相控陣?yán)走_(dá)

相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般由天線陣列、饋線網(wǎng)絡(luò)、多路接收機(jī)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、顯示與控制等主要分系統(tǒng)組成。相控陣?yán)走_(dá)利用計(jì)算機(jī)按照算法軟件靈活控制天線陣列中各個(gè)單元的饋電相位。根據(jù)天線理論，天線陣列發(fā)出的電磁波通過相位合成生成指向不同方向的一個(gè)或多個(gè)主波束，在天線不做物理轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，實(shí)現(xiàn)多方位電子掃描。相對(duì)于機(jī)械掃描雷達(dá)，相控陣?yán)走_(dá)可以將給定空間范圍的掃描時(shí)間縮減到原來的幾分之一或十幾分之一，極大提高了雷達(dá)觀測(cè)的時(shí)間分辨率。 相控陣?yán)走_(dá)有兩種主要的組成方式。①有源相控陣列。每個(gè)天線陣元用一個(gè)接收機(jī)和發(fā)射功率放大器。②無源相控陣列。它共用一個(gè)或幾個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。

在氣象上使用相控陣?yán)走_(dá)有利于龍卷、下?lián)舯┝鞯瓤焖傺葑兊膹?qiáng)天氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和早期預(yù)警，也有利于提高對(duì)快速移動(dòng)的降水系統(tǒng)的雷達(dá)估計(jì)精度。通常由拋物面天線組成的氣象雷達(dá)，按VCP21模式做一次體積掃描需要6分鐘。這對(duì)于變化和移動(dòng)均很迅速的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)中的風(fēng)暴單體而言，時(shí)間間隔太長(zhǎng)了。這樣的探測(cè)結(jié)果只能看到單體跳躍式的變化，而不能以高的時(shí)空分辨率去反映強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的細(xì)密變化。而相控陣氣象雷達(dá)能夠同時(shí)產(chǎn)生9個(gè)波束，一次PPI體積掃描只需要2/3分鐘，極大提高了雷達(dá)探測(cè)的時(shí)間分辨率。若采用二維相控陣氣象雷達(dá)，還可以對(duì)不同方位上的重點(diǎn)氣象目標(biāo)實(shí)現(xiàn)跳掃，同樣又大大提高了探測(cè)的時(shí)間分辨率。

相控陣技術(shù)在軍事領(lǐng)域已應(yīng)用了60多年，20世紀(jì)末開始逐步進(jìn)入氣象研究領(lǐng)域。2003年4月，美國(guó)強(qiáng)風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室（NSSL）在美國(guó)海軍提供的SPY-1A相控陣?yán)走_(dá)天線基礎(chǔ)上研制了NWRT/PAR雷達(dá)，最早開始了相控陣?yán)走_(dá)在強(qiáng)天氣預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用研究。21世紀(jì)初以來，中國(guó)相控陣天氣雷達(dá)研究和應(yīng)用發(fā)展也很快。

相控陣?yán)走_(dá)用于對(duì)氣象目標(biāo)的探測(cè)，若要滿足測(cè)量精度的要求，有些問題仍需要解決。例如，不同仰角的波束寬度不相等，相控陣?yán)走_(dá)一般采用功率小的固態(tài)模塊發(fā)射，為了能探測(cè)遠(yuǎn)處的氣象目標(biāo)，特別是弱目標(biāo)，要采用脈沖壓縮技術(shù)等，這些都必須體現(xiàn)在雷達(dá)氣象方程和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，才能較精確反演出氣象目標(biāo)的回波強(qiáng)度，得到可實(shí)用的產(chǎn)品。