雷达体制

1、相控阵雷达

相控阵雷达的天线阵面由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成,单元数目和雷达的功能有关,可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上,构成阵列天线。利用电磁波相干(干涉)原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。

2、数字阵列雷达

数字阵列雷达是相控阵雷达的一种,它是一种接收和发射波束都采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达。数字阵列雷达去除了相控阵上的模拟移相器单元,功分网络和差器等部件。适合软件化雷达的发展。

3、实孔径阵列天线雷达

通过实孔径形成窄波束,获得角度高分辨。

4、合成孔径雷达SAR

SAR通过平台的运动形成虚拟的阵列天线(平台在运动过程中等间距发射信号,类似于有多个天线),以此得到大孔径,增加雷达的角度分辨率。

5、MIMO雷达(参考https://www.sohu.com/a/142457895_695278

MIMO雷达是在阵列雷达和多基地雷达的基础上发展而来,MIMO雷达通过多个发射天线发射多个正交波形,并采用多个接收天线接收所有正交波形,MIMO雷达采用这种波形分集技术,从而具有传统相控阵雷达所不具备的优点,包括突破阵元间距半波长限制、较高的系统自由度以及空间全覆盖特性等。

多输入多输出(Multiple-input Multiple-output)雷达的概念由Fishie于2004年首次提出。并不是说MIMO技术是从2004年才开始,而是FIshie第一次将MIMO通信的空间分集观点引入到了雷达中。

基于多阵元天线,MIMO雷达采用M个通道发射相互正交的信号,多波形信号在空间保持独立,经过目标的散射,被N个接收阵元接收,每个阵元都采用M个匹配滤波器对回波进行匹配,从而可以得到M*N个通道的回波数据。

可以看出形成的观测通道数(M*N)可以成倍与物理阵元数(M+N),但由于发射的信号为正交信号,则无法像相控阵那样通过波束形成在空间功率合成了,从而发射波束的主瓣增益将降低1/M。

天线阵在空间的分布不同就发展出了二种主要的体制:统计MIMO雷达和相参MIMO雷达。

统计MIMO雷达(分布式)

发射阵在空间散布,目标回波是有大量散射体的回波叠加而成,接收机利用正交性分离出不同位置的回波,这些回波认为是相互统计独立的,目标发射信号功率近似稳定,这对目标检测是有益的,可以有效克服由目标闪烁导致的雷达性能下降。

相参MIMO雷达(紧凑式)

发射/接收阵元在空间上分布紧凑,这个紧凑是指天线阵元的间距在发射信号的波长量级时,远场目标回波对于收发天线阵是相关的。

相参MIMO雷达又可以分为单站和双站,单站大家好理解;双站是说收、发分别紧凑配置,收发之间满足双站雷达的条件。

对于相参MIMO雷达,各发射和接收单元的位置是已知的,对接收端匹配滤波后的MN个输出信号进行移相相加,可以在一个或多个方向上形成波束。

MIMO雷达优点(参考博士论文“MIMO雷达参数估计与数据融合方法研究_陈浩”):

MIMO雷达是利用多个天线同步发射分集波形,在接收端利用多个天线接收, 并对回波信号集中处理的雷达系统MIMO雷达的自由度相比传统雷达大幅增加,比如一个具有M个发射天线和N个接收天线的MIMO雷达系统,最大可以获取的自由度为MN[26][124] 由于采用极化、空间、频率和波形分集等技术, MIMO雷达与相控阵雷达相比,具有更大的自由度,在抗干扰 抗目标起伏 反辐射和提高参数估计的分辨力等方面有着明显的优势[11]

MIMO雷达与传统雷达相比的主要性能优势有:(1)提高目标参数估 计精度 传统的雷达目标参数估计方法受到两个方面的限制,一是可分 辨的最大目标数受阵元数目限制;二是分辨能力受到阵列物理孔径的限制

附:

(一)、三维成像雷达ARTINO(Airborne Radar for Three-dimensional Imaging and Nadir Observation):分别利用平行于雷达航迹的合成孔径雷达,垂直于航向的线性阵列及下视的宽带信号所提供的三个方向的分辨率来获得目标的空间分布信息。

(二)、阵列雷达与相控阵雷达区别:

雷达阵列只是利用数量较多的雷达来捕捉信号较弱的目标,有些类似昆虫的复眼的原理,其扫描方式还是机械式的,只不过在每台雷达上都有同步机构,以使得所有雷达指向同一方向,聚焦到同一目标。

相控阵雷达则是采用电子方式的相位扫描的原理,因此扫描速度极快,并且可以同时跟踪多个目标。

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