sar雷达和普通雷达(PESA雷达与AESA雷达的优劣简单比较)

目前,大多数军事战术系统都要依靠以下两种雷达技术之一来完成任务,一是PESA雷达,二是AESA雷达。

首先大家都知道雷达是什么吧。雷达就是利用电磁波来定位和识别物体的设备。最早的雷达应用是通讯而不是探查物体,是海上船舶用来与无线电塔之间通讯的工具,但有人发现在船舶与无线电塔之间有障碍物的时候会影响通讯质量,于是用雷达测量和定位物体的应用就出现了。以至于最后,这个测量和定位物体的功能反而成为了雷达的最主要工作。

雷达的工作原理很简单,雷达通过天线发出电磁波,然后再用天线接收由物体反射回来的电磁波,通过精确计算电磁波发送与接收之间的时间来确定探查到的物体距离。从这个雷达原理可知,一个雷达系统至少要有天线、电磁波发送器和反射回来的电磁波接收器。

sar雷达和普通雷达(PESA雷达与AESA雷达的优劣简单比较)(1)

雷达原理

很显然这个初始阶段的雷达实在是太粗糙了,此时如果想精确定位物体,就需要雷达天线不停的移动才能实现(机械旋转)。于是,1960年代,工程师们就创造出来了相控阵雷达天线。

与原始雷达比较,相控阵雷达不是只有一个天线,而是有一组天线,按照规定的排列顺序组成网格,这些排列好位置的一组天线同时发送和接收电磁波。

传统雷达只有单一天线的最大缺点就是发送的电磁波是没有方向的,就和水滴落到湖面上一样向四周扩散出去,此时电磁波也就不仅仅是从某个方向反射回来了,而且除了目标物体会反射回来电磁波,还有周围环境,如建筑物、地形都会反射回来电磁波。从这么多反射回来的电磁波当中取得有用的信息,对于当时还没有计算机可用的时代可不是一件容易的事情了。

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PESA雷达原理

此时,相控阵天线将一堆小天线组成“阵”,每个小天线发出的电磁波会与其他小天线发出的电磁电波互相干涉,最后变成一束有方向的,由若干细小电磁波交织成的粗大电磁波束。再通过故意设计的延迟技术,控制某些小天线的电磁波发送时间,于是相控阵天线发送的电磁波束就具有可控的方向性了。此时,雷达天线就不需要再移动了(不用旋转),只需要控制组成相控阵天线的小天线的电磁波发送时间就能实现改变电磁波束的方向了。

被动相控阵雷达(PESA)是一个信号源,被分成若干个一模一样的信号,送到相控阵天线的每一个小天线。也就是说,反射回来的电磁波实际上也是一模一样 ,但由于发送的时间和小天线所处位置不同,从这些频率一样的电磁波里面,还是可以获得到宝贵的信息了。

PESA雷达的优点是与普通单一雷达天线来比较得出的。PESA雷达天线发送信号(电磁波)的延时是可以精确控制,也就是说相控阵天线发送的电磁波束的方向是可以精确控制。此时,由于雷达天线不需要移动,因此就比那些传统机械扫描,必须移动雷达天线的雷达,具有更高的效率了。

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AESA雷达没有单一发送器了

但PESA的缺点也是特别明显。PESA雷达在定位上有缺陷,定位不准是其固有的缺陷。原因就是组成电磁波束的的信号不是同一个时间点发出来的,时间上的延迟才能组成的波束,就变成了精确定位的麻烦。

另外,就是PESA在一个时间点只能发出一束电磁波束也是不足的地方。只有一个发送器,也是PESA的“阿喀琉斯之踵”,只要发送器坏掉了,整个雷达也就坏掉了。最后就是尺寸同样是PESA雷达的缺点,PESA雷达的的传感器都是又大又重,同时散热问题也是PESA雷达不得不面对的问题,毕竟发送器这个关键节点是无法避开的,因此对发送器的散热也就变成PESA雷达必须面对的难题了。

AESA雷叫动态相控阵雷达,就是针对上面所说的那些PESA雷达的缺点而研发的一种雷达。也就是说,AESA雷达的优点,就是针对着PESA雷达的缺点去的。最直接的改进就是,现在AESA雷达不是只有一个发送器了,而是组成相控阵天线的每一个小天线都会有自己的发送/接收器了。这个发送/接收器在计算机的控制下,分别工作在发送或接收状态下。

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F-22战机使用的APG-77 AESA雷达

由于不再是只有一个唯一的发送器,此时组成相控阵天线的每一个小天线发送的电磁波就可以工作在不同频率下了,也不是所有小天线只能组成一个电磁波束,而是可以分组组成指向不同方向的若干个电磁波束了。或许在扫描面积上,AESA雷达没法与PESA雷达相比,但在扫描的精确度上,AESA雷达就甩PESA雷达好几条街了,毕竟这些组成波束的电磁波都是同一时间发出来的电磁波。并且,由于组成无线电波束的信号是工作在不同频率,此时从中获得的信息也就比PESA的单频率要丰富得多了。

如果与PESA相比,AESA的优点就是可以探测更远的距离,可以探测到更小的物体,以及抗干扰和电子阻塞的能力远远强过PESA雷达。想想也就知道,由于AESA雷达天线可以同时工作在很广的一个电磁频率上面,也就是说在任意一个频率上面发送的电磁波功率都不会太高,至少比PESA发送的电磁波功率要低得多,与背景噪声相比较就不会如PESA信号那么突出了。换句话说,与背景噪声比较没那么突出的信号,也就变得更难被侦察到了,至少是相比PESA雷达发出的电磁波信号要更难被侦察到了。

最后就是AESA雷达没有单一发送器这种关键故障点,至少不会因为发送器故障就完全干不了活。哪怕是AESA背后的计算机故障,对于后勤维修来说,也要比PESA雷达的发送器要更好维修吧。

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F-22的机载计算机

但AESA雷达也不是一点缺陷都没有,比如看的不够宽,也就是有限视角(FOV)问题。当前,标准平板相控AESA天线的视角只有90度至120度。所以,为了最大利用AESA天线,就要将AESA雷达天线与机械移动结合起来使用。

另外AESA雷达还有一个算不上是缺陷的缺陷,就是AESA雷达严重依赖后台计算机的算力,也就是说,没有性能超群的计算机配合AESA雷达工作,也就无法实现AESA雷达远超PESA的性能。至少与PESA雷达相比,AESA雷达更依赖于后台计算机才能发挥性能。AESA雷达可以在单位时间内获得远超PESA雷达的丰富信息,此时后台计算机必须要可以及时分析从AESA雷达接收来的这些数据,否则就要丢弃掉部分信息了。这等于就是“有好马却配不上好鞍”,浪费掉了AESA雷达的优点。

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