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为何机载雷达比地面雷达更容易给来袭飞机成像?
发布日期:2018年04月02日 11:10   发布者:天津萨瑞德科技有限公司   浏览次数:1649   

为何机载雷达比地面雷达更容易给来袭飞机成像?

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         雷达系统相对应战机犹如人的眼睛和大脑,其重要性不言而喻,目前世界各国均在大力发展性能先进的机载雷达,以期能够抢夺制胜先机,先敌发现,先敌开火。从三代机的多普勒雷达到四代机、五代机的有源相控阵雷达,探测距离越来越远,分辨率越来越高。

         现代战争,并不是飞机单纯依靠机载雷达就能完成整个作战任务,在实战中,往往需要地面雷达的配合。没有地面雷达配合,在先进的机载雷达也很难发挥出作用。

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        地面雷达通常是一整套体系,从早期预警开始,到搜索警戒,再到低空补盲,再到火控,完整的地面雷达体系几乎是无敌的。然而,有军事专家指出,地面雷达虽然种类繁多,功率强大,并且可以完成不同性质的探测任务,但在空战中,机载雷达更具优势,能够更加精准的发现目标,甚至探测出目标的尺寸和形状,这是为什么呢?

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         众所周知,雷达的主要任务就是搜寻目标,探测其方位、距离、和速度,引导战机、导弹发起精确打击。当雷达的分辨率高时,就可以获得目标的尺寸和轮廓相关信息。为了实现成像,雷达需要在距离和角度上均具备较高的分辨力。

         在距离分辨力上,电磁波在空气中传播速度为光速,通过计算雷达发射波和返回波的时间差,可以算出距离。但是在角度上,即横向切面上要实现高分辨力,现有技术还较为勉强。

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    幸运的是,当雷达与目标的各个部分存在相对运动时,利用多普勒频率固有的分辨率来识别目标的横向尺寸,为雷达成像打下了基础。

        此外,现代机载侦察雷达主要使用合成孔径雷达,合成孔径雷达使用的是13厘米~30厘米的微波波段,由于微波比可见光和红外辐射拥有更强的穿透能力,进而可以产生所谓的“透视”功能。如美国的E-8C战场监视飞机、TR-1A高空战术侦察机、和U-2R战略侦察机等均装有合成孔径雷达。“长曲棍球”雷达成像侦察卫星也装有这种雷达,这些信息都为雷达成像提供了相应的信息。

美国防部研制新型机载雷达 将倍增美空军作战能力

据美国《国家利益》双月刊网站10月12日报道称,尽管传感器技术近年来取得了很大进步,但云层仍然可以阻挡战机的视野,使其无法为地面部队提供支持。

合成孔径雷达可以透过气象条件进行侦测,但这些传感器通常太大并且操作不便,无法在快速变化的近距离空中支援情境中起到帮助作用。

不过,这种情况可能很快会发生改变。美国国防部高级研究项目局已经测试了一种紧凑型视频合成孔径雷达,它可以透过云层进行侦测,并将基于雷达的全动态视频传送到驾驶舱或地面站。

这项需求显而易见。该局的研究人员布鲁斯·华莱士2015年写到:“在世界上的很多重要地区(如中美洲、哥伦比亚和巴尔干半岛)的天空,25%至50%的时间会有云层。因此,美国近距离空中支援飞机可以攻击目标的时间受到严重的限制。

报道称,美国国防部高级研究项目局于2013年启动了视频合成孔径雷达研发工作。华莱士写到:“我们的雷达系统可以用来获得地面图像,甚至能透过云层和尘埃。图像的分辨率和帧率足以支持对机动目标的攻击。”

这种雷达的研发工作的重点是几个关键组件,包括紧凑的极高频激励器、接收器和放大器以及相关的软件算法。国防部高级研究项目局为视频合成孔径雷达选定了233千兆赫的频率。华莱士解释说,这一频率体现了帧率、分辨率和天线尺寸之间的平衡。

但这一频率也带来了问题。华莱士写到:“对于原型视频合成孔径雷达系统的设计和研发来说,233千兆赫频段没有合适的现有电子产品可用。所以我们自己制造了必要的部件。”

2017年9月28日,美国国防部高级研究项目局宣布,原始型的视频合成孔径雷达系统已经完成了初步的飞行测试。该局称:“最近的视频合成孔径雷达测试是在经过改装的、进行中低空飞行的DC-3飞机上进行的,这使得研究人员能够搜集并比较来自安装在标准传感器万向架上的视频合成孔径雷达、光电传感器和红外传感器的数据。”

华莱士称,在早期的视频合成孔径雷达测试中,研发部门将使用在MQ-9无人机和其他战机上安装的B型多光谱瞄准系统万向架。华莱士写到:“配合这款万向架,我们计划展示我们的视频合成孔径雷达系统可以轻而易举地安装在战术飞机上。”

华莱士称,接下来,研究人员将致力于改进传感器的可视化软件,“以便为操作人员提供一种他们习惯看到的图像”。他说:“我们正努力令可视界面像现有的光电/红外传感器的显示那样易于理解。”

与此同时,国防部高级研究项目局将把视频合成孔径雷达整合到一款拥有作战管理系统的代表性作战飞机上。华莱士暗示,视频合成孔径雷达系统投入使用可能主要会令AC-130型战机获益。

但如果研发取得成功,并且军方选择采购该雷达系统,任何带传感器万向架的战机都可以在搭载光电和红外传感器的同时搭载这款雷达。这些战机包括无人机、特种作战部队运输机、F-35隐形战机和海上巡逻机。视频合成孔径雷达还有可能安装在传感器吊舱中。

视频合成孔径雷达应该作为传感器套件的一部分无缝运转。在视野清晰条件下,光电传感器会将视频提供给机组人员。夜间,操作人员会切换到红外传感器。在云层或尘埃遮盖地面时,视频合成孔径雷达可以开始发挥作用。

华莱士写到,视频合成孔径雷达的主要应用将是“在空中透过云层实时获得移动和固定目标的图像”,但他和同事们正在探索其他可能的用途。他说:“这些用途可能包括测量风速和风向(以便调整火力)、进行战斗损害评估以及提供安全的短距离空对地数据链路。”

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图为AC-130H炮艇机释放热焰弹资料图


同时地理测绘是我国一项长期进行的工作,测绘学研究测量地球表面自然形状和人工设施的几何分布,所得的信息可用于编制各种比例尺的地图,以供城市规划、交通建设、水利开发和环境保护等诸多方面使用。不过,我国西南地区因云雾天气较多,光学测绘设备受天气影响,有的区域很难实时更新地理信息,成为一个“痼疾”。

电磁波合成孔径雷达测绘却“不畏浮云遮望眼”。机载毫米波测绘雷达,不受天气影响,无论阴晴雨雪均可工作,而且体积小,装机适应性强,国内多型飞机均可搭载飞行,可保障快速反应并顺利获取测量区域图像。


相关产品介绍:

机载同步 L, X 波段全极化调频连续波合成孔径雷达

X-波段、L-波段机载合成孔径雷达是国家特大科技专项第十五项中的高分专项中的一部分。机载同步 L, X 波段全极化调频连续波(FMCW)合成孔径雷达系统,将调频连续波技术与合成孔径雷达技术相结合,具有质量轻、体积小、功耗低等优点,在民用遥感测绘领域具有很大潜力。该雷达系统基于非侵入性的远程遥感技术,可以实现大面积工程区域的快速反应监测和实时数据传输,且通过多波段相位中心重叠、聚焦、干涉、层析扫描等数据处理算法实现了高质量的SAR图像。该系统良好的性能超过市场上绝大多数同类产品,产品分辨率高,探测精度可达厘米级,且不受距离影响,整体技术水平达到了国际较高水平。

我公司2016年5月17到19日在河南安阳完成了机载FMCW全极化同步L,X波段SAR在国内的第一次遥感测试。在安阳的机载试验中,雷达搭载Cessna-208民用飞机。本次测试工作在侧视条带模式,同时实现了单轨和重轨干涉。测试过程中飞行高度为1960米,成像覆盖面积为35km2,其中方位向长度为10km,宽度为3.5km。

技术参数:

                    

中心频率

9.6GHz(X)

1.3GHz(L)

带宽

400MHz(500MHz)

200MHz

波长

3.125 cm

23 cm

距离向分辨率

0.5m(0.3m)

0.75m

方位向分辨率

0.18mrad

0.18mrad

极化方式

HH/HV/VH/VV

HH/HV/VH/VV

发射通道

双通道

双通道

接收通道

4-8通道

4-8通道

扫描幅宽

4-8km

4-8km

功耗

<180W

<180W

重量

10kg

10kg

实时成像功能

干涉功能

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                                                                                                     雷达箱                                                         测试安装情况

测试成果图:

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X波段成像

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L波段成像

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X波段HH极化模式下图像

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L波段HH极化模式下图像

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XL波段数据融合

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干涉处理后高程图