信号辐射源与传感器的发展

1、引言

电子战系统的目标是保护军队、军用设施与平台（我们称之为目标）不受环境中存在的电磁威胁的影响。电磁威胁的实现依靠的是武器系统，它们配备可引导高炮、弹药和远距离导弹的传感器。

工作在电磁频谱中的传感器可将照射在其上的辐射能转换为电子设备随后要处理的电信号。传感器用于检测、跟踪、识别和定位目标。有些传感器拥有自己的目标照射源，如微波、毫米波和激光雷达。这些传感器被称为有源传感器。还有一些传感器依靠自然环境对目标的照射，如光电（EO）和红外（IR）系统，它们分别利用目标反射的光能或自然背景和人为的引擎与物体辐射的热能。这类传感器被称为无源传感器。有源传感器既有发射装置又有接收装置，无源传感器则只有接收装置。

由于传感器各组成部分（如发射机、接收机、孔径和检波器）大小与波长成正比，因此传感器可以按照其波长进行分类。

表2.1比较了微波、毫米波和光电/红外传感器的特性。

传感器的一个重要部件是其孔径，能量由此进入（接收）和/或离开（发射）传感器。微波和毫米波传感器的孔径是天线，而光电/红外和激光传感器的孔径是光学透镜和反射镜

表2.1　　传感器特性

表2.2给出了微波和毫米波雷达频段的频率划分范围，表2.3列出了红外频谱的划分范围。

设计任何传感器系统必须考虑的一个重要因素就是雨、雾、尘埃等大气效应，它们会使性能变差，还要考虑大气衰减与频率的关系。图2.1、图2.2和图2.3分别描述了单程的大气衰减（dB/km）与频率的关系、雨雾造成的衰减以及高频传感器在红外波段的大气传输系数。

▲图2.1　单程的大气衰减（dB/km）与频率的关系

图2.2　雨雾造成的衰减

图2.3　高频传感器在红外波段的大气传输系数

2、雷达原理与类型

早在第二次世界大战前，雷达就被指定为“无线电探测与测距”的缩写。英国、美国、德国、意大利、法国和俄罗斯等国都对雷达基本原理进行了研究，初期研究频段为25～500 MHz。雷达技术在第二次世界大战期间得以加速发展。1941年后，英国研制的磁控管推动了微波雷达的发展，麻省理工学院辐射实验室和美国与英国的其他机构同时开展了微波雷达的研究工作。

现代雷达可以从目标中提取很多信息。除距离外，它们可以提取角度、径向速度、目标的散射点及其分布、方位变化、喷气发动机类型与螺旋浆的调制等。对目标距离（即至目标的距离）的测量依然是雷达最重要的功能。图2.4示出了雷达的基本原理。

雷达方程将雷达的探测距离与其结构（即发射机、接收机、天线和波形）特性、目标特征和环境特性关联在一起。因此，雷达方程是雷达系统设计的基本工具。

传统脉冲雷达的简化框图如图2.5（a）所示。经过发展，现代雷达的结构框图如图2.5（b）所示。下面我们将讨论雷达系统的发展。

波形产生器（WFG）产生低功率雷达信号并馈送给雷达发射机的功率放大器。传统体制雷达系统中，发射机使用磁控管这样的低占空比波形功率振荡器。由于现代雷达需要较大占空比的相参波形，功率放大器就成了首选。功率放大器可以是正交场放大器、速调管、行波管（TWT）或固态（SS，即晶体管）放大器。除固态放大器外，在大部分功率放大器和功率振荡器中，调制器与来自波形产生器的输入脉冲同步地开、关发射机。

发射机（Tx）的输出通过双工器到达天线，再由天线发射到空中。双工器用作转换开关，能使发射和接收分时使用一副天线。当发射机工作时，双工器在接收机输入端产生短路（电弧放电），所以高功率信号到达天线而不进入接收机，从而保护了接收机。当接收时，双工器将回波信号引导到接收机而不到发射机。

高增益（定向）天线可以采用机扫抛物面反射器、机扫平面阵列反射器，也可以是电扫相控阵列（参见附录C）。

以监视雷达的天线在方位上旋转360°为例来说明天线扫描。远程监视雷达的典型扫描速率是每分钟5～6转（rpm），而中程和短程监视雷达的典型扫描速率是每分钟30～60转。

审核编辑 ：李倩