走进“MIMO雷达”,带你了解其背后的原理

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雷达是利用无线电作为探测手段的传感设备,其已有一百多年的发展历史。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。随着数字信号处理技术的飞速发展以及相应的硬件水平不断提升,当前雷达系统已应用普及到诸多领域,如汽车辅助驾驶、遥测遥感、地质勘探、大气探测等。  然而,随着电磁环境逐渐复杂,各种干扰技术层出不穷,具有灵活对抗干扰能力、更强的目标检测性能、适应多变环境的新体制雷达成为各大应用领域的迫切需求。多输入多输出(Multiple-input
Multiple-output)雷达就是把无线通信系统中的多个输入和多个输出技术引入到雷达领域,并和数字阵列技术相结合而产生的一种新体制雷达,简称“MIMO雷达”。  2003年,美国林肯实验室的Bliss和Forsythe首次提出MIMO雷达的概念,其是指同时发射多种雷达信号波形,一般采用的是多个天线同时发射不同的波形,“Multiple-output”是指多个天线同时接收回波信号,并通过多路接收机输出以获得多通道空间采样信号。根据发射和接收天线中各单元的间距大小,可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。分布式MIMO雷达中收发天线各单元分布式布局,带来对目标的多角度探测视野,
提高雷达对目标的探测性能;集中式MIMO雷达的收发天线各单元相距较近,,各个天线单元对目标的视角近似相同,但是每个阵元可以发射不同的信号波形,
从而获得波形分集,通过不同波形的特征来集中分析目标特性。这就带来许多优良特点,如改善系统的能量利用率、提高测角精度、提高杂波抑制能力及低截获能力。  MIMO雷达改良了传统雷达的相关缺陷,具有良好的应用发展前景。早期的扫描雷达只发射一种频率的信号波形,配合单一的接收机接收,可以看做单输入单输出雷达;单脉冲雷达只发射一种信号波形,
一般有两路(和波束与差波束或者左波束和右波束)接收机输出,,其属于单输入双输出雷达。MIMO雷达综合了上述雷达的优缺点,在输入输出端都采用了多路收发技术,具有极大的应用潜力。

姓名:彭帅                     学号:17021210850

问题:什么是相控阵雷达,什么是有源相控阵雷达,两者之间有什么区别吗?

【嵌牛导读】:聚类方法是将物理或抽象对象的集合组成为由类似的对象组成的多个类的过程被成为聚类。

回答:

【嵌牛鼻子】:雷达

相控阵雷达(Phased Array
Radar)又叫相位控制电子扫描阵列雷达,是电子扫描阵列雷达(electronically
scanned array——ESA)的一种,这种雷达通过改变雷达波的相位来改变波束扫描方向,而传统的机械扫描雷达都需要马达驱动天线快速转动来改变扫描方向。当然有些电子扫描阵列雷达因为阵面数量少的原因也会采用机械转动的方式来获得更大的扫描范围,例如中国054A护卫舰上的382型雷达和现代级驱逐舰上的俄制原版“顶板”雷达,而美国伯克级以及中国052C/D型驱逐舰的四面大型相控阵雷达都是固定安装在舰体上,扫描范围全方位覆盖。新葡萄京娱乐场8455 1

新葡萄京娱乐场8455,【嵌牛提问】:MIMO雷达简介

美国宙斯盾系统的核心——SPY-1相控阵雷达

【嵌牛正文】:

有源相控阵雷达(Active Phased Array
Radar——APAR)又是相控阵雷达的一种,也叫主动相控阵雷达;另一种是无源相控阵雷达(Passive
Phased Array Radar——PPAR),也叫被动相控阵雷达。这里要注意,除了相控阵雷达外,早前还出现过频率控制电子扫描阵列雷达,只不过如今已经销声匿迹,完全被相控阵雷达取代,所以如今AESA(Active electronically scanned
array——有源电子扫描阵列雷达)成了有源相控阵雷达的泛称,而PESA(Passive electronically scanned
array——无源电子扫描阵列雷达)成了无源相控阵雷达的泛称。

雷达作为20世纪初以来高速发展的近现代科学技术,其在警戒、引导、火控、航行、气象等方面得到了广泛的应用,近年来,无人驾驶技术的兴起,使得雷达更贴近于人们的日常生活。

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雷达是现代战争中重要的军事手段,一战中飞机的出现使得军事上迫切需要一种能探测高空物体的手段。在前人的理论和实验基础上,世界上第一个雷达站出现在英国的索夫克海岸,从此开始,雷达与现代战争密不可分,在二战期间发挥了无法替代的作用。

F-22使用的AN/APG-77和F-35使用的AN/APG-81
AESA雷达新葡萄京娱乐场8455 3

雷达作为一种军事手段,那么交战中的另一方必然需要一种能对抗雷达的手段,以保证自身的飞行物,如轰炸机、运输机、导弹等不被雷达探测到。二战中,雷达起到了重要的侦测作用,对抗雷达侦测的方法主要是特种部队突袭雷达基站、飞机投放锡条干扰雷达等方式对抗雷达的探测。

苏-35战机使用的雪豹-E PESA雷达

为了在雷达侦测中提高战机的生存率,雷达对抗应运而生,二战时期,日本偷袭珍珠港就采用了电子欺骗技术。二战后发展的隐身技术极大降低了隐身轰炸机等的雷达反射面积,要检测到这样的目标,传统的雷达需要增大其发射功率,然而增大雷达发射功率就会导致雷达发射波易被截获,增大了被敌方发现的概率,使得雷达基地处于易被反辐射导弹攻击的境地。

如上图,AESA雷达的天线阵列由上千个发射/接收模块组成,因此表面整齐密布凸出的T/R组件,而PESA雷达只有一个中央发射机和接收机,天线就像一块平板,这是AESA和PESA雷达外观上最大的区别。功能上,由于AESA雷达每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,使得其反应速度、扫描范围、多目标跟踪、可靠性、抗干扰能力都比之前的雷达要好很多,而且一台雷达能同时形成多个独立波束,可同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能。而PESA雷达只有一个中央发射机和接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大,功率、效率、波束控制及可靠性等方面都不如AESA雷达。

随着集成电路技术的高速发展,现代化雷达有了实现的可能,芯片的运算速度提高、体积减小、成本降低,使得中央处理器可以处理大量数据,一些新型雷达如:MIMO(多输入多输出)雷达,正交组网雷达、数字阵列雷达等都得到了很大的发展。

回答:

MIMO雷达是本世纪提出的雷达体制,受MIMO通信技术的启发,该雷达使用了多个雷达发射机和接收机,发射机发射多个相互正交的信号对目标进行检测,由接收机接收这些发射信号照射目标散射的多路回波。MIMO雷达对各回波信号进行综合处理,可以得到较稳定的信噪比,以消除因地理环境因素和目标RCS的起伏造成的回波性能降低,从而提高目标检测性能。

相控阵雷达也称作相位控制电子扫描阵列雷达。其基本原理是利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面,每个天线单元都由独立的移相开关控制,通过控制各天线单元发射的相位,就能合成不同相位波束。

与传统雷达相比,MIMO雷达具有很多的优点,它可以对抗隐性技术,同时也有效的降低发射功率,与相控阵雷达相比,其峰值功率大大降低,同时其接收机和发射机可以不在同一位置,即采用多基地雷达的配置,这些特点增加了其在电子战中的存活率,有着十分重要的战略意义。

归结起来,相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,这种方式被称为电扫描。相控阵雷达天线由大量的辐射器(小天线)组成的阵列(正方形、三角形等),辐射器少则几百,多则数千,甚至上万,每个辐射器的后面都接有一个可控移相器,每个移相器都由电子计算机控制。当相控阵雷达搜索远距离目标时,虽然看不到天线转动,但上万个辐射器通过计算机控制集中向一个方向发射、偏转,即使是上万千米外的导弹和卫星也在它的监测范围之内。

在近几年的雷达研究中,MIMO雷达是一个重要的方向,它采用多路正交信号作为发射波形,以形成相互独立的信息通道,各回波之间相互独立,方便了处理核心对回波的处理。

相控阵分为“被动无源式”(PESA)与“主动有源式”(AESA),有源和无源相控阵雷达的天线阵相同,二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大),而有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。

正交波形是雷达中一种非常重要的波形,在综合脉冲孔径雷达(SIAR)、组网雷达、多输入多输出雷达(MIMO)等新体制雷达得到了广泛应用,在民用方面,定位系统和正在研究中的无人驾驶车载雷达系统均采用正交性能良好的波形,以在空间中形成相互独立的通道,方便对回波信号进行分离处理。

回答:

正交波形分为以下几种:正交多频信号、正交离散频率编码信号、正交频分复用线性调频信号、正交多相编码信号、正交噪声信号、正交混沌信号等。

首先要明白什么是阵列天线。不同于抛物面反射天线(锅盖天线),阵列天线包含若干个阵元,每个阵元其实就是一个小天线,发射信号时所有阵元同时辐射同频率电磁波,电磁波本质上是正弦振荡电磁场,在阵列天线的照射方向,即天线波束方向,所有阵元发射电磁波的正弦相位完全相同,即所有阵元发射信号的瞬时场强完全相同,因此在这个方向所有阵元发射信号在空间中叠加的功率最强;而在其它方向由于所有阵元的相位不完全相同,不同阵元发射信号的瞬时场强有正、有负随机变化,在空间中会相互抵消,因而叠加的有效功率会大幅降低。

正交波形具有冲激函数样式的自相关函数,在时间延迟零点具有最大值,但一个具有冲激函数样式的自相关函数的信号同时意味着该信号具有无限带宽的功率谱密度函数,这种信号就是理想白噪声。然而,就如理想白噪声不存在一样,理想的正交波形也不存在,这就要求设计出的正交波形有着尽可能趋近于白噪声的自相关特性,旁瓣幅度接近0,同时其互相关幅度也要尽可能趋近于0。

相控阵天线就是通过调整每个阵元发射信号的相位控制电磁波在特定空间方向上实现完全的同相位叠加,这是相控阵天线波束方向控制的基本原理。相控阵天线的波束照射方向完全是电控,而传统天线依赖机械执行机构,波束照射方向调整角速度与角加速度受执行机构的质量与转动惯性制约,不能任意控制波束照射方向跳变,只能在空间中连续扫描,对不同方向的多目标只能进行分时跟踪测量,数据率比较低,相应的测量精度也相对较低;而相控阵天线没有机械执行机构,波束照射方向可以受控任意跳变,这样使得雷达可以对不同方向多目标进行连续高数据率的同时跟踪测量,因而测量精度高。

有源、无源的差异在于相控阵天线在发射信号时是否有功率放大功能。无源相控阵雷达需要一个专门的大功率发射机,发射机输出大功率信号经功率分配网络送给天线的每个阵元,天线阵元只对信号进行移相(相位调整)转发。有源相控阵天线采用天线与发射机合一设计,不需要专门的大功率发射机,发射激励信号送给有源相控阵天线的每个阵元后,阵元对信号既要移相也要进行功率放大!

一般来说,有源相控阵功率效率高、可靠性高,少数阵元功率放大器件失效对整体性能影响有限,但成本也高、生产调试工艺复杂、工作时天线需要性能较强的冷却系统;无源相控阵成本低、生产调试工艺相对简单、工作时天线无需冷却系统,但功率分配网络会损耗信号功率、而且只要发射机出问题就不能正常工作。目前主流采用有源相控阵天线。

回答:

相控阵的核心是一块由许多叫‘移相器’的电子器件组成的平板形状的天线。通过计算机控制每个移相器的状态,可以控制电磁波经过天线后的方向、形态。简单说雷达是个手电筒,天线像个透镜,电磁波就像光线,波束控制计算机(波控机)+移相器就好比人在调光束粗细和照射方向,只不过一切由计算机和电路控制,又快又精确。有源就是有发射机和接收机,主动发射电磁波,然后接收反射波;无源就是没有发射机,只有接收机,只能接收第三方发射机打到目标上的回波,或目标主动发出的电磁波。有源的抗干扰性好、看得远,无源的轻,飞机上用的多点。

回答:

力求用白话说出大概的意思,请勿见笑!

将若干“小天线”(辐射单元)排列在平面上,用计算机控制馈往各小天线电流的相位,就可以实现波束摆动扫描,这种雷达采用相位可控的阵列天线,称为“相控阵”雷达。这是由“小天线”个体户组成的“合作社”。

每个“小天线”都可独立发射、接收电磁波,称为“有源相控阵”:只有部分“小天线”能接收电磁波(由接收机统一接收),称为“无源相控阵”。

显然,有源相控阵雷达的“个体户”们个个耳聪目明,更易于发现、跟踪更多的目标。

回答:

我从非专业属于角度给大家介绍一下吧。传统的雷达叫脉冲多普勒雷达,天线需要不停转动才能达到360°扫描。而相控阵雷达是由很多小的发射单元组成的一个平面,不需要转动的。。。有源相控阵是雷达单元自己发射雷达波,自己再接收雷达波。无源相控阵是自己雷达只接收雷达波,而由另外的发射机专门发射雷达波。。。总的来说,有源比无源先进一代,世界各国最新装备的都是有源体制的了。

回答:

这个问题可以分为两个部分来回答!

一、什么是相控阵雷达

在影视剧中,我们经常在战舰上看见有雷达在转来转去,这是普通机械雷达。它的波束扫描是靠雷达天线的转动而实现的。

而相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,但是使用的是电扫描,使用“移相器”来实现雷达波束转动,尽管看不见雷达转动,但是通过上万辐射器来进行扫描、跟踪、引导。

这比常规机械雷达先进多了。

二、有源相控阵雷达与无缘相控阵雷达区别

相控阵雷达分为有源相控阵(主动)和无缘相控阵(被动)两种

有源相控阵雷达的天线接受与发射模组,每一块都产生电磁波;

无源相控阵的天线则使用的是统一的发射机和接收器。

结构上的区别导致了性能上的差异,有源相控阵雷达故障率低,即便坏掉几个模组,也能够继续使用,而无缘相控阵雷达就没有这个优势了。

无源相控阵雷达是相控阵雷达家族的一种低端产品,过渡使用!

回答:

通常雷达分脉冲雷达和连续波雷达,多普勒是一种原理,连续波雷达利用多普勒原理检测目标的速度信息,但目标的距离信息是模糊的,所以一般雷达都是脉冲雷达,一般来说脉冲宽度越大,测距精度越差,现在雷达利用脉冲压缩技术脉冲宽度都可以很大,已经类似连续波雷达,也可以利用多普勒原理检测目标的速度信息。阵列天线是与反射体式天线相对的,通常反射体天线一般只有一个辐射源,通过反射体形成波束。通过改变天线的物理位置来改变波束指向。而平面阵列天线通常是许多辐射源组成一个阵列,通过改变天线的行或者列的馈电频率或者相位来改变波束指向,变频的称为频扫,变相的称为相扫,统称为电扫描。相扫的就是所谓的相控阵雷达!无源是指雷达只有一个发射机,通过馈线和功分器送到各个辐射源,而有源相控阵是指每个或是一组辐射源对应一个T/R组件,所谓T/R组件是指发射接收一体组件,直接安装于天线背面,与无源相比省去了馈线和功分器。

回答:

相控阵雷达是电扫雷达的一种,电扫雷达相对的是机扫雷达,就是那种来回摆头的。电扫雷达分为频扫和相扫雷达。相控阵雷达就是相扫雷达,依靠电磁波的相位角变化来感知目标。这种雷达都相控阵雷达,相控阵雷达又分为有源相控阵和无源相控阵雷达。无源相控阵是雷达天线阵面布置移项辐射器,将后端信号发射器的信号发射出去,并将信号回波传到后端的信号接收器上,完成探测。有源的相控阵是阵面布置TR收发模块,信号不是由后端的发射器接收器进行收发了,而是由阵面上众多的TR模块完成了。相同的输入功率下,有源的发射功率更大,信躁比更好,多任务能力也更强。

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