频控阵特点与未来发展前景

罗 丹

（中国电子学会，北京 100036）

0 引言

频控阵雷达是从传统相控阵雷达发展而来，可以视为是相控阵的升级版。相控阵具有的优势在于能够自由地运用波束进行空间扫描，所以在目标探测和雷达成像方面有着很广泛的应用[1]。相控阵的每个阵元发射与接收的为同样的信号，通过在雷达阵元的输出端接入移相器来实现波束方向控制，调整移相器的相移量就可以对空域进行波束扫描。除此之外，还有一种频率扫描天线，可以通过改变雷达的工作频率来控制波束扫描空域[2]。频控阵技术可以使得波束的指向能够随距离的变化而变化，从而能够实现在同一快拍内以相同的角度指向不同的距离。

1 频控阵技术介绍

频控阵技术于 2006年首次提出，并申请注册了美国专利。频控阵自从提出以来便受到了相关学者的广泛关注，从而帮助频控阵相关理论的不断完善和发展[3]。频控阵雷达的全称为频率复用阵列，简称为频控阵。频控阵和相控阵的相同点为发射的同样是相参信号，但是不同点在于频控阵发射的信号之间具有很小的频率偏移，频率偏移远远小于发射信号的载频。通过附加频偏使得信号的频率中心出现偏移，但是发射信号额主要频率成分是具有重叠部分的。由此可见，频控阵与相控阵的物理特性非常相近，从而可以将频控阵视为相控阵的扩展升级版，相控阵则可以视为发射信号频率相同的一种特殊频控阵[4]。由于频控阵的独特优势，其中，一个重要的应用方向便是对目标距离和方位角进行二维联合估计。

2 频控阵技术特点

频控阵在波束形成和控制方面为阵列天线提供了一种新的设计思路。相控阵的波束指向方向与远场目标的时间和距离无关，然而频控阵在阵列的每个阵元发射的信号上附加了一段频率的偏移，这样 使得波束图方向会随着距离、角度和时间相关的函数[5]。但是频控阵雷达和频率扫描雷达是有一定区别的，频率扫描雷达的频偏在同一时刻附加的，所以相同时刻频率扫描雷达的频偏是相同的，而频控阵是在同一时刻附加不同的频偏[6]。除此之外，频控阵雷达的频偏是在发射信号的时候附加的，而不是阵列本身发射的多频率信号。频控阵发射的正交信号本身与相控阵是一类相参信号，只是经过附加的频偏控制使得发射的信号频率具有差异。

3 频控阵未来的应用方向

因为频控阵独特的优势，波束表现为远场目标的时间、距离和角度的函数，这一特性是传统相控阵雷达所不具有的，所以在很多的领域频控阵都有着非常广泛的应用。

（1）远场目标的距离 -方位角二维联合估计。传统相控阵的波束方向与远场目标的方位角有关，频控阵的波束方向图与远场目标的距离和方位角有关，所以频控阵在远场目标的距离与方位角二维联合估计领域有很大的作用。从目前研究情况来看，这种应用方向已经成为了现实，有多篇研究文献和算法已经完成了对远场目标的距离和方位角估计，并且很多学者在对这方面的研究进行不断深入以及对相关算法进行深度优化。

（2）射频隐身雷达[4]。如今，雷达电子对抗技术在飞速进步，雷达面临的环境越来越恶劣，目前，无源探测技术的各种反雷达措施让雷达的工作环境受到了严重的威胁。为了提高雷达的抗干扰能力，可以运用雷达的横截面积缩减技术，也可以使用射频隐身技术。基于频控阵的射频隐身雷达可以提高雷达的突防能力，并且可以提升雷达的生存能力与作战性能。

（3）新体制聚束合成孔径雷达成像应用[7]。频控阵除了可以估计远场目标的距离和角度外，与传统相控阵的区别还有一点，即频控阵发射波束具有距离依赖性，能够对远场目标保持更长的扫描时间，同时对于空间扫描的频率也更高，所以通过频控阵聚束合成孔径雷达，能够在传统相控阵聚束合成孔径雷达的基础上，具有更大的方位侧向带宽和更高的合成孔径雷达图像信噪比。

（4）前视探测和成像应用[8]。传统的相控阵存在方位向图像左右对称模糊问题，因此，当下基于相控阵的前视雷达探测不是很完善。当基于相控阵的前视雷达需要进行杂波抑制预处理，在距离模糊时，目前的杂波抑制方法会失效。基于频控阵的前视雷达可以很好地克服这些问题，频控阵波束的距离依赖性和主瓣走动特性，可以在一定程度上解决距离模糊问题。

4 结束语

本文对频控阵技术的概念和技术特点进行了概述，并且分析了频控阵雷达在远场目标的距离 -方位角二维联合估计、新体制聚束合成孔径雷达成像应用、前视探测和成像应用和射频隐身雷达等方面的应用前景。频控阵雷达作为相控阵雷达的扩展，不仅拥有相控阵雷达的优势，并且还对相控阵雷达进行了升级，能够使得雷达波束指向具有距离依赖性。目前，频控阵雷达依然存在一定的问题，但是随着越来越多的关注和持续投入研究，这些技术问题将会被逐渐解决，将具有广阔的技术前景和运用远景。