光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术
摘 要
相控阵雷达，即采用相控阵天线的一种雷达，而光控相控阵雷达则是综合采用光纤与相控阵天线的一种雷达。随着雷达技术的不断进步，越来越多新型雷达不断进入人们的生活，进入各个领域之中。本文围绕光控相控阵雷达对其发展现状、基本原理和实现中所涉及到的一些关键技术进行研究和探讨，通过研究以期让人们更进一步了解光控相控阵雷达。
【关键词】光控相控阵雷达 基本原理 发展 关键技术
雷达技术的诞生给军事、天文、航海等诸多领域目标的探测带来了前所未有的变革，使信号的发射、截获、视野的扫描、目标的探测发生了翻天覆地的变化，效率、准确率、性能均有了明显的改善。然而，雷达技术发展至今，因技术、经济等条件的限制，在发展过程中还面临着一些局限和挑战，有关光控相控阵雷达等新型雷达的研究还需要继续不断的加强。
1 光控相控阵雷达技术及其发展现状
1.1 光控相控阵雷达技术及其基本原理
相控阵雷达以相控阵天线阵列为核心，由多个辐射单元排列组合而成，每个阵元后接一个移相器和放大器，是一种新型有源电子扫描阵列雷达，其工作的基本原理是使用可控移相器对相移量进行控制，实现对各阵元间相对馈电相位的改变，通过馈电相位的改变，进而实现对天线阵面上电磁波分布的改变，最终实现按照一定规律对空间波束进行扫描。与传统机械扫描式雷达相比，相控阵雷达具有抗干扰能力强，反应速度快，数据率与可靠性高，集跟踪、扫描、搜索等多种功能于一身，适用于多方向、多目标、多层次的作战环境等优点，在各领域应用范围迅速扩展开来。
伴随相控阵雷达应用的不断广泛，早期相控阵雷达具有的弊端开始逐渐显现，为了消除这一弊端，进一步提高相控阵雷达的带宽与识别分辨等综合能力，光控相控阵雷达应运而生。所谓光控相控阵雷达，是指在相控阵雷达中引入光纤实时延时技术所研发而成的一种雷达。光控相控阵雷达采用损耗低、带宽宽、易封装、抗干扰能力强、体积小的光纤延迟线来代替传统的延迟技术，在信号处理方面更显优势。光控相控阵雷达以相控阵列雷达为基础和框架，引入光电子技术、实时延迟技术，采用光纤延迟线来对雷达信号进行传输、分配与控制，无论是在性能、功能还是探测范围上都有了大幅提升。
1.2 光控相控阵雷达技术发展现状
光控相控阵雷达技术起源于20世纪80年代末，至今已有将近30年的发展历史。自光控相控阵雷达被提出以后，便引起了世界各国相关专家学者们的不懈研究与试验探索，取得了一定成就，实现了从L波段到毫米波段雷达工作频段的研究，极大地推动了光控相控阵雷达技术的进一步发展。光实时延迟技术的引入主要是为解决信号带宽需求与瞬时影响问题，目前关于该技术的实现主要有以下几种方式：基于光开关切换和光纤环的光纤实时延迟、基于集成光学的光纤实时延迟、基于光传播色散的光纤实时延迟和基于空间光路切换的光纤实时延迟等等。这些方式基于不同的原理但都能够实现光控相控阵雷达的实时延迟，可以满足不同场合对光控相控阵雷达的实时延迟性要求。其中，光开关是当前光控相控阵雷达研发中的重点对象。微波信号光调制检测技术在光控相控阵雷达中起着重要的光电转换作用，目前国内光探测器的工作频率已达到较高水平，可以满足当前雷达探测需求。总体而言，光控相控阵雷达发展状态良好。
2 光控相控阵雷达实现中的关键技术
2.1 总体设计技术
虽然经过二十多年的发展，光纤传输技术与光电子技术的快速发展给光控相控阵雷达提供了强大的技术支撑，但在光控相控阵雷达实现过程中对于一些关键技术还需要进行重点把握。在进行光控相控阵雷达总体设计时，首先应根据具体的应用场合、应用要求对光控相控阵雷达需达到的各项技术指标进行综合考虑与合理设定，包括测角精度、扫描范围、信号接收灵敏度、瞬时带宽、波束切换频率、距离分辨率等等，对光控相控阵雷达对工作环境的适应性进行充分考虑。然后，依据微波信号光纤传输的动态范围、网络分配方式等将整个雷达系统划分成若干个子阵，完成相应指标的分配与计算工作。需要注意的是，光控相控阵雷达的总体设计过程中，应对由光路技术设备引入所产生的插入损耗对雷达系统噪声系数的影响进行特别关注，对光路信号传输灵敏性与雷达系统灵敏性之间的协调性进行格外关注，确保总体设计中各模块之间的协调性和与整体之间的协调性，避免因光路的引入而增大雷达系统噪声、干扰等系数。
2.2 光传输与网络分配技术
各阵元之间信号传输特性具备高度一致性是相控阵雷达正常工作的前提基础与必要条件，这表明在光控相控阵雷达的实现中，必须要对微波信号的光传输形式与网络分配方式进行合理设计。对于光传输部分的设计应保证光调制、检测、分配、放大等一系列操作具有良好的稳定性和良好的传输特性，能够较好的满足雷达系统对瞬时动态范围、噪声、幅频特性等各方面的要求。光传输网络的分配应保证信道划分的合理性，保证各信道带宽可以满足雷达探测需求。
2.3 结构设计
光控相控阵雷达的结构设计，包括天线前端、信号处理模块、控制中心等几个部分。由于天线前端通常置于室外，为了降低由温度变化给天线前端结构中的探测器、调制器、光纤等带来影响，防止这些装置工作性能、稳定性下降，需要对前端部分进行精心设计，充分考虑光控相控阵雷达工作环境的温度，合理选型、合理设计安装方式，合理安装，提高结构设计合理性。
3 总结
从上文对光控相控阵雷达技术、发展现状及实现中关键技术问题的探讨，可以总结出，继承了相控阵雷达所有优势并引入光纤延迟技术、光电子技术的光控相控阵雷达，在未来雷达领域有着非常广阔的发展前景与巨大的研发价值，并随着光纤技术、光电子技术的飞速发展，在信号处理方面的优势日渐增强。因此，加强对光控相控阵雷达技术的研究具有重要意义。
参考文献
[1]曹俊友.光传输关键技术及毫米波光控相控阵技术研究[D].电子科技大学，2006.
[2]贾春燕，李冬文，叶莉华，崔一平.相控阵雷达与光控相控阵雷达[J].电子器件，2006（02）：598-601.
[3]汪茜.适用于光控相控阵雷达的光学移相技术研究[D].北京邮电大学，2015.
[4]邓浩.基于光控相控阵雷达的光纤延迟线关键技术研究[D].电子科技大学，2013.
[5]朱晓华.用于光控相控阵雷达的射频光子移相器的研究[D].长春：吉林大学，2008.
