AESA雷達的優勢有哪些 AESA雷達系統如何工作

有源電子掃描陣列通常稱為AESA，是一種相控陣雷達系統。它由一組天線組成，這些天線形成一束無線電波，可以瞄準不同的方向，而無需物理移動天線本身。AESA技術的主要用途是雷達系統。

AESA系統目前用于許多不同的軍事平臺，包括軍用飛機和無人機，以提供卓越的態勢感知。

ASEA技術的發展可以追溯到1960年代初，隨著無源電子掃描陣列（PESA）雷達的發展，這是一種固態系統，它從單個源獲取信號并使用移相器模塊選擇性地延遲信號的某些部分，同時允許其他部分無延遲地傳輸。以這種方式傳輸信號可以產生不同形狀的信號，有效地將信號束指向不同的方向。這稱為波束轉向。

第一個AESA系統是在1980年代開發的，與舊的PESA系統相比具有許多優勢。與使用一個發射器/接收器模塊的PESA不同，AESA使用許多發射器/接收器模塊，這些模塊與天線元件接口，可以產生多個不同頻率的同步雷達波束。

AESA 雷達系統如何工作

雷達系統通常通過將天線連接到強大的無線電發射器來發射短脈沖信號來工作。然后斷開發射器的連接，天線連接到敏感的接收器，該接收器放大來自目標物體的任何回波。通過測量信號返回所需的時間，雷達接收器可以確定到物體的距離。然后接收器將結果輸出發送到某種顯示器。發射器元件通常是速調管或磁控管，適用于放大或產生窄范圍的頻率到高功率水平。要掃描天空的一部分，必須物理移動雷達天線以指向不同的方向。

從1960年代開始，引入了能夠以受控方式延遲發射器信號的新型固態設備。這導致了第一個實用的大型無源電子掃描陣列（PESA），或簡稱相控陣雷達。PESA從單個來源獲取信號，將其分成數百條路徑，選擇性地延遲其中一些路徑，并將它們發送到單獨的天線。來自單獨天線的無線電信號在空間中重疊，并且控制各個信號之間的干擾模式以在某些方向上增強信號，并在所有其他方向上使其靜音。延遲可以很容易地通過電子方式控制，允許在不移動天線的情況下非常快速地控制波束。PESA可以比傳統的機械系統更快地掃描大量空間。此外，由于電子技術的進步，PESA增加了產生多個主動波束的能力，使它們能夠繼續掃描天空，同時將較小的波束聚焦在某些目標上，以跟蹤或引導半主動雷達尋的導彈。PESA在1960年代迅速在船舶和大型固定炮臺上普及，隨后隨著電子設備的縮小，機載傳感器也隨之而來。

AESA是固態電子進一步發展的結果。在早期的系統中，傳輸的信號最初是在速調管或行波管或類似設備中產生的，這些設備相對較大。接收器電子設備也很大，因為它們使用的頻率很高。在1980年代引入砷化鎵微電子學極大地減小了接收器元件的尺寸，直到有效的接收器可以以類似于手持無線電的尺寸建造，體積只有幾立方厘米。JFET和MESFET的引入也對系統的發射器側產生了同樣的影響。它產生了帶有低功率固態波形發生器的放大器發射器，為放大器供電，允許任何配備如此裝備的雷達在更寬的頻率范圍內傳輸，直到隨著每個脈沖發出的改變工作頻率。將整個組件（發射器、接收器和天線）縮小成一個大約一盒牛奶大小的“發射器-接收器模塊”（TRM），并將這些元件排列起來，從而產生AESA。

與PESA相比，AESA的主要優勢是不同模塊能夠在不同的頻率上運行。與PESA不同，PESA中的信號由少量發射器以單個頻率生成，而在AESA中，每個模塊都會產生并輻射自己的獨立信號。這使得AESA能夠同時產生許多“子波束”，由于不同的頻率，它可以識別這些子波束，并主動跟蹤更多的目標。AESA還可以同時產生由許多不同頻率組成的波束，使用來自多個TRM的組合信號的后處理來重新創建顯示，就好像發送了單個強大的波束一樣。但是，這意味著每個頻率中存在的噪聲也會被接收和添加。

AESA的優勢

1. 抗電子干擾 -AESA系統的主要優點之一對電子干擾技術的高度抵抗力。?雷達干擾通常是通過確定敵方雷達廣播的頻率，然后以相同頻率發射信號以混淆它來完成的。隨著時間的推移，工程師們開發了一種通過設計雷達系統來抵消這種形式的干擾的方法，該系統可以隨著每個脈沖改變其頻率。但隨著雷達的進步，干擾技術也在進步。除了改變頻率外，AESA系統還可以在寬帶上分配頻率，甚至在單個脈沖內，這種雷達技術稱為“啁啾”。這種特性的組合使得干擾AESA系統比其他形式的雷達要困難得多。

2. 低攔截 -AESA 系統被敵方雷達警告接收器（RWR）攔截的可能性也很低。RWR允許飛機或車輛確定來自外部來源的雷達波束何時擊中它。在這樣做的過程中，它還可以確定光束的原點，從而確定敵人的位置。AESA 系統在克服 RWR 方面非常有效。由于上面提到的“啁啾”頻率變化如此之快，并且完全是隨機的序列，因此RWR很難判斷AESA雷達波束實際上是否是雷達信號，或者只是世界各地發現的環境“白噪聲”無線電信號的一部分。

3. 提高可靠性 -使用 AESA 系統的另一個好處是每個模塊獨立運行，因此單個模塊中的故障不會對整體系統性能產生任何重大影響。AESA 技術也可用于創建飛機和其他裝備系統之間的高帶寬數據鏈路。

4. 多模式功能 -?該雷達技術還支持多種模式，使系統能夠承擔各種任務，包括：

實波束映射

合成孔徑雷達（SAR）測繪

海面搜索

地面移動目標指示和跟蹤

空對空搜索和跟蹤

AESA 雷達面臨的挑戰

與大多數技術一樣，制造商在AESA雷達技術的開發過程中面臨著一些挑戰。最常見的挑戰包括電源、冷卻、重量和價格。

幸運的是，隨著技術的不斷改進，已經取得了進步（并且還在繼續進步）。例如，這些雷達的重量在過去幾年中減少了一半以上，同時尺寸也減小了。這使得AESA可以安裝在飛機機頭以外的區域。雷達將能夠朝多個方向定向，并提供更廣闊的視野。

AESA雷達及其未來

正如Breifly所提到的，隨著AESA技術的進步，它已經變得更小，更實惠。這使得許多國家能夠將AESA納入地面、海上和空中的遺留系統中。

認知雷達：AESA技術的發展與信號處理的改進齊頭并進。這反映了非軍事領域的電子創新;由于軟件的改進，您的手機今天可以執行比十年前更多的任務。軟件創新以驚人的速度移動將對雷達領域產生影響，特別是在人工智能（AI）領域。關鍵是機器能夠從其近期和遙遠的過去的操作中吸取教訓，并將其應用于當前環境。所謂的“認知雷達”可以適應人工智能的元素。

氮化鎵后：隨著氮化鎵（GaN）的出現，在AESA領域已經取得了很大進展，氮化鎵是一種非常堅硬的半導體，越來越多地用于TR模塊結構。它高度耐熱，因此能夠處理高功率傳輸，與使用砷化鎵（AsGa）的傳統 AESA T/R 模塊相比，它提高了雷達性能。下一個神奇的材料要么滿足使當前基于技術的系統“不足”的要求，要么大大降低制造成本，從而為行業投資創造了“節省開支”的理由。

小型化：摩爾定律假設單個芯片上的晶體管數量每兩年翻一番。這使得電子產品可以在占用更少空間的同時做更多的事情，這也是今天的手機不再類似于 1980 年代的盒子狀結構的原因。摩爾定律幫助雷達工程師將執行雷達功能的電子設備塞進各個 TR 模塊上。小型化的驅動力將繼續在雷達設計中，認為電子產品正在進入納米技術領域。這可能提供了將電子設備安裝到不斷縮小的空間中的能力，并有助于進一步減少雷達的物理足跡。例如，AN/SPY-1雷達的總重量為65，733kg：在雷達設計中智能使用納米技術可以幫助顯著減小尺寸和重量，不僅適用于軍艦，也適用于整個平臺。

成本：資金是國防采購中一個長期存在的問題：設備似乎很少變得更便宜，國防預算總是面臨壓力。需要關注制造成本和AESA雷達系統的技術性能。客戶總是在詢問他們聽說過的最新技術，實際上他們真正想要的是現成的成熟產品，不需要開發。目標是將這兩個屬性結合起來。這需要一個路線圖，提供定期的技術更新和支持這項投資的收入來源。

延長持續時間：2016年，雷神公司在美國陸軍協會的冬季貿易展上首次將其基于硝酸鎵（GaN）的AESA升級到愛國者空中和導彈防御系統，成為國防科技界的頭條新聞。自首次亮相以來，該系統已成功完成1000個運行小時。通過將兩個面向相反方向的升級系統配對，它們可以覆蓋完整的 360 度范圍。

AESA 代表有源電子掃描陣列，而 PESA 代表無源電子掃描陣列。

PESA雷達