经典雷达资料-第20章 测高和三坐标雷达-1new

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1、·791·第20章测高和三坐标雷达第20章测高和三坐标雷达DavidJ.Murrow20.1测高雷达及其技术早期的雷达测高技术早期用于测量目标高度的雷达技术是按照是否在测量中运用了地球表面来进行分类的。在早期雷达中，运用地球表面测高相当普遍，这是因为天线和发射机技术局限于使用较低的无线电频率和宽的垂直波束。美国第一部舰载雷达（后来称为CXAM，由美国海军研究实验室（NRL）在1939年研制）用首次检测目标的距离估计了高度。该雷达估计高度的基础是已知因多路径零信号产生的接近水平面处方向图的形状。后来对此进行了改进，即利用目标穿越较高仰角上的多

2、路径零信号或目标的“逐渐消失”。这种技术示于如图20.1（a）所示中。其被广泛地应用于早期的舰载雷达。这种舰载雷达利用了海洋表面强反射的特性。当然，这种技术在性能上受不可控制因素的限制，如海洋状态、大气折射、目标的雷达截面积和目标机动[1][2]。地球表面的反射也被其他早期同时代的陆基雷达应用，如用于在二战中保护英国的“本土链”（CH）系列。这种雷达是高频脉冲雷达，在垂直方向上安装一对接收天线（多通道波瓣），通过比较其主波束的幅度来进行高度测量。这种技术的概念示于如图20.1（b）所示中，它也应用在早期的美国雷达中。其中，较著名的有加拿大生

3、产的美式雷达SCR—588和美国生产的SCR—527雷达。这两种雷达均基于英国7型雷达（AMES7型雷达）设计[3]。雷达测高最早的也许是最直接的方式之一是采用机械扫描使窄的垂直波束天线对准目标。目标的仰角对应于天线的仰角读数。在应用这种技术的早期雷达系统中，操纵员用手轮使天线对准目标，同时监视目标回波的强度。人们很快就知道，使波束中目标回波的信号强度最大并不足以提供所需的精度，因此最终发展了另一种技术以实现此目的。其中之一被称为波束切换，于1937年首先在后来成为美军通信兵SCR—268雷达的原型机上演示[4]。这种雷达设计用以引导防空火

4、力，是第一个运用波束切换技术把天线对准目标的成品雷达。两个分离的相同波束组成接收天线，其中一个在天线轴线之上，一个在天线轴线以下。通过在两波束之间切换并保持所观察到的幅度相等，SCR—268雷达的仰角操纵员能保持天线精确地对准目标。如果在方位或仰角上产生窄的笔型波束的反射体天线以机械方式瞄准目标或目标的附近，则可测定目标的方位和仰角这种技术被称为搜索照射（Searchlighting）。这种搜索照射技术被成功地用于英国的CMH雷达及美国的SCR—584[5]、SCR—·791·第20章测高和三坐标雷达615和美国海军的SM等雷达上。所有这些

5、雷达都是S波段反射式天线雷达系统。在这些反射式天线中，有些使用单波束圆锥扫描来提供使波束精确地对准目标所需的仰角误差信号。这种技术的精确度非常好，但明显受到同一时间内只能观测一个目标的限制。圆锥扫描和波束切换是称为顺序波束转换（Sequentiallobing）的特殊情形，是利用偏离轴线误差信号的常用技术。顺序波束转换技术的基本精度和局限性将在20.3节中叙述。这种搜索照射技术是在第18章中曾讨论的现代跟踪雷达的先驱，许多跟踪雷达现在仍在应用单脉冲技术产生偏离轴线时的误差信号。显然，要求天线对准目标的技术在同时进行监视和测高的能力上受到限制

6、。通常，它们每次测量单个目标时，还要求搜索雷达至少在距离和方位上指示目标。搜索照射和波束切换的概念在如图20.1（c）所示中说明。图20.1早期雷达的测高技术在讨论两坐标监视设备时，早期广泛运用的测量目标高度的雷达是点头式雷达。这种雷达通过整个天线结构摆动或“点头”，使具有窄垂直波束宽度的扇状水平波束在仰角上实现机械扫描，如图20.1（d）所示。当雷达天线连续不断地向目标发射脉冲时，主瓣返回的目标回波通过距离一高度显示器（RHI）显示给操纵员，并通过被称为“波束分层”·791·第20章测高和三坐标雷达的处理，即通过测量显示的目标视频信号的中

7、心，操纵员可精确地直接测量目标的高度。尽管一些点头式天线测高雷达有一种慢方位旋转搜索模式，但大多数仍依靠操纵员的方位指示。操纵员通过两坐标监视雷达观察探测对象，同时由测高雷达测量高度。测高雷达旋转到所需的方位从而得到高度和距离的测量值。和3D雷达相比，这种操作方法速度较慢且在多方位目标跟踪能力上受到限制，从而严重限制了人工点头式天线的测高雷达在军事上的继续使用。图20.1续早期雷达的测高技术有几种采用点头式天线的测高雷达，如著名的英国13型雷达（AMES13型雷达）和得到广泛应用的美国AN/TPS—10雷达出现在20世纪40年代的中后期，且

8、高频技术也开始出现[6]。AN/TPS—10X波段点头式天线测高雷达系列被AN/FPS—6，即一种专为美军设计的S波段点头式天线雷达所取代[7]。AN/MPS—14雷达是这种雷达