數字陣列雷達-相控陣專題講座之三
從名詞上看，數字陣列雷達，肯定是陣列雷達了，那么數字陣列與傳統的相控陣雷達又有什么區別呢？傳統的相控陣雷達，是依靠移相器、衰減器和微波合成網絡來實現波束在空間掃描，其本質是一種在模擬域的基于射頻器件和饋電網絡構建的運算處理方式。
數字陣列雷達是種收、發均采用數字波束形成技術的全數字化相控陣雷達 ,它采取的是在數字域實現幅相加權(即數字波束形成）
數字陣列了對每個收發通道的信號進行數字化處理，實現了發射波形產生和接收信號處理的全數字化，其物理實現的基礎就是基于DDS在數字域形成發射波形，采用AD轉換器將接收的模擬信號轉化為數字信號進行數據處理，所以對于數字陣列雷達而言，每個通道發射以及接收波形所需要的幅度相位數據等參數都是可以單獨控制，波束的形成靈活，準確。
數字陣列雷達的基本工作原理是 :發射模式下信號處理機給出發射波束掃描所需的幅度和相位值送至數字收/發組件(DTR),DTR 在波形產生時預置相位和幅度 , 然后經過上變頻和放大后經輻射單元發射出去在空間合成 ;接收模式下每個單元接收的信號經過下變頻、DDC(數字下變頻器)后 I/Q 信號送至信號處理機進行 DBF 處理和常規信號處理形成目標點跡。數字陣列雷達沒有復雜的饋線網絡 , 系統組成非常簡單, 只有信號處理機和陣列天線(由 DTR 組成)兩個部分 , DTR 和信號處理機之間通過光纖連接,所以系統有很高的重構性 。
DDS基本的工作原理：對于一個給定的系統時鐘fc，相位累計器在每個時鐘的上升沿與頻率控制字K累加一次，當累加器我2N次運算后，相位累加器相當于做了一次模余運算。正弦查詢表在每個時鐘周期內，根據送給ROM的地址，取出存儲在ROM表中與該地址對應的正弦幅值，最后將該值送給DAC和LPF實現量化幅值到一個純凈的正弦信號間的轉換，同時正弦信號的相位和幅度可以根據需要分別進行控制。
在數字化T中，相控陣天線移相的最變為數字化過程，利用DDS技術完成對發射波形形成所需要的幅度和相位加權，從而實現對發射波束數字形成DBF。利用DDS可以對某一個固定頻率進行精確的移相控制，模塊之間的幅相校正只需要通過改變模塊中的DDS控制因子來實現，不需要額外的校正元件。同時根據DDS的特性可以進行全數字方式控制的發射波束形成和掃描，波束掃描速度更快，控制更加靈活；可以實現超低副瓣的發射波束和發射波束的零點形成。
接收的數字波束形成DBF，就是用一定形狀的波束接收有用信號或者需要方向信號，抑制不需要的方向信號的干擾。
對于一個固定天線陣列，由于各個單元的同相激勵，其方向圖波束指向總是指向陣列法線方向，如果信號從非法線方向入射，不能獲得最大輸出功率，或者說沒有指向期望的信號的方向，如果對天線陣元的輸入乘上一個權值，則可以通過改變權矢量的的方式來改變方向圖，比如波束指向、主瓣寬度以及副瓣電平等。
(1)大的動態范圍。大動態范圍是強雜波下小目標檢測所必需的 , 數字陣列雷達比常規相控陣雷達有更大的系統動態 , 如 4000 個單元的數字陣列,其系統動態可增加 36 dB 。
(2)容易實現多波束 。空間探測/導彈預警等情況下雷達需采用多波束工作方式 ,這樣可以充分利用能量。以模擬方式形成多波束無比復雜, 而 DAR是在數字域實現多波束的, 比較容易實現。另外, 為了同時滿足高精度和高搜索 、跟蹤的數據率也需要多波束。
(3)低損耗 、低副瓣。波束加權和脈壓加權在不同距離上可靈活設定, 這樣可實現近距離低副瓣和遠距離低損耗(改善約 1 .5 ～ 2 dB), 兼顧了近區反雜波和遠區弱目標信號檢測 。
常規相控陣雷達使用數字移相器的位數受到限制, 高位數移相器的移相精度很難得到保證 ,需采用虛位技術且副瓣電平受到影響, 另外移相器和衰減器的精度和量化誤差影響了副瓣電平 ,而DAR 有高的幅相控制精度(相位控制精度超過 0 .5°),所以可以獲得更高的天線性能
(4)低角測高精度高 。可同時多波束, 不同距離波束數和波束指向可靈活控制, 波束交疊電平低, 在低角范圍內可保證有兩個高信噪比的波束對目標進行測。量
(5)可制造性強 、全周期壽命費用低 。DAR 無射頻波束形成網絡和饋線網絡 ,采用的是模塊化設計 ,其基本單元是數字陣列模塊(DAM), DAR 可以由數百個甚至數千個 DAM 拼裝而成 ,這樣可以大大增加系統的可制造性和縮短研制周期, 同時降低全周期壽命費用。
(6)系統任務可靠性高。當 DAR 有限個接收通道失效時,系統通過更改波束形成系數可減弱失效通道的影響。另外, 由于采用了模塊化的 DAM 設計 ,系統的可維修性非常好 。
國內在數字相控陣雷達的研制方面走在世界的前列，以電科集團38所為代表的收發全DBF技術雷達已經進入了實用階段。
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