个接收波束的方法
    8.5.2  在中频形成多个接收波束的方法
    8.5.3  在视频与光频上形成多个接收波束
8.6  数字多波束形成方法
    8.6.1  数字接收多波束形成的原理
    8.6.2  用数字配相方法实现接收多波束的形成
    8.6.3  用FFT实现接收多波束的形成
    8.6.4  用数字方法形成接收天线波束时对幅相误差的补偿
    8.6.5  数字接收多波束形成技术的应用
    8.6.6  发射天线多波束的数字形成方法
第9章  有源相控阵雷达技术
9.1  有源相控阵雷达发展简况与特点
    9.1.1  发展简况
    9.1.2  有源相控阵雷达天线的特点
9.2  发射/接收组件的功能与要求
    9.2.1  T/R组件的构成与主要功能
    9.2.2  对T/R组件的主要要求
9.3  发射/接收组件的类型与应用
    9.3.1  中频T/R组件及其应用
    9.3.2  数字式T/R组件
    9.3.3  数字式T/R组件的工作特点
    9.3.4  数字式T/R组件的应用
9.4  有源相控阵雷达低副瓣发射天线的实现
    9.4.1  有源相控阵发射天线低副瓣性能的实现
    9.4.2  采用混合馈电结构对降低天线副瓣电平和研制成本的意义
9.5  有源与无源相控阵雷达天线的比较
    9.5.1  影响采用有源相控阵雷达天线的一些因素
    9.5.2  有源相控阵雷达天线与无源相控阵雷达天线功率的比较
    9.5.3  两种有源相控阵雷达天线阵面散热的计算和阵面的冷却
9.6  有源相控阵雷达功率、孔径的折中设计
    9.6.1  T/R组件中功率放大器输出功率受限制情况下的折中方法
    9.6.2  增加天线孔径对提高跟踪性能的作用
    9.6.3  发射系统初级电源功率受限制时增加天线孔径的作用
9.7  空间馈电在有源相控阵雷达中的应用
9.8  有源相控阵雷达的应用及有关技术特点
    9.8.1  地基与海基有源相控阵雷达
    9.8.2  机载有源相控阵雷达
    9.8.3  空间载有源相控阵雷达
第10章  宽带相控阵雷达技术
10.1  对宽带相控阵雷达的需求
    10.1.1  获得高分辨率的需求
    10.1.2  高测距精度的实现
    10.1.3  目标分类、识别需求
    10.1.4  采用宽带雷达信号的其他需求
10.2  相控阵天线对雷达瞬时信号带宽的限制
    10.2.1  相控阵天线波束方向图与信号频率的关系
    10.2.2  信号频率变化对波束指向的影响
    10.2.3  瞬时信号带宽受天线孔径渡越时间的限制
    10.2.4  阵列天线对LFM信号调频速率的限制
10.3  宽带相控阵天线实时延迟补偿的实现方法
    10.3.1  时间延迟补偿对提高相控阵天线宽带性能的作用
    10.3.2  子天线阵级别上的实时延迟补偿
10.4  实时延迟的实现方法
    10.4.1  在光波波段实现实时延迟线的方法
    10.4.2  并联与串联馈电结构的光控实时延迟系统
    10.4.3  在中频与视频实现实时延迟的方法
10.5  宽带调频信号的产生与处理
    10.5.1  大时宽带宽乘积信号的产生
    10.5.2  宽带雷达信号处理中的时频变换方法
10.6  宽带相控阵雷达的分辨率
    10.6.1  距离分辨率
    10.6.2  宽带相控阵雷达的速度分辨率
    10.6.3  宽带相控阵雷达的角分辨率
10.7  宽带相控阵雷达系统中的失真与修正
    10.7.1  多普勒频移与距离修正
    10.7.2  采用宽带高分辨信号时电离层电波传播影响的修正
第11章  相控阵雷达技术的进展
11.1  相控阵三坐标雷达技术
    11.1.1  相控阵三坐标雷达的发展
    11.1.2  二维相位扫描三坐标雷达在性能上的改善
    11.1.3  降低二维相位扫描天线成本的一些技术措施
11.2  毫米波相控阵雷达技术
    11.2.1  毫米波雷达技术的应用
    11.2.2  远程毫米波雷达的应用特点
    11.2.3  毫米波相控阵雷达
11.3  采用微电子机械系统的相控阵天线
    11.3.1  微电子机械开关与移相器
    11.3.2  基于MEMS的指向可变天线单元及其作用
    11.3.3  微电子机械相控阵天线
    11.3.4  微电子机械可重构天线
    11.3.5  MEMS在相控阵天线中应用的其他例子
    11.3.6  MEMS在相控阵天线结构与工艺设计中的应用
11.4  采用宽禁带技术的有源相控阵雷达
    11.4.1  对固态T/R组件的一些新要求与宽禁带器件的特点
    11.4.2  宽禁带半导体材料在有源相控阵雷达中的应用
    11.4.3  宽禁带在相控阵雷达系统中的应用
参考文献

前    言
采用相控阵天线的雷达称为相控阵雷达。相控阵天线具有波束指向、波束形状快速变化能力，易于形成多个波束，可在空间实现信号功率合成。这些特点使相控阵雷达可完成多种雷达功能，具有稳定跟踪多批高速运动目标的能力， 在单部发射机功率受限制条件下，也能获得所求的特大功率，为推远雷达作用距离、提高雷达测量精度和观测包括隐身目标在内的各种低可观测目标提供了技术潜力。
从20世纪60年代开始相控阵雷达技术获得了很大的发展和应用，当时，主要用于探测空间目标。为了观察高速飞行的卫星和洲际弹道导弹，雷达必须具有快速转换天线波束指向、高速跟踪多批目标的能力，要求雷达发射机的平均输出功率达到几百千瓦到一兆瓦以上，只有采用相控阵技术方能满足这些需求。
为适应现代高科技战争的特点，对雷达要观测的目标种类、测量参数等都提出了许多新要求。雷达应能观测隐身目标、小型目标和低空目标，在强杂波、强干扰和硬打击条件下工作，具有目标分类、识别能力等更使雷达发展面临巨大挑战。
相控阵雷达技术为解决上述诸多问题提供了很大的技术潜力，因而其发展受到国内外普遍的重视。目前，相控阵雷达技术已广泛应用于几乎所有类型的军用雷达，包括各种机载、星载合成孔径雷达；在军民两用、民用雷达中，如在高性能气象雷达、空间载气象探测雷达也开始采用相控阵雷达技术。
由于相控阵雷达的应用日益广泛，从事相控阵雷达研制生产、使用的相关单位及科技工作者逐渐增多，有深入了解相控阵雷达及其技术的需求。为此，作者根据多年从事相控阵雷达研制工作的经验与学习心得，结合在近五年内为南京电子技术研究所有关科技人员与研究生讲授相控阵技术课程的资料，完成本书写作，奉献给从事相控阵雷达研制、生产、使用和教学的有关人员参考。
本书共分11章。第1章为概论，主要介绍相控阵天线原理。第2章为相控阵雷达的主要战术、技术指标分析。第3章讨论相控阵雷达工作方式设计，重点讨论相控阵雷达数据率、搜索与跟踪工作方式、相控阵雷达信号的能量管理等问题。第4章介绍相控阵雷达天线的波束控制，主要讨论相控阵雷天线波束捷变能力及其实现，包括天线波束指向的高速扫描和波束形状的捷变。第5章介绍相控阵雷达天线、馈线的系统设计，包括相控阵天线方案选择、相控阵天线的馈电方式、平面相控阵天线馈电网络的划分与移相器的选择等。第6章讨论相控阵雷达发射机系统，包括子阵式发射机选择与应用。第7章讨论相控阵雷达接收机系统，单脉冲测角接收波束形成方法与单脉冲接收机、相控阵接收系统噪声系数与动态范围计算是本章的重要内容。第8章着重讨论多波束形成技术，包括发射天线多波束和接收天线多波束的数字形成方法与算法。第9章介绍有源相控阵雷达，包括发射/接收组件及有源相控阵雷达的一些应用例子的分析。第10章讨论宽带相控阵雷达，包括对高分辨率相控阵雷达的需求、相控阵天线对雷达信号瞬时带宽的限制、宽带相控阵天线实时延迟补偿的实现方法、宽带相控阵雷达的分辨率和宽带系统的失真与修正等问题。第11章介绍相控阵雷达技术的进展，包括相控阵三坐标雷达技术、毫米波相控阵雷达技术、微电子机械系统（MEMS）与宽禁带半导体技术在相控阵雷达中的应用前景等。
本书的写作得到作者所在单位——中国电子科技集团公司第十四研究所领导严敦善、左群声、罗群、周万幸、马林、倪嘉骊、陈国海等研究员的大力支持，写作过程中得到张直中、贲德院士，黄为倬、华海根、王德纯、周冠杰、董树人、董士嘉、殷连生、郭崇贤、孙茂有、杜耀惟、金林、林幼权、王盛利等研究员及叶渭川、陈玲等专家的帮助和支持。特别要感谢王炳如、王园、张文勇、石凯军、张坚、毋梅莲等同志为本书所作的大量文字处理工作，使我们能有更多时间专心从事写作。

                                                        编著者
                                                      2006年8月

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