欧洲这款4D雷达对目标实时多普勒测速 我国早已掌握

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  大家都知道雷达是利用电磁波搜索空间目标的设备,大部分雷达都具备3D测量功能,可以测量目标到雷达的相对位置关系,比如目标的水平方位角,俯仰方位角,直线距离,这就是普通俗称的3D雷达,这种雷达普遍应用在陆海空天各种平台上,比如战斗机机载雷达,预警机雷达,海军舰艇预警雷达,火控雷达,陆军的反炮兵雷达,防空雷达等等。

  但是最近世界出了一种新雷达,这种雷达叫4D雷达,非常新鲜,也非常的给力,让我们看看究竟如何。

  欧洲雷达大厂塔利斯公司对于4D雷达宣传,4D大体就是在目标探测的3D坐标上增加了一个时间维度,具体如何也没有完全解释清楚,简单举了一个例子,他们雷达使用4D技术,除了测量雷达的距离和方位之外,还增加了另外一个维度,这就是对目标进行实时的多普勒测速,测量来袭目标相对雷达的径向速度,从而分辨出这是哪一种目标,并对目标进行分类管控,比如来袭目标可以分为:高速反舰导弹,还是来袭战斗机,还是普通民航机,最终防空系统采取不同策略应对不同目标的威胁。

这是塔利斯公司开发的空面搜索4D雷达,性能非常先进 这是塔利斯公司开发的空面搜索4D雷达,性能非常先进

  4D雷达先进在哪里,让我们随便挑一款雷达看看性能指标,这是NS100有源相控阵雷达,发射接收模块为GaN材料,指标非常先进,甲板上重量1.3吨,雷达可靠性好的发指,平均故障时间高达2100小时。

最大发现距离280公里,水面目标80公里,对空对海跟踪目标高达1000个!! 最大发现距离280公里,水面目标80公里,对空对海跟踪目标高达1000个!!

  问题就来了,为啥采用4D技术的雷达如此强悍,美国俄罗斯早期空中预警机跟踪目标不过就是20-50批目标,如今一款随便卖的雷达都可以同时跟踪1000个,简直高的不可想象。

4D雷达技术的使用使得相控阵雷达如虎添翼 4D雷达技术的使用使得相控阵雷达如虎添翼

  而欧洲另外一家雷达公司则称,传统雷达需要3秒以上的时间来执行快速的跟踪启动和确认,而TRS-4D雷达则只需要在单次扫描波束中即可完成确认功能,耗时不到1秒钟,TRS-4D的产品代号表明,该雷达的性能除了空间三维之外,还有第四维的时间维。类似的性能只有大型、昂贵的舰载相控阵雷达系统才能拥有,比如SPY-1、APAR和中国的海之星346A雷达等。

  该雷达的G/H波段发射机采用了氮化镓(GaN)半导体技术的T/R组件。这是在5GHz—6GHz工作频段的雷达系统中首次应用。TRS-4D雷达的最大探测距离为250公里,能够具备对1000个目标进行三维跟踪的能力。

传统机械扫描雷达局限性很大,和4D雷达水平有天壤之别 传统机械扫描雷达局限性很大,和4D雷达水平有天壤之别

  如何理解4D雷达技术,让我们先从普通机械扫描雷达说起。

  机械扫描的雷达的跟踪信息重复率很低,跟踪的信号很粗略,基本上只能实现批的预警,所以机械扫描时代的雷达,包括那些一维相扫的雷达,主要都只能做预警探测,所谓的跟踪完全靠计算机累计积分。

  从雷达的实际运行来说,发现一个目标要重复至少3个脉冲,建立跟踪至少需要15个脉冲,雷达扫过一次周期内基本只有1-2个脉冲,所以早期的雷达探测目标不是一开机就能立马找到,要运行几分钟以上,雷达转了10几圈以后,才能建立基本的信息,也就是说,不是雷达接触到飞机的回波就能探测到飞机,而是有一定的时间滞后,所以标称300KM的雷达,经常在200KM以内才能初次探测到目标的事情是非常正常的。

相控阵雷达技术是雷达技术史上的一个重大突破,中国052C驱逐舰采用了这种技术 相控阵雷达技术是雷达技术史上的一个重大突破,中国052C驱逐舰采用了这种技术

  当方向和高度都能电扫的平板相控阵出现以后,目标刷新率,信号的空时比得到了很大的提高,雷达的探测距离,跟踪数量得到了极大的提升。

  有人怀疑,这种4d功能就能对付固定相控阵雷达,转起来的平板不行?其实不影响,新的4D雷达,是指在雷达扫描的功能上添加时间控制,这个时间灵活控制有两个方面,一个是单一波束的脉冲叠加,比如正常搜索是往一个波束上连续叠加10个脉冲,现在可以灵活的控制在5-1000个脉冲间自动调整,这有利于搜索远程目标,或者小信号目标,无人机隐身飞机等等。

  另一个是可以提高高威胁区域的波束重复率,比如发现了一个目标,可以对这个目标实行每秒30次的信号刷新率,而其它没发现目标的区域则保持每分钟6次的信号刷新,这个是新的波束控制下实现的新的数字处理的新功能。

相控阵雷达的优点就是控制灵活,可以一心多用 相控阵雷达的优点就是控制灵活,可以一心多用

  或许有人会问,发现远程目标可以理解,小信号目标咋个用多脉冲来解决?

  实际上采用脉冲压缩技术就可以,假定一个脉冲信号回波只有0.001,积累1000个脉冲累加一起压缩就有1的强度了,脉冲压缩本来就是数字雷达增加探测距离的基础,只不过不处理扩频的话,积累的压缩比例不会太高,不能压缩太多的脉冲。

  可以如此理解先进雷达原理,雷达扫描就像喷墨打印机一样,一个DPI点就是喷一下,但是这喷一下的墨有多有少,而且这个墨里面的4种颜色的墨各有多少都是不同的,雷达也是一样,打一个波束上去,这个波束就是一个方向高度上的一个点,这个点的波束发射时间长短是相对固定的,所以里面含有的多少个脉冲相对固定,有源相控阵雷达AESA可以灵活控制这个波束发射的时长,这就是时间的控制概念。

现在的喷墨打印机打印效果越来越精细,雷达也如此 现在的喷墨打印机打印效果越来越精细,雷达也如此

  有人或许难于理解这个时间控制的重要性,其实时间控制是数字信号的基础,做个比喻来说,时间恒定是石器时代,时间可变是铁器时代,到时分就是现代了,差别就这么大。

  4D雷达的主要意义,简单地说是可以在单一的雷达实现很多功能,雷达的信噪比获得提高,探测距离得到提升 发现小目标的能力得到提高,能对付小目标 特别是低速的低空小目标,目标分辨能力提高,目标跟踪能力更强,虚警率低 ,跟踪能力得到巨大的提高,具有超越预警级信号的级别 可以达到火控级别的刷新率 信号精度可以直接用于火控信息,可以处理目标的多普勒特征 有不合作识别的潜力。

  或许有人不理解这个预警和火控级别的信号差距多大,实际上来说,差距有成千上万倍。简单说把,一个300KM级的目标,雷达如果只是预警的话,定位精度大概在1.5-8km之间,如果要实现跟踪,需要在1.5km 以内的精度,如果是武器级,至少要在5-50米左右的精度,美国宙斯盾系统配合标准2远程防空导弹,精度大概在100m以内勉强能做武器级,到标6防空导弹,射程太远,就只能让导弹自己安装雷达自己制导,并且尽量利用TTNT信息网络进行协同瞄准。

雷达看的越清楚,导弹打得越准确 雷达看的越清楚,导弹打得越准确

  雷达技术进步其实可以从手机上面看出来,之前的大哥大就像个砖头大小,功率很大,但是现在手机个头比大哥大小很多,芯片功率也小很多倍,但是但是信号辐射接收距离反而更好,传输稳定性更高,从技术角度来说,大哥大就是定时的数字脉冲,GSM全球通就是时分多址,现在的3G,4G是码分多址,4D雷达就是用时分技术替代简单编码技术,4D可以在软件层面实现很多技术,很多功能比如说探测隐身飞机。

  以前雷达探测飞机,因为带宽的问题,只能在很窄的频段进行信号滤波处理,相当于真实反射波的1/10的信号被接收端处理了,现在有时分技术了,可以用时分的信号扩频技术进行宽带范围内的信号进行压缩,就能利用真实反射波信号的1/2了,这就相当于信噪比提高了好多倍,发现距离远了很多倍。

中国在有源相控阵雷达上取得了突飞猛进的进步,让世界侧目 中国在有源相控阵雷达上取得了突飞猛进的进步,让世界侧目

  另外时分技术和自适应数字波束成型结合,可以对监视区域的某个重点区域进行重点扫描和长压缩信号波束,简单地说就像你看不清楚一个东西,就仔细反复盯着看,这样效果就好很多倍。

  实际上来说,中国人已经完全掌握了4D雷达技术,这也是最近些年,中国雷达满世界大卖的原因之一。(作者署名:大水)

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