現(xiàn)代雷達中的光電子技術(shù)

摘要：介紹了光電子技術(shù)在現(xiàn)代雷達中的主要應用.在雷達信號傳輸、光信息處理和微波器件的光控制等方面，光電子技術(shù)的應用顯示出廣闊的前景和巨大的經(jīng)濟、軍事價值。

關鍵詞：光電子技術(shù)；光纖鏈路；光纖延遲線

1引言

目前，光電子技術(shù)在微波領域中的應用主要是光纖通信，并已基本普及，在雷達中的應用遠不如在通信中應用那樣廣泛，而在我國只有少量的初步研究.隨著光電子技術(shù)的迅速發(fā)展，光電子技術(shù)將在各種現(xiàn)代雷達中，尤其是相控陣雷達中有著巨大的吸引力和廣闊的應用前景.光纖和光電集成電路用于雷達信號/數(shù)據(jù)處理、相控陣天線和多基地雷達(或雷達網(wǎng))互連具有很多優(yōu)點.如果說60年代以后的雷達中若不采用計算機技術(shù)就不是先進雷達，那么不妨說現(xiàn)代雷達如不采用光電子技術(shù)也將不是先進的雷達.下面列舉光電子技術(shù)可用于現(xiàn)代雷達中的幾個大的方面，以此說明光電子技術(shù)在這些方面應用的必要性、先進性和廣闊前景。

2 光電子技術(shù)在現(xiàn)代雷達中的主要應用

光電子技術(shù)在雷達上的應用雖然比在光通信上的應用起步晚，但在國外應用還是比較廣泛的，海灣戰(zhàn)爭中已有充分表現(xiàn).這方面的應用主要有雷達信號的光纖傳輸、光信息處理和微波器件的光控制等。

2.1 光纖鏈路(FOL)用于雷達信號傳輸

光纖鏈路由激光二極管、調(diào)制器、光纖和光敏二極管等組成.它將雷達微波信號調(diào)制到光波上，利用光纖進行微波信號模擬傳輸，在國外已經(jīng)成熟并得到廣泛應用。利用光纖來傳輸雷達信號具有明顯的優(yōu)越性，因為在整個雷達頻率上，光纖傳輸損耗幾乎比同軸電纜和波導低3個數(shù)量級，并且在整個頻段內(nèi)其損耗對于任何調(diào)制信號都相同，這非常有利于雷達系統(tǒng)的遠程控制和雷達信號的傳輸分配.由于雷達天線是一個輻射源，極易受到反輻射導彈的襲擊，所以天線和控制中心應盡量遠離.常規(guī)連接方法是采用同軸電纜，它的傳輸損耗大，使得天線和指令中心的間距很短.同時電纜向外的輻射性也給了導彈以攻擊的目標.再者，電纜的耗銅量隨頻率的平方根而增大，在微波信號通過同軸電纜傳輸前，往往就必須先將其下變頻到MHz范圍，而且還需要幾個線路放大器以放大信號電平.然而如采用光纖鏈路，則微波信號傳輸?shù)街噶钪行木臀阈枞魏蜗伦冾l，又由于光纖衰減極小，因此不需要任何線路放大器以提高信號電平.光纖及大量光波器件均為介質(zhì)材料，無電磁輻射，隱身性能好，改用光纖傳輸系統(tǒng)后，不僅重量和成本大大下降，而且抗電磁干擾(EMI)和抗電磁脈沖(EMP)的能力顯著提高.因此用光纜取代電纜傳輸，對實現(xiàn)雷達天線遠程化是非常理想的，這不僅對戰(zhàn)術(shù)雷達和人員的可生存性具有重大軍事價值，而且也具有重大的經(jīng)濟效益.另外，由于光纖具有體積小、重量輕、柔軟靈活等優(yōu)點，特別適合用于機載、星載雷達等有空間限制的場合.光纖還具有極寬的帶寬，有利于寬帶雷達信號的傳輸。

2.2光纖延遲線(OFDL)用于雷達信號處理

由激光器、調(diào)制器、光纖、開關和光電探測器構(gòu)成的光纖延遲線是微波頻域或時域信號處理的新型器件.使用光纖延遲線可構(gòu)成編碼發(fā)生器、脈沖解碼器、帶通濾波器、低通濾波器、橫向匹配濾波器、相關器、卷積器、A/D變換器等信號處理器件.在雷達系統(tǒng)中，特別是在那些要求產(chǎn)生和處理帶寬極寬(＞200MHz)信號的雷達系統(tǒng)中，這種器件更有潛在的重要用途.盡管聲表面波器件在較低頻率上呈現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但其帶寬被限制在1-2GHz.要想在10GHz或大于10GHz帶寬的高數(shù)據(jù)速率上進行信號處理，使用現(xiàn)行的信號處理器件就顯得無能為力，例如寬帶雷達信號實時處理就是一個例子。

高分辨雷達接收機和電子情報(ELINT)搜索系統(tǒng)需要低成本和大時間帶寬積(T．B)的信號處理器件.常規(guī)的方法是采用同軸電纜或體聲波器件，前者的傳輸時延約為5ns/m，總延時一般為200-300ns；后者如LiNbO3聲波器件可延時約5μs.光纖延遲線具有比常規(guī)電子學、聲表面波(ASW)、電荷耦合器件(CCD)延遲線、靜磁波(MSW)及超導延遲線(SDL)更加優(yōu)異的性能。

采用單模石英光纖作為延遲介質(zhì)可獲得5μs/km的延時和106的延時帶寬積.由于光纖延遲線可得到所需的任何延時，且具有高的工作頻率、最大的T．B值，并具有與頻率無關的恒定單位延時損耗、輕柔、絕緣性好、成本最低等突出優(yōu)點，具有現(xiàn)今各種延遲線最優(yōu)異的綜合性能.因此利用光纖延遲線(包括光纖延遲線網(wǎng)絡)和以光纖延遲線為基本構(gòu)件的信號處理器件是很有發(fā)展前途的。

光纖延遲線的最大應用市場在雷達系統(tǒng)，特別是相控陣天線系統(tǒng)和雷達信號處理系統(tǒng).它可用作相控陣雷達天線的寬帶光纖時延網(wǎng)絡、高分辨雷達的偽隨機程序發(fā)生器、海洋衛(wèi)星雷達、自適應雷達天線陣的分支延遲線濾波、雷達系統(tǒng)性能評價測試、雷達告警接收機、電-光A/D變換器、脈沖間積累用延遲線、寬帶非相干動目標顯示(MTI)、電子戰(zhàn)中的欺騙干擾機，以及光纖延遲線信號處理器件與高速通信系統(tǒng)的直接對接等，具有廣闊的應用前景和巨大的經(jīng)濟價值。

2.3相控陣雷達波束的光控制

新一代的相控陣雷達系統(tǒng)需要數(shù)千個有源單元以形成跟蹤所需的尖銳波束.這些陣列的波束控制是通過電子調(diào)控方法快速地改變輻射單元的相對相位來實現(xiàn)的，其中最關鍵的器件就是能提供每個單元相位控制的電子移相器。傳統(tǒng)的移相器有二極管和鐵氧體移相器，其中二極管移相器的工作頻率低于10GHz，鐵氧體移相器的工作頻率可以較高.這些移相器體積大，損耗大，線性度及相位連續(xù)控制特性差，對相位的控制一般是階躍型的.如果通過光學方法，即采用一個帶MMIC(微波單片集成電路)移相器數(shù)字指令的光纖鏈路或用光纖進行射頻功率分配和相移來完成，其性能比前者要優(yōu)越得多，例如可以對微波相位進行線性連續(xù)控制，大大減小移相器體積、重量及損耗，用小功率光學器件代替大功率微波器件，大大提高了波束控制的靈活性.另外，在一個大的相控陣天線中各個MMIC收發(fā)模塊相互間是獨立的，必須與一個主振蕩器同步，以使其輻射相干組合，并在自由空間形成單一波束，可將各模塊中的從屬振蕩器注入鎖定于主振蕩器以實現(xiàn)同步.通常的方法是采用同軸電纜，若改用光纖鏈路載送參考信號，將大大減小其體積和重量。

3結(jié)語

光電子技術(shù)在雷達中的應用遠不止上述這些，限于水平與篇幅，很多具體內(nèi)容和技術(shù)尚未提及，但我們已經(jīng)可以看出光電子技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設中所能起到的巨大作用。

把光電子技術(shù)引入到傳統(tǒng)的微波技術(shù)領域，具有重大的變革意義.自80年代以來，國際上已有專門的學術(shù)會議討論該方面的研究工作，我國也已有一些單位開始進行探索研究.隨著研究工作的不斷深入，光電子技術(shù)與微波技術(shù)的融合必定大有發(fā)展前途.可以預見，在21世紀的雷達系統(tǒng)中，先進的光電子器件、集成光學器件將取代純電子器件，雷達的戰(zhàn)術(shù)性能將有質(zhì)的飛躍，光電子技術(shù)在雷達中的應用前景是十分廣闊的.光電子技術(shù)廣泛應用帶來的根本性變革所產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟效益是不可估量的。