3D雷达技术的类型 3D雷达的未来趋势

3D雷达是一种可提供范围，高度和方向的三维视图雷达。长期以来，人们一直需要3D雷达提供的信息，特别是用于防空和拦截。在3D雷达之前，这是通过单独的搜索雷达（给出范围和方位角）和第三个单独的雷达来实现的，用于确定高度的高度查找。全固态3D主雷达结合了最新的空中和天气监测技术。它提供准确的飞机位置信息，包括飞行高度。即使在极端天气条件、地面杂波和自然或人为干扰下，也能实现这些检测和 3D 位置估计功能。与更常见的二维雷达不同，3D 雷达提供三维雷达覆盖。普通 2D 雷达提供距离和方位角，而 2D 雷达提供具有距离和方位角的高程信息。应用包括天气监测、防御和监视。

2D雷达：空中监视雷达覆盖雷达周围一定大小的区域内，并且必须侦听回波信号。其天线方向图针对特定任务进行调整。大多数情况下，天线形成旋转的扇形波束或余割方形天线方向图。这种形式的体积扫描称为二维雷达。这种雷达只能测量两个坐标来确定目标的位置。它只能将两架叠加的飞行飞机检测为单个（但随后更大）目标。对于第三个坐标，高度信息（仰角或根据高度计算）， 在雷达技术开始时（大约第二次世界大战和战后时期），必须组合使用 2 个雷达。其中一个雷达用作监视雷达，第二个雷达设备专门用作所谓的 高度查找器。搜索雷达和高度探测器这两种类型只能测量两个坐标。在这两种情况下，它都是2D雷达设备。在军用雷达使用中，成本因素起着从属作用。但是，空中交通管制中的雷达不能太贵。因此，这里主要只有2D雷达用于空中监视。然后由辅助雷达提供高度信息。

如果所有三个空间坐标的测量都是在雷达系统内进行的，则称为3D雷达。

3D雷达的一种特殊形式是使用非常窄的铅笔光束的天气雷达。每次扫描旋转后，天线仰角都会改变，以便下一次探测。这种情况将在多个角度重复，以扫描最大范围内雷达周围的所有空气量。对于天线向各个方向旋转和倾斜的完整周期，但最多需要 15 分钟。这种时间方法不适合空中监视雷达，因为非常快的飞机可以在很短的时间内行驶很远的距离。一架超音速的飞机在这个间隔内行驶了近 300 公里！

在用于空中监视的3D雷达最初是一项大量的技术工作。在3D雷达中，必须并行存在多个接收通道， 雷达天线在接收时间内必须部署多个天线方向图。这种雷达，例如中功率雷达（MPR），今天已不再使用。它巨大的抛物面天线有 36个馈电喇叭，并配置总共12个不同的窄天线波束，这些天线波束彼此对齐，所有天线波束都以不同的仰角排列。从情况来看，回波信号在接收通道的哪些通道中进行处理， 以及在什么方向上正常显示其波束，雷达处理器会插入接收到的回波信号的精确仰角。根据此仰角和测量的距离计算目标的高度。在传输期间，必须在所有 12 个方向上同时传输极高的脉冲功率。因此，两种发射器功率放大器都设计为使用脉冲高功率速调管来产生高达20兆瓦的脉冲功率。

具有平面或线性相控阵的较旧的3D雷达设备不能同时向观测下的所有方向传输。这是按时间顺序完成的。这些天线只能在有限的旋转角度内扫描空间。这里有两种可能性：天线在方位角旋转并以电子方式扫描仰角， 或者有四个平面天线静态分布在一个载波周围，每个天线仅覆盖半球的四分之一部分。这两种变体都允许雷达站点周围的整体覆盖。在这里，雷达仅在某个方向上传输，然后等待来自该方向的回波信号。

旋转天线有一个严重的缺点。因为每个仰角都会按时间顺序扫描，所以天线不能旋转得太快， 以避免有限的时间预算在侦察中出现空白。然而，使用静态天线的版本在时间调度方面具有优势，几乎四个雷达同时扫描空间。这四个雷达前端是通用雷达数据处理和显示的主题。在这里，雷达系统可以更灵活地运行，并且可以用作多功能雷达。因此，现代雷达始终是多功能雷达。

由于利用了数字波束成形的优点和所有接收通道的可能并行数字处理，这一时序问题被完全克服了。但是，在传输期间，必须用脉冲功率照亮整个扫描区域，就像当时的MPR一样。用一个单一的，非常具体的 “乌鸦巢天线”， 由弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所（FHR）获得专利，可以同时控制雷达站点周围的整个半球。

3D 气象雷达系统 – 3D天气雷达使用非常窄的铅笔梁。每次扫描旋转后，天线仰角都会改变，以便下一次探测。这种情况将在多个角度重复，以扫描最大范围内雷达周围的所有空气量。对于天线向各个方向旋转和倾斜的完整周期，但最多需要 15 分钟。这种时间方法不适合空中监视雷达，因为非常快的飞机可以在很短的时间内行驶很远的距离。一架超音速的飞机在这个间隔内行驶了近 300 公里！

3D防空雷达系统 –在三维空中监视中，雷达并行接收多个信道，雷达天线在接收时间内部署多个天线方向图。这种雷达，例如中功率雷达（MPR），今天已不再使用。其巨大的抛物面天线有3个馈电喇叭，并配置了总共36个不同的窄天线波束，这些天线波束彼此对齐，所有天线波束都以不同的仰角排列。根据情况，对接收信道的回波信号进行处理，以及在哪个方向上正常显示其波束，雷达处理器对接收到的回波信号进行精确的仰角插值。根据此仰角和测量的距离计算目标的高度。在传输期间，必须在所有 12 个方向上同时传输极高的脉冲功率。因此，两种发射器功率放大器都设计为使用脉冲高功率速调管来产生高达12兆瓦的脉冲功率。

具有平面或线性相控阵的较旧的3D雷达设备不能同时向观测下的所有方向传输。这是按时间顺序完成的。这些天线只能在有限的旋转角度内扫描空间。这里有两种可能性：天线在方位角旋转并以电子方式扫描仰角，或者有四个平面天线静态分布在载波周围，每个天线仅覆盖半球的四分之一部分。这两种变体都允许雷达站点周围的整体覆盖。在这里，雷达仅在某个方向上传输，然后等待来自该方向的回波信号。

旋转天线有一个严重的缺点。由于每个仰角都会按时间顺序扫描，天线不能旋转得太快，以避免有限的时间预算在侦察中出现间隙。然而，使用静态天线的版本在时间调度方面具有优势，几乎四个雷达同时扫描空间。这四个雷达前端是通用雷达数据处理和显示的主题。在这里，雷达系统可以更灵活地运行，并且可以用作多功能雷达。因此，现代雷达始终是多功能雷达。

由于利用了数字波束成形的优点和所有接收通道的可能并行数字处理，这一时序问题被完全克服了。但是，在传输期间，必须用脉冲功率照亮整个扫描区域，就像当时的MPR一样。通过弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所（FHR）获得专利的单个非常特殊的“乌鸦巢天线”，可以同时控制雷达站点周围的整个半球。

时间有时被定义为第四维度。应用于雷达的目标坐标（方向确定、仰角和倾斜范围），这将是多普勒频率。然而，多普勒频率也是由经典的2D雷达测量的，而不会变异成3D雷达。

3D雷达技术的类型

3D铅笔束技术 - 3D雷达是一种“铅笔束”雷达。这种“铅笔型”高增益波束通过相位控制瞄准多个发射/接收指向高度，同时天线在方位角上机械旋转。每个波束都可以配置最合适的脉冲数、脉冲能量、仪器范围和处理类型，同时考虑到所需的仪器覆盖范围和光束覆盖的高程体积杂波特征。

检测得到改善，因为它只能受到指向飞机的光束中存在的杂波或干扰的影响。高仰角波束几乎没有表面杂波，这使得飞机探测比传统的二维雷达更可行。2D雷达系统提供飞机高度数据，无需它们的合作。

平面阵列天线和分布式固态设计： 它基于由垂直堆叠的水平线性阵列组成的平面阵列天线。由模块化固态发射器和接收器驱动，以电子方式合成具有窄波束宽度的发射/接收天线方向图，包括方位角和仰角。

单脉冲技术 - 3D雷达的另一个特点是通过使用单脉冲技术实现飞机方位角的高精度和高分辨率。该技术基于通过和型和差型两种天线模式同时接收信号，也用于飞机高度估计，这是飞机高度计算的第一步。

通过使用相位调制波形和极低的旁瓣电平滤波器响应，通过数字脉冲压缩获得范围精度和分辨率。

频率分集 - 3D雷达是一种双频雷达，同时具有两个频率通道。此功能提供了更好的检测和精度性能，特别是对于小型飞机和干扰条件。

抗杂波功能 - 通过使用MTD或MTI处理，可以检测沉浸在地形或天气杂波中的飞机。低径向速度的飞机也可以通过无杂波高仰波束或低仰角梁进行检测，后者基于杂波图检测技术提供超杂波能见度。

3D雷达的未来趋势

预计到3年，1D雷达市场将增长到775亿0，2022万美元，从20年到36年的复合年增长率为2019.2022%。

采用最先进技术的近区域检测 -德国公司InnoSenT开发了一种新的近距离雷达解决方案。iSYS-5005 产品采用复杂的 24 GHz MIMO 雷达技术和先进的信号处理技术，具有可靠和精确的检测效果。该产品具有雷达跟踪等新功能，并确定全面的目标信息。近距离传感器的设备首次可用于安全系统和自动门控制。

适应性强的多任务雷达 -诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman Corporation）在佛罗里达州埃格林空军基地展示了其移动高度适应性多任务雷达（HAMMR）系统，该系统针对美国陆军的目标无人机.HAMMR是一种中短程X波段三维（3D）雷达，利用经过验证的有源电子扫描阵列（AESA）AN/APG-83 F-16战斗机雷达在地面移动中发挥作用。HAMMR 在 3 度或仅扇区凝视模式下为空中监视、武器提示和反火力目标获取任务提供多任务 360D 性能。HAMMR能够在移动中提供部队保护，从而提高作战人员的生存能力。

三维远征远程雷达（3DELRR）系统 -雷神公司的综合防御系统公司已获得52，686，179美元的固定价格激励公司，工程和制造开发（EMD）合同，用于新的远程雷达系统，即三维远征远程雷达（3DELRR）系统。根据预计将于2020年3月底完成的合同，雷神公司将提供<>DELRRR系统的三个生产代表单元，工作将在马萨诸塞州安多弗进行。

远程战术范围雷达 -英国皇家空军（RAF）将从西班牙公司Indra接收可部署的军用雷达系统，即Long Tactical Range 25（LTR25）。Indra是从潜在供应商名单中选出的。先进的远程防空可部署雷达系统预计将于今年年底交付。LTR25可部署军用雷达系统是Indra开发的Lanza 3D雷达系列的一部分，以其远程探测能力，快速部署和易于运输而闻名。该雷达可以在洛克希德 C-130 大力神等飞机上运输。英国皇家空军可以使用该系统在国家领土之外进行部署，以“一次性”加强对特定区域的监视。此外，LTR25可以作为备份，以防其中一个固定雷达受到攻击或损坏。

天气雷达 - 最大风暴：无论是直播还是跨数字平台，Max Storm 都旨在为您的团队提供令人惊叹的可视化、准确的天气数据和简化的工作流程，这对于恶劣天气报道至关重要。使用 3D 天气雷达和图像近乎实时地将观众带入风暴中，或在移动设备上吸引观众，同时推广您的直播。有了Max Storm，可能性是无穷无尽的。

自主跟踪和搜索雷达 -SMART-L是泰雷兹集团制造的3D多波束雷达，用于提供远程空中和地面监视和目标指定。全数字控制的有源电子扫描阵列（AESA）雷达。所应用的高端技术使雷达具有无与伦比的2000公里远程性能。在这个巨大的范围内，它可以探测到各种各样的目标：吸气目标、隐形目标和弹道导弹。它可以安装在陆地位置，海上，也可以作为可部署的防空雷达使用。SMART-L MM独立寻找弹道导弹型目标。快速跟踪启动后，弹道目标轨道保持到顶峰。通过应用前向/后向扫描和凝视模式，弹道导弹的探测范围显着提高，从而增加了观察时间。

编辑：黄飞