L波段远距离监视雷达

Air Trafic Configuration(ATC)的尺寸大、功能多，作用范围远，能够360°覆盖，它的主要目的在于空中安全保障而不是空中安全防御，ATC的典型参数如下：

ATC主要面向远距离的监视任务，因此具有较长的作用距离和有效的半球覆盖范围。当CVoR扩展到方位360°，且无旋转天线，其物理结构将十分复杂，但是还有其它不同的选择： 1、方形或三角形的棱锥台（以早期飞告警雷达PAVE PAWS为例，如图所示）； 2、多面的锥形阵列，如图所示的典型形式。 ATC构造的选择主要基于两种备选的阵列形状和合适的波束处理方法。

两种阵列形状的主要差别在于，棱锥台形各阵面间的CVoR覆盖范围是分开的，然而对于任意方位的一个目标，多面阵列的波束是所有面共同形成的。不同凝视阵列方案的适用性取决于各方案分辨率与跟踪性能间的平衡，以及不同组件数量的消耗和多波束形成的计算量之间的平衡。 棱锥台形的平面阵列有助于在波束形成时进行高效的FFT，但是其形成的波束在分辨率和指向间隔上存在大幅度变化。为了满足最小分辨率的要求，将使用更加昂贵的雷达阵列。

一个多面阵列能够提供均匀间隔的波束，以及相应的分辨率，但是将产生更繁重的计算量。

如何选择阵列形状？

为了高效率地完成波束形成计算，FFT是最值得考虑的。然而，这种方法的成本很高，为了保证FFT的计算效率，阵面须是平面的。孔径中心分辨率可根据波长与阵列孔径的比求得。 对于2.5°的分辨率，孔径等于19个波长，或者，对于ATC来说，孔径为4m宽。在任何一个方向须使用一个阵面，对于一个四面阵，每个阵面必须覆盖90°扇区范围内的目标。在每个扇区边缘处，方位分辨率将恶化，相对于孔径中心分辨率的波束间隔，边缘处的波束间隔将增加1.4倍。 因此，为了满足全方向分辨率的要求，孔径尺寸必须增加相同的倍数，达到5.6m宽，每个阵面水平方向上包含48个阵元。如果垂直方向上包含16个阵元，那么每个阵面包含768个阵元，四个阵面共包含3072个阵元，或者768块4阵元的阵面板。对于三面的棱锥台来说，增加系数不是1.4倍而是2倍。

对于12面阵来说，任意5个相邻面阵的孔径尺寸大于4m，在任意方向都包含1536个阵元，或者384块4阵元的阵面板，正好是方形阵列的一半，任意方向的分辨率优于2.5°。 阵列成本对于总成本由阵列决定的雷达来说，这将很大程度的节约成本：12面阵不需要3072个阵元，只需要一半数量的阵元，其组件成本大约减少了一半。   将雷达分离成许多个较窄的阵面，但是不是单个阵面进行波束形成，而是全部阵面一起进行波束形成，因此丧失了傅里叶变换的效率。然而，这种方法的好处是能够在任意方向上形成波束，而分辨率的变化小于3%。对于任意一个波束的形成将用到多个面，当波束形成时由第4-8阵面转换到5-9阵面，其中有80%的通道信号被再次利用，制约了波束形成中任何不连续的情况。 这种方法计算波束的成本主要在于处理的计算量。该程序需要进行许多数学运算，但是它们十分简单。波束形成需要进行逐波束CWVS计算，例如形成240个方位波束，每个波束由5个阵面形成，有32个俯仰波束和1000个距离波门，脉冲重复率为1kHz。在此规模下，对探测距离更远的雷达可采用尺寸更大的阵列。   基于以上这些原因，并考虑到表中指向和分辨率指标，选择12面的截锥体作为ATC的接收阵列，阵列布局如图所示。发射阵列是一个4面的垂直阵列，位于接收阵列上方，其中心轴与接收阵列的中心轴重合。当其工作时，阵列外侧有一圈6m高的围板结构件，用来将其架设在距离地面10-20m高的塔台上。该设备的工作频段是L波段（1.2-1.4GHz），能够探测到60海里处，RCS为1㎡的目标。 四面棱锥台和多阵面阵列的指向和分辨率对比：（A）假设两者具有相同数量的阵元；（B）假设两者具有相同的分辨率性能。

从表中可以明显地看出，虽然多阵面阵列的运算量至少增加10倍，但是棱锥台形阵列为了达到相同的最小方位分辨率需要增加额外的阵列硬件，与其相比，多阵面阵列的成本是较低的。因此，选择多阵面阵列是有利的。

L波形的接收阵列

ATC的接收阵列包含数个倾斜的二维阵面，每个阵面包含128个接收单元，工作在L频段。整个接收阵列大约高1.8米，宽5m，采用截锥体形式。根据常规监视雷达的经验，此结构能将其牢固的安装固定在塔台上。该结构必须是刚性的，没有较大的活动件，相对于波束扫描雷达，其安装过程简单、不易损坏。 具有12个阵面的接收阵列的几何形状如图所示。该雷达能够覆盖方位360°，可以作为空中一次监视雷达。在此例中，接收阵列工作在L频段，其波束方向图如图所示，其方位角分辨率优于2.5°，能够按照3海里间隔的标准对60海里外的目标进行探测。对某些高分辨率的应用，可能需要更大尺寸的阵列。

发射天线可以位于接收阵列上方，在能够完全控制时序和波形的情况下，也能够与接收阵列分开布置。多阵面阵列通常由4通道接收板组成，每块接收板可以由FPGA控制。这些接收板可以通过标准的数字通信线缆或光纤和开关与一组并行计算机进行数据交互，从而协调和处理阵列各个区域收到的信号。