頻率捷變雷達

頻率捷變雷達是指發射的相鄰脈衝的載頻在一定頻帶內隨機快速改變的脈衝雷達。這種雷達可以有效地對抗窄帶瞄準式有源干擾，而且還具有加大探測距離、提高測角精度、抑制海浪雜波等優點。大多數軍用雷達都採用這種體制，並已逐漸推廣到民用船載雷達。頻率捷變雷達可分為非相干頻率捷變雷達和全相干頻率捷變雷達兩類。

基本介紹

• 中文名：頻率捷變雷達
• 外文名：frequency-agility radar
• 優點：加大探測距離、提高測角精度
• 研製時間：20世紀60年代
• 套用：民用船載雷達
• 學科：電子工程

組成部分

非相干頻率捷變雷達 　採用頻率捷變磁控管作為振盪源的雷達。這種雷達於60年代初期研製成功，當時採用了旋轉調諧磁控管作為頻率捷變磁控管。這種磁控管後來也常為非相干頻率捷變雷達所採用。這種雷達主要由頻率捷變磁控管、壓控本振器和頻率跟蹤器三部分組成

頻率捷變磁控管

常用的有旋轉調諧、抖動調諧、精確調諧、音圈調諧、壓電調諧等。在低微波段主要採用旋轉調諧；在高微波段主要採用壓電調諧。

壓控本振

60年代採用返波管，70年代以來主要採用變容管（見微波二極體）調諧微波半導體振盪器。在低微波段常用電晶體振盪器；在高微波段則常用體效應管（見晶體二極體或場效應管（見晶體三極體振盪器。

頻率跟蹤器

預測磁控管的發射頻率（或直接利用磁控管頻率感測器給出的頻率讀出信號），使壓控本振頻率跟上磁控管腔體調諧頻率的變化，並在雷達發射時根據準確的發射頻率對本振進行微調，使其和發射頻率相差一個中頻。

非相干頻率捷變雷達結構簡單，易於實現，造價低廉，但是不易控制發射頻率，發射信號的頻率穩定度差，無法和動目標顯示體制兼容。

新式雷達

全相干頻率捷變雷達主要是由主振放大鏈構成的頻率捷變雷達。這種雷達於 60年代後期研製成功（圖2）。全相干頻率捷變雷達的核心是捷變頻率合成器，它能產生快速捷變的發射信號和本振信號，而且頻率穩定度很高。這種頻率合成器通常用晶振-倍頻鏈直接合成，或者是用高速鎖相環間接合成，所產生的發射信號經過功率放大鏈放大後發射出去。功率放大鏈的前級通常採用小功率和中功率行波管，末級則常採用大功率行波管、行波速調管或正交場器件(見正交場放大管)。

全相干頻率捷變雷達易於實現可控捷變，可以和脈衝壓縮、動目標顯示等體制相結合；但是造價昂貴，技術複雜。

性能

頻率捷變雷達具有抗干擾能力強、增大探測距離、提高測角精度和抑制海浪雜波干擾等主要優點。

①　抗干擾能力強：專為提高抗干擾能力而設計的頻率捷變雷達，脈間最大頻差可達到雷達的整個工作頻帶。由於發射載頻作脈間捷變，有利於防止偵察。它具有很強的抗瞄準式有源干擾的能力，因為干擾機很難跟上雷達脈間捷變的調諧速率。即使干擾機採用極高速率的電子調諧，也只能在接收到雷達信號後才能跟上。為有效地干擾頻率捷變雷達，必須採用寬頻阻塞式干擾。這就迫使干擾機把功率分散到很寬的頻帶上去，從而降低干擾的功率密度。

②　增大雷達的探測距離：由於頻率捷變雷達把目標回波的慢起伏變為脈間不相關的快起伏，從而減小了起伏損失，增大了探測距離。頻率捷變的增益主要取決於獨立脈衝數。為使相鄰脈衝不相關，要求相鄰頻差大於臨界頻率。這一臨界頻率和目標的徑向尺寸成反比，通常約在幾十兆赫範圍內。實測表明，在高檢測機率（80%以上）時，頻率捷變雷達的探測距離比固定頻率雷達大20%～30%。

③　提高測角精度：跟蹤雷達在近距離的測角誤差，主要是由目標視在反射中心的抖動所引起的。採用頻率捷變後也可以使這種角度誤差由慢抖動變為快抖動，然後被伺服系統的大時間常數所平滑。單脈衝跟蹤雷達採用頻率捷變後，可以把近距離的跟蹤精度提高2～3倍。對於圓錐掃描雷達，雖然頻率捷變也可減小角度抖動，但卻增加了在掃描頻率附近幅度起伏的分量，因而頻率捷變的效果不如單脈衝雷達顯著。

④　抑制海浪雜波干擾：同一距離單元的海浪雜波通常有較長的相關時間，因而不能依靠積累的方法來抑制。採用頻率捷變可以去除海浪雜波的相關性。雖然這時目標回波也會失去相關性，但幅度起伏的方差減小而更接近平均值，因而採用積累後可以改善雜波上的可見度。

其他優點

頻率捷變雷達還有很多其他優點，如能減小回波幅度起伏的方差，提高對雷達目標截面積測量的精度，從而提高地貌測量雷達對目標性質的分辨能力。此外，它還能消除工作在相同頻段雷達間的相互干擾，消除由超折射引起的二次或多次環繞回波等。使用中的非相干和全相干雷達大多數可以改裝為頻率捷變雷達，尤其是非相干雷達更易改裝。

主要缺點

頻率捷變雷達的主要缺點是不易與動目標顯示和脈衝都卜勒體制兼容。只有全相干雷達可採用分組捷變的方法，部分地解決這個問題。脈間捷變和動目標顯示完全兼容，只能在近程、高重複頻率雷達中才能實現，但構成更為複雜。

趨勢

頻率捷變雷達正向自適應方向發展。自適應抗干擾頻率捷變雷達能測出干擾信號頻譜中的最弱點的頻率，並自動地快速捷變到這一最弱點。自適應頻率捷變跟蹤雷達還能自動跳到回波幅度最強即角度誤差最小的頻率。人們正在研究把頻率捷變同自適應旁瓣對消技術結合起來，以便同時具備對抗自備式干擾機和掩護式干擾機的能力。

干擾方法

無源干擾法

FAR是利用發射頻率的變化來抗干擾的一種措施，而無源干擾的最大特點是所反射的回波信號頻率和雷達發射頻率相一致，因此是無法用選擇的方法加以消除的，不管是非相參FAR還是全相參FAR。無源干擾實際上是人為有意投放的無源反射體，這些反射體和真實目標一樣也能有效的反射無線電波，它的直徑只有幾十微米，而長度正好等於雷達工作波長的一半，因而可以在雷達的工作頻率發生諧振，通過投放大量的反射體，可以形成相當強烈的干擾雜波，而且還會使回波信號產生衰減。由於它製作簡單、成本低廉、易於投放，是一種較為理想的消極干擾方式。它的缺點是：a.必須事先測定被干擾對象的工作頻率；b.反射體在空中停留時間難於控制，因而，干擾雜波存在的時間和空間受到一定的限制；c.預先在己方飛機必須經過的空中走廊投放反射體，容易暴露作戰企圖。

寬頻阻塞噪波干擾法

由於FAR的工作頻率往往在很寬的頻帶上捷變，為了達到同樣的干擾效果，可以採用寬頻阻塞式噪波干擾法，用阻塞覆蓋雷達工作頻段。由於干擾頻寬比窄帶瞄準式干擾的要寬得多，阻塞頻寬要大於或等於雷達捷變頻寬，致使干擾密度下降。若要達到同樣的功率密度，必須大大提高干擾功率，這對於微波器件來說是很不容易的，體積和功耗的增加也是不允許的。例如，用窄帶瞄準式干擾法，能在X波段10MH：頻寬內產生20W的干擾功率，即功率密度為ZW/MHz。但對於寬頻阻塞干擾，當頻寬為500MHz，為了同樣的功率密度和干擾效果，干擾機就必須產生1000W的功率，顯然，這樣大的干擾功率是很難承擔的。

形成寬頻阻塞噪波干擾的方法有下列三種：

A.使用單部干擾機。採用單部干擾機的優點是，有效輻射功率高，使用一個噪聲源比使用多個噪聲源易於控制，便於觀察干擾的效果。缺點是，由於微波管幅頻特性的不均勻性、傳輸線問題和天線控制誤差等原因，功率譜有“缺口”；另外，可靠性比較差，一旦單部干擾機失效，則全部干擾功率都將損失掉和失去干擾對象，因此現在很少套用。

B.用具有相同中心頻率、頻寬、功率、天線覆蓋的多部干擾機進行“迭加”。使用多部干擾機迭加的優點是：可靠性高，如果一部干擾機失效，其它幾部干擾機可以進行補償；由於各干擾機的頻譜因天線安裝、管子特性等隨頻率變化而變化，但幾部干擾機功率迭加以後，就可以做到比較平坦而無太多的功率泄漏，因此干擾頻譜較平坦。存在的主要缺點：a.同一頻帶上，必須重複使用同樣的多付收、發天線，它們之間互為負載，會影響發射功率，對結構也有很嚴格的要求；b.迭加時，每部干擾機都要求有很寬的頻寬，都有帶外損失。.在整個干擾頻寬內，不管是否必要，都需要覆蓋整個雷達工作頻帶，因此，能量損失較大。

C.使用多部干擾機，每部的頻帶都較窄，中心頻率錯開，形成“參差”，以覆蓋整個欲干擾的頻帶。使用多部干擾機“參差”的優點是：只需要一付收發天線，對結構要求不嚴格，容易實現，可以集中干擾功率用於所需要的干擾頻帶上，而對偵察設備所指示無雷達工作的那部分頻帶可以不進行干擾。