3D雷達(dá)是一種可提供范圍，高度和方向的三維視圖雷達(dá)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直需要3D雷達(dá)提供的信息，特別是用于防空和攔截。在3D雷達(dá)之前，這是通過(guò)單獨(dú)的搜索雷達(dá)（給出范圍和方位角）和第三個(gè)單獨(dú)的雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用于確定高度的高度查找。全固態(tài)3D主雷達(dá)結(jié)合了最新的空中和天氣監(jiān)測(cè)技術(shù)。它提供準(zhǔn)確的飛機(jī)位置信息，包括飛行高度。即使在極端天氣條件、地面雜波和自然或人為干擾下，也能實(shí)現(xiàn)這些檢測(cè)和 3D 位置估計(jì)功能。與更常見(jiàn)的二維雷達(dá)不同，3D 雷達(dá)提供三維雷達(dá)覆蓋。普通 2D 雷達(dá)提供距離和方位角，而 2D 雷達(dá)提供具有距離和方位角的高程信息。應(yīng)用包括天氣監(jiān)測(cè)、防御和監(jiān)視。

2D雷達(dá)：空中監(jiān)視雷達(dá)覆蓋雷達(dá)周圍一定大小的區(qū)域內(nèi)，并且必須偵聽(tīng)回波信號(hào)。其天線方向圖針對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行調(diào)整。大多數(shù)情況下，天線形成旋轉(zhuǎn)的扇形波束或余割方形天線方向圖。這種形式的體積掃描稱為二維雷達(dá)。這種雷達(dá)只能測(cè)量?jī)蓚€(gè)坐標(biāo)來(lái)確定目標(biāo)的位置。它只能將兩架疊加的飛行飛機(jī)檢測(cè)為單個(gè)（但隨后更大）目標(biāo)。對(duì)于第三個(gè)坐標(biāo)，高度信息（仰角或根據(jù)高度計(jì)算）， 在雷達(dá)技術(shù)開(kāi)始時(shí)（大約第二次世界大戰(zhàn)和戰(zhàn)后時(shí)期），必須組合使用 2 個(gè)雷達(dá)。其中一個(gè)雷達(dá)用作監(jiān)視雷達(dá)，第二個(gè)雷達(dá)設(shè)備專門(mén)用作所謂的 高度查找器。搜索雷達(dá)和高度探測(cè)器這兩種類型只能測(cè)量?jī)蓚€(gè)坐標(biāo)。在這兩種情況下，它都是2D雷達(dá)設(shè)備。在軍用雷達(dá)使用中，成本因素起著從屬作用。但是，空中交通管制中的雷達(dá)不能太貴。因此，這里主要只有2D雷達(dá)用于空中監(jiān)視。然后由輔助雷達(dá)提供高度信息。

如果所有三個(gè)空間坐標(biāo)的測(cè)量都是在雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的，則稱為3D雷達(dá)。

3D雷達(dá)的一種特殊形式是使用非常窄的鉛筆光束的天氣雷達(dá)。每次掃描旋轉(zhuǎn)后，天線仰角都會(huì)改變，以便下一次探測(cè)。這種情況將在多個(gè)角度重復(fù)，以掃描最大范圍內(nèi)雷達(dá)周圍的所有空氣量。對(duì)于天線向各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)和傾斜的完整周期，但最多需要 15 分鐘。這種時(shí)間方法不適合空中監(jiān)視雷達(dá)，因?yàn)榉浅？斓娘w機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)行駛很遠(yuǎn)的距離。一架超音速的飛機(jī)在這個(gè)間隔內(nèi)行駛了近 300 公里！

在用于空中監(jiān)視的3D雷達(dá)最初是一項(xiàng)大量的技術(shù)工作。在3D雷達(dá)中，必須并行存在多個(gè)接收通道， 雷達(dá)天線在接收時(shí)間內(nèi)必須部署多個(gè)天線方向圖。這種雷達(dá)，例如中功率雷達(dá)（MPR），今天已不再使用。它巨大的拋物面天線有 36個(gè)饋電喇叭，并配置總共12個(gè)不同的窄天線波束，這些天線波束彼此對(duì)齊，所有天線波束都以不同的仰角排列。從情況來(lái)看，回波信號(hào)在接收通道的哪些通道中進(jìn)行處理， 以及在什么方向上正常顯示其波束，雷達(dá)處理器會(huì)插入接收到的回波信號(hào)的精確仰角。根據(jù)此仰角和測(cè)量的距離計(jì)算目標(biāo)的高度。在傳輸期間，必須在所有 12 個(gè)方向上同時(shí)傳輸極高的脈沖功率。因此，兩種發(fā)射器功率放大器都設(shè)計(jì)為使用脈沖高功率速調(diào)管來(lái)產(chǎn)生高達(dá)20兆瓦的脈沖功率。

具有平面或線性相控陣的較舊的3D雷達(dá)設(shè)備不能同時(shí)向觀測(cè)下的所有方向傳輸。這是按時(shí)間順序完成的。這些天線只能在有限的旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)掃描空間。這里有兩種可能性：天線在方位角旋轉(zhuǎn)并以電子方式掃描仰角， 或者有四個(gè)平面天線靜態(tài)分布在一個(gè)載波周圍，每個(gè)天線僅覆蓋半球的四分之一部分。這兩種變體都允許雷達(dá)站點(diǎn)周圍的整體覆蓋。在這里，雷達(dá)僅在某個(gè)方向上傳輸，然后等待來(lái)自該方向的回波信號(hào)。

旋轉(zhuǎn)天線有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。因?yàn)槊總€(gè)仰角都會(huì)按時(shí)間順序掃描，所以天線不能旋轉(zhuǎn)得太快， 以避免有限的時(shí)間預(yù)算在偵察中出現(xiàn)空白。然而，使用靜態(tài)天線的版本在時(shí)間調(diào)度方面具有優(yōu)勢(shì)，幾乎四個(gè)雷達(dá)同時(shí)掃描空間。這四個(gè)雷達(dá)前端是通用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和顯示的主題。在這里，雷達(dá)系統(tǒng)可以更靈活地運(yùn)行，并且可以用作多功能雷達(dá)。因此，現(xiàn)代雷達(dá)始終是多功能雷達(dá)。

由于利用了數(shù)字波束成形的優(yōu)點(diǎn)和所有接收通道的可能并行數(shù)字處理，這一時(shí)序問(wèn)題被完全克服了。但是，在傳輸期間，必須用脈沖功率照亮整個(gè)掃描區(qū)域，就像當(dāng)時(shí)的MPR一樣。用一個(gè)單一的，非常具體的 “烏鴉巢天線”， 由弗勞恩霍夫高頻物理和雷達(dá)技術(shù)研究所（FHR）獲得專利，可以同時(shí)控制雷達(dá)站點(diǎn)周圍的整個(gè)半球。

3D 氣象雷達(dá)系統(tǒng) –?3D天氣雷達(dá)使用非常窄的鉛筆梁。每次掃描旋轉(zhuǎn)后，天線仰角都會(huì)改變，以便下一次探測(cè)。這種情況將在多個(gè)角度重復(fù)，以掃描最大范圍內(nèi)雷達(dá)周圍的所有空氣量。對(duì)于天線向各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)和傾斜的完整周期，但最多需要 15 分鐘。這種時(shí)間方法不適合空中監(jiān)視雷達(dá)，因?yàn)榉浅？斓娘w機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)行駛很遠(yuǎn)的距離。一架超音速的飛機(jī)在這個(gè)間隔內(nèi)行駛了近 300 公里！

3D防空雷達(dá)系統(tǒng) –在三維空中監(jiān)視中，雷達(dá)并行接收多個(gè)信道，雷達(dá)天線在接收時(shí)間內(nèi)部署多個(gè)天線方向圖。這種雷達(dá)，例如中功率雷達(dá)（MPR），今天已不再使用。其巨大的拋物面天線有3個(gè)饋電喇叭，并配置了總共36個(gè)不同的窄天線波束，這些天線波束彼此對(duì)齊，所有天線波束都以不同的仰角排列。根據(jù)情況，對(duì)接收信道的回波信號(hào)進(jìn)行處理，以及在哪個(gè)方向上正常顯示其波束，雷達(dá)處理器對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行精確的仰角插值。根據(jù)此仰角和測(cè)量的距離計(jì)算目標(biāo)的高度。在傳輸期間，必須在所有 12 個(gè)方向上同時(shí)傳輸極高的脈沖功率。因此，兩種發(fā)射器功率放大器都設(shè)計(jì)為使用脈沖高功率速調(diào)管來(lái)產(chǎn)生高達(dá)12兆瓦的脈沖功率。

具有平面或線性相控陣的較舊的3D雷達(dá)設(shè)備不能同時(shí)向觀測(cè)下的所有方向傳輸。這是按時(shí)間順序完成的。這些天線只能在有限的旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)掃描空間。這里有兩種可能性：天線在方位角旋轉(zhuǎn)并以電子方式掃描仰角，或者有四個(gè)平面天線靜態(tài)分布在載波周圍，每個(gè)天線僅覆蓋半球的四分之一部分。這兩種變體都允許雷達(dá)站點(diǎn)周圍的整體覆蓋。在這里，雷達(dá)僅在某個(gè)方向上傳輸，然后等待來(lái)自該方向的回波信號(hào)。

旋轉(zhuǎn)天線有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。由于每個(gè)仰角都會(huì)按時(shí)間順序掃描，天線不能旋轉(zhuǎn)得太快，以避免有限的時(shí)間預(yù)算在偵察中出現(xiàn)間隙。然而，使用靜態(tài)天線的版本在時(shí)間調(diào)度方面具有優(yōu)勢(shì)，幾乎四個(gè)雷達(dá)同時(shí)掃描空間。這四個(gè)雷達(dá)前端是通用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和顯示的主題。在這里，雷達(dá)系統(tǒng)可以更靈活地運(yùn)行，并且可以用作多功能雷達(dá)。因此，現(xiàn)代雷達(dá)始終是多功能雷達(dá)。

由于利用了數(shù)字波束成形的優(yōu)點(diǎn)和所有接收通道的可能并行數(shù)字處理，這一時(shí)序問(wèn)題被完全克服了。但是，在傳輸期間，必須用脈沖功率照亮整個(gè)掃描區(qū)域，就像當(dāng)時(shí)的MPR一樣。通過(guò)弗勞恩霍夫高頻物理和雷達(dá)技術(shù)研究所（FHR）獲得專利的單個(gè)非常特殊的“烏鴉巢天線”，可以同時(shí)控制雷達(dá)站點(diǎn)周圍的整個(gè)半球。

時(shí)間有時(shí)被定義為第四維度。應(yīng)用于雷達(dá)的目標(biāo)坐標(biāo)（方向確定、仰角和傾斜范圍），這將是多普勒頻率。然而，多普勒頻率也是由經(jīng)典的2D雷達(dá)測(cè)量的，而不會(huì)變異成3D雷達(dá)。

3D雷達(dá)技術(shù)的類型

3D鉛筆束技術(shù) -?3D雷達(dá)是一種“鉛筆束”雷達(dá)。這種“鉛筆型”高增益波束通過(guò)相位控制瞄準(zhǔn)多個(gè)發(fā)射/接收指向高度，同時(shí)天線在方位角上機(jī)械旋轉(zhuǎn)。每個(gè)波束都可以配置最合適的脈沖數(shù)、脈沖能量、儀器范圍和處理類型，同時(shí)考慮到所需的儀器覆蓋范圍和光束覆蓋的高程體積雜波特征。

檢測(cè)得到改善，因?yàn)樗荒苁艿街赶蝻w機(jī)的光束中存在的雜波或干擾的影響。高仰角波束幾乎沒(méi)有表面雜波，這使得飛機(jī)探測(cè)比傳統(tǒng)的二維雷達(dá)更可行。2D雷達(dá)系統(tǒng)提供飛機(jī)高度數(shù)據(jù)，無(wú)需它們的合作。

平面陣列天線和分布式固態(tài)設(shè)計(jì)：?它基于由垂直堆疊的水平線性陣列組成的平面陣列天線。由模塊化固態(tài)發(fā)射器和接收器驅(qū)動(dòng)，以電子方式合成具有窄波束寬度的發(fā)射/接收天線方向圖，包括方位角和仰角。

單脈沖技術(shù) -?3D雷達(dá)的另一個(gè)特點(diǎn)是通過(guò)使用單脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)方位角的高精度和高分辨率。該技術(shù)基于通過(guò)和型和差型兩種天線模式同時(shí)接收信號(hào)，也用于飛機(jī)高度估計(jì)，這是飛機(jī)高度計(jì)算的第一步。

通過(guò)使用相位調(diào)制波形和極低的旁瓣電平濾波器響應(yīng)，通過(guò)數(shù)字脈沖壓縮獲得范圍精度和分辨率。

頻率分集 -?3D雷達(dá)是一種雙頻雷達(dá)，同時(shí)具有兩個(gè)頻率通道。此功能提供了更好的檢測(cè)和精度性能，特別是對(duì)于小型飛機(jī)和干擾條件。

抗雜波功能 -?通過(guò)使用MTD或MTI處理，可以檢測(cè)沉浸在地形或天氣雜波中的飛機(jī)。低徑向速度的飛機(jī)也可以通過(guò)無(wú)雜波高仰波束或低仰角梁進(jìn)行檢測(cè)，后者基于雜波圖檢測(cè)技術(shù)提供超雜波能見(jiàn)度。

3D雷達(dá)的未來(lái)趨勢(shì)

預(yù)計(jì)到3年，1D雷達(dá)市場(chǎng)將增長(zhǎng)到775億0，2022萬(wàn)美元，從20年到36年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為2019.2022%。

采用最先進(jìn)技術(shù)的近區(qū)域檢測(cè) -德國(guó)公司InnoSenT開(kāi)發(fā)了一種新的近距離雷達(dá)解決方案。iSYS-5005 產(chǎn)品采用復(fù)雜的 24 GHz MIMO 雷達(dá)技術(shù)和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，具有可靠和精確的檢測(cè)效果。該產(chǎn)品具有雷達(dá)跟蹤等新功能，并確定全面的目標(biāo)信息。近距離傳感器的設(shè)備首次可用于安全系統(tǒng)和自動(dòng)門(mén)控制。

適應(yīng)性強(qiáng)的多任務(wù)雷達(dá) -諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman Corporation）在佛羅里達(dá)州埃格林空軍基地展示了其移動(dòng)高度適應(yīng)性多任務(wù)雷達(dá)（HAMMR）系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)美國(guó)陸軍的目標(biāo)無(wú)人機(jī).HAMMR是一種中短程X波段三維（3D）雷達(dá)，利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的有源電子掃描陣列（AESA）AN/APG-83 F-16戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)在地面移動(dòng)中發(fā)揮作用。HAMMR 在 3 度或僅扇區(qū)凝視模式下為空中監(jiān)視、武器提示和反火力目標(biāo)獲取任務(wù)提供多任務(wù) 360D 性能。HAMMR能夠在移動(dòng)中提供部隊(duì)保護(hù)，從而提高作戰(zhàn)人員的生存能力。

三維遠(yuǎn)征遠(yuǎn)程雷達(dá)（3DELRR）系統(tǒng) -雷神公司的綜合防御系統(tǒng)公司已獲得52，686，179美元的固定價(jià)格激勵(lì)公司，工程和制造開(kāi)發(fā)（EMD）合同，用于新的遠(yuǎn)程雷達(dá)系統(tǒng)，即三維遠(yuǎn)征遠(yuǎn)程雷達(dá)（3DELRR）系統(tǒng)。根據(jù)預(yù)計(jì)將于2020年3月底完成的合同，雷神公司將提供<>DELRRR系統(tǒng)的三個(gè)生產(chǎn)代表單元，工作將在馬薩諸塞州安多弗進(jìn)行。

遠(yuǎn)程戰(zhàn)術(shù)范圍雷達(dá) -英國(guó)皇家空軍（RAF）將從西班牙公司Indra接收可部署的軍用雷達(dá)系統(tǒng)，即Long Tactical Range 25（LTR25）。Indra是從潛在供應(yīng)商名單中選出的。先進(jìn)的遠(yuǎn)程防空可部署雷達(dá)系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于今年年底交付。LTR25可部署軍用雷達(dá)系統(tǒng)是Indra開(kāi)發(fā)的Lanza 3D雷達(dá)系列的一部分，以其遠(yuǎn)程探測(cè)能力，快速部署和易于運(yùn)輸而聞名。該雷達(dá)可以在洛克希德 C-130 大力神等飛機(jī)上運(yùn)輸。英國(guó)皇家空軍可以使用該系統(tǒng)在國(guó)家領(lǐng)土之外進(jìn)行部署，以“一次性”加強(qiáng)對(duì)特定區(qū)域的監(jiān)視。此外，LTR25可以作為備份，以防其中一個(gè)固定雷達(dá)受到攻擊或損壞。

天氣雷達(dá) - 最大風(fēng)暴：無(wú)論是直播還是跨數(shù)字平臺(tái)，Max Storm 都旨在為您的團(tuán)隊(duì)提供令人驚嘆的可視化、準(zhǔn)確的天氣數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化的工作流程，這對(duì)于惡劣天氣報(bào)道至關(guān)重要。使用 3D 天氣雷達(dá)和圖像近乎實(shí)時(shí)地將觀眾帶入風(fēng)暴中，或在移動(dòng)設(shè)備上吸引觀眾，同時(shí)推廣您的直播。有了Max Storm，可能性是無(wú)窮無(wú)盡的。

自主跟蹤和搜索雷達(dá) -SMART-L是泰雷茲集團(tuán)制造的3D多波束雷達(dá)，用于提供遠(yuǎn)程空中和地面監(jiān)視和目標(biāo)指定。全數(shù)字控制的有源電子掃描陣列（AESA）雷達(dá)。所應(yīng)用的高端技術(shù)使雷達(dá)具有無(wú)與倫比的2000公里遠(yuǎn)程性能。在這個(gè)巨大的范圍內(nèi)，它可以探測(cè)到各種各樣的目標(biāo)：吸氣目標(biāo)、隱形目標(biāo)和彈道導(dǎo)彈。它可以安裝在陸地位置，海上，也可以作為可部署的防空雷達(dá)使用。SMART-L MM獨(dú)立尋找彈道導(dǎo)彈型目標(biāo)?？焖俑檰?dòng)后，彈道目標(biāo)軌道保持到頂峰。通過(guò)應(yīng)用前向/后向掃描和凝視模式，彈道導(dǎo)彈的探測(cè)范圍顯著提高，從而增加了觀察時(shí)間。

編輯：黃飛

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