第890章 多波段相控阵天线
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“从信号处理算法的角度来说，确实是这样。”
常浩南后退两步，盯着黑板看了几秒钟，然后才开口回答道：
“但这不应该是之前就知道的……么？”
王晓模的这个问题，有点出乎常浩南的预料之外。
因为他此前并未预料到，对方，或者其它雷达工程领域研究人员所关注的重点竟然在这里。
“之前？”
王晓模转头看向刚刚已经讲过的几面黑板，语气中有些不解：
“可是你前面没写过跟这个模型表达式有关的内容？”
“不是……我说的不是这个之前。”
常浩南摆了摆手：
“我是说……在今天之前。”
“光控线型相控线型阵列……或者任何线型相控阵列的数学模型中包括三个向量难道不是共识？”
这個问题并没有得到回应。
但从王晓模的眼神中不难看出答案——
“难道是？”
“嘶……”
常浩南本以为自己只是在自变量已知的情况下推导出了一个模型表达式。
结果却是万丈高楼平地起……
如果搁在理论数学界，那他想要得到完整的过程，还得先去证明“模型中只包含三个向量”这一点才行。
好在工程领域倒是不太在乎这些细枝末节，只要能跟实际情况对上号就问题不大。
所以，在这段短暂的插曲过后，常浩南的介绍还是顺利进行了下去。
只不过，后面的内容，相比起来就要顺理成章得多了……
“雷达系统发送的脉冲信号在传播过程中会受到目标散射、传播路径等因素影响，导致回波信号的时域和频域展宽，因此，为了提高分辨率，需要对回波信号进行脉冲压缩，这一过程通常采用匹配滤波或相关信号处理在时域或频域中完成……”
一路边走边讲，偶尔还要在黑板上额外补充一些内容。
终于，在漫长的一个多小时过后，他来到了最后一面黑板的前面。
这个时候，王晓模的笔早已经停了下来。
相比于前面那部分内容，后面这一半虽然在纯计算量层面上更大，但因为没有了那么夸张的跳跃性，理解起来反而容易了不少。
这也让他有了更多时间来思考一些雷达工程领域的问题。
“……”
“……通过卷积由式上式可以求出阵列的脉冲压缩输出结果：s(t)在匹配匹配滤波器后输出为s'(t)=∑(n=1，N)e^(jφ){e^[j2π(f(t-(t0-τ))+u(t-(t0-τ))T)-e^(j2πf(t-(t0-τ)))]}……”
常浩南用手指向黑板右下角，全部算式的最末尾。
然后转过身，上前两步，坐回到会议桌前。
紧接着打开了从最开始就放在桌上，但一直没有打开的笔记本电脑：
“根据这个模型，我在一种典型情况下，分别对光控相控阵列和全移相相控阵列的脉冲压缩进行了数值仿真计算。”
他把电脑调转180°，推到王晓模面前：
“从这两张结果图中可以看出，全移相相控阵列的脉压最大值比光控延时阵列的最大值低4.21dB，也就是说，信噪比损失了4.21dB。”
“另外，子阵延时光控阵列的脉压的4dB宽度为5.12ns，旁瓣高度为-13.84dB，峰值时间位置为49.9989μs；而全移相阵列的脉压4dB宽度为7.088ns，旁瓣高度为-26.32dB峰值时间位置为49.9952μs。”
“所以，全移相阵列中LFM信号脉压后主瓣展宽、峰值时间位置偏离较大和损失一定的信噪比。另外，全移相相控阵的宽带LFM信号的频谱结构不再是矩形分布，这会导致脉冲压缩后的分辨率不及预期。”
盯着电脑屏幕上现实的归一化幅度-时间曲线，王晓模并没有马上开口。
毫无疑问，从常浩南得出的结果来看，光控相控阵从机理上就具有传统相控阵雷达无法企及的优势。
尤其是在他此前非常关注的宽角扫描领域。
刚才等电脑开机和打开文档的几分钟功夫，王晓模已经在笔记本上粗略计算出了几个结果。
保守估计，得益于光纤TTD的宽带特性和低损耗，单面光控相控阵的可用扫描角度将能够扩大到±75°，乃至±80°。
这对于固定的单面，或双面阵天线来说，是一个十分巨大的进步。
但是……
还不够大。
几乎是在看到电脑上面模拟结果的同时，他就产生了一个更加激进的想法。
“常总。”
王晓模把圆珠笔放到一边：
“如果我们不追求扩大扫描角度呢？”
“啊？”
这个问题让常浩南一愣。
你之前说要宽角扫描，我这结果都给你算出来了，现在又不用了？
闹呢？
看到他一脸见鬼的表情，王晓模赶紧继续解释道：
“我的意思是，既然扫描角度和瞬时带宽是一对相互矛盾的指标，那光控相控阵雷达既然可以实现同等带宽下的大扫描角，是不是也可以换个思路，实现同等扫描角下的高带宽？”
听到这个思路的常浩南先是低头沉思。
接着眉头微皱。
然后眼露精光。
“应该是……可以！”
他毕竟不是雷达专业出身，刚刚的计算也只是从数学和物理层面进行的理论推导，所以在应用层面的想法上，其实是有点受限的。
之前在南郑的时候，王晓模一直在说宽角扫描的问题，所以他的计算结果也一直在往这个方向去推进。
但现在被对方这么一提醒，他的思路也紧跟着打开了——
雷达的带宽跟网络的带宽并不是一个概念。
它不是一个速度单位，而是一个频率单位。
指的是雷达天线在正常工作状态下所能够适配的频带宽度。
我们常说一部雷达“工作在某某波段”。
这个波段范围就是带宽。
在绝大多数情况下，雷达的后端模块是无所谓频段的。
但发射/接收天线的适应性很差。
所以总体上会表现出窄带的特性。
然而正如王晓模刚才所说，光控天线完全可以克服这个问题。
华夏未来的主要装备，无论是预警机或者地导系统的可转动双面/单面阵，还是军舰上要用的四面阵，对于宽角扫描的需求总结起来都是“有最好，没有也行”。
但宽频段可就是另一回事了。
夸张点说，甚至能通过同一个阵面实现双波段，乃至多波段探测！
“如果维持扫描角度是120°或者90°不变的话。”
想到这里，常浩南把电脑拽回自己面前，开始飞速敲击键盘。
刚刚那个复杂的模拟过程，自然是在超算上完成的，这里只是显示了个结果的截图而已。
但只是把带宽和扫描角进行一轮换算，那PC的性能还是够用的。
时间一分一秒过去，坐在对面的王晓模也终于耐不住性子，绕过办公桌来到了常浩南身后，希望能在计算完成的第一时间看到结果。
一列列计算命令被常浩南输入进去，反倒是计算过程本身其实并没有持续太长时间。
结果很快显示在了电脑屏幕上。
“嗯……不同波段下的宽带性能其实也会有些区别。”
常浩南飞速看完，然后总结道：
“大体上，对于搜索雷达常用的S波段和相邻频段来说，如果把搜索范围控制在±60°，那频率范围大概可以覆盖2.7Ghz左右，基本上是一个完整的频段加上一个不太完整的频段。”
“把范围调整到±45°的话，那频率范围就可以覆盖到3.7Ghz的水平，那就是两个完整的频段，或者是一个完整的波段加上两个不太完整的波段……”
“更高频率范围的话，可用宽度会相应低稍微降低一点，比如对于火控雷达常见的X波段来说，就算把扫描范围控制在±45°，也只能覆盖到2.9Ghz……”
王晓模右手握成拳头，轻轻敲了敲自己的胸口。
显然，这个结果对于老同志来说，有点过于惊喜了。
稍微缓了缓之后，他才开口道：
“没关系，火控雷达对分辨率的要求更高，追求大带宽的意义恐怕不如大扫描角，还是重点关注搜索雷达的情况。”
“像是现在已经快完成测试的海基346雷达，工作频段是S波段，但是海红旗9防空导弹的引导指令系统却工作在C波段，本来我们是打算在主雷达阵面下边额外装一组收发天线，但如果能让雷达同时工作在S波段和C波段，就能省去这档子事了……”
而常浩南想的则更长远一些：
“舰载四面阵只需要±45°的工作范围，这样雷达甚至可以同时工作在L、S和C三个波段，比如1Ghz到4.7Ghz，这样甚至能直接用346雷达取代517A雷达，获得一定的反隐身和超远程探测能力……”
517A，就是052C/D驱逐舰后面那个天线形状类似晾衣架的型号，属于从50年代一直服役到21世纪的老前辈了。
虽然总体性能已经有些落后，但因为P波段的性质，还是有一定的反隐身和远程警戒潜力。
这是单纯的S波段雷达从原理上就无法比拟的。
所以一直到后来的052D，乃至055，都一直改了又改继续用。
但如果346雷达本身就能工作在与P波段性质相近的L波段，那对于517A的需求就大大降低了。
王晓模和常浩南对视了一眼，几乎同时从对方眼中看出了这个技术的巨大潜力。
(本章完)
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常浩南后退两步，盯着黑板看了几秒钟，然后才开口回答道：
“但这不应该是之前就知道的……么？”
王晓模的这个问题，有点出乎常浩南的预料之外。
因为他此前并未预料到，对方，或者其它雷达工程领域研究人员所关注的重点竟然在这里。
“之前？”
王晓模转头看向刚刚已经讲过的几面黑板，语气中有些不解：
“可是你前面没写过跟这个模型表达式有关的内容？”
“不是……我说的不是这个之前。”
常浩南摆了摆手：
“我是说……在今天之前。”
“光控线型相控线型阵列……或者任何线型相控阵列的数学模型中包括三个向量难道不是共识？”
这個问题并没有得到回应。
但从王晓模的眼神中不难看出答案——
“难道是？”
“嘶……”
常浩南本以为自己只是在自变量已知的情况下推导出了一个模型表达式。
结果却是万丈高楼平地起……
如果搁在理论数学界，那他想要得到完整的过程，还得先去证明“模型中只包含三个向量”这一点才行。
好在工程领域倒是不太在乎这些细枝末节，只要能跟实际情况对上号就问题不大。
所以，在这段短暂的插曲过后，常浩南的介绍还是顺利进行了下去。
只不过，后面的内容，相比起来就要顺理成章得多了……
“雷达系统发送的脉冲信号在传播过程中会受到目标散射、传播路径等因素影响，导致回波信号的时域和频域展宽，因此，为了提高分辨率，需要对回波信号进行脉冲压缩，这一过程通常采用匹配滤波或相关信号处理在时域或频域中完成……”
一路边走边讲，偶尔还要在黑板上额外补充一些内容。
终于，在漫长的一个多小时过后，他来到了最后一面黑板的前面。
这个时候，王晓模的笔早已经停了下来。
相比于前面那部分内容，后面这一半虽然在纯计算量层面上更大，但因为没有了那么夸张的跳跃性，理解起来反而容易了不少。
这也让他有了更多时间来思考一些雷达工程领域的问题。
“……”
“……通过卷积由式上式可以求出阵列的脉冲压缩输出结果：s(t)在匹配匹配滤波器后输出为s'(t)=∑(n=1，N)e^(jφ){e^[j2π(f(t-(t0-τ))+u(t-(t0-τ))T)-e^(j2πf(t-(t0-τ)))]}……”
常浩南用手指向黑板右下角，全部算式的最末尾。
然后转过身，上前两步，坐回到会议桌前。
紧接着打开了从最开始就放在桌上，但一直没有打开的笔记本电脑：
“根据这个模型，我在一种典型情况下，分别对光控相控阵列和全移相相控阵列的脉冲压缩进行了数值仿真计算。”
他把电脑调转180°，推到王晓模面前：
“从这两张结果图中可以看出，全移相相控阵列的脉压最大值比光控延时阵列的最大值低4.21dB，也就是说，信噪比损失了4.21dB。”
“另外，子阵延时光控阵列的脉压的4dB宽度为5.12ns，旁瓣高度为-13.84dB，峰值时间位置为49.9989μs；而全移相阵列的脉压4dB宽度为7.088ns，旁瓣高度为-26.32dB峰值时间位置为49.9952μs。”
“所以，全移相阵列中LFM信号脉压后主瓣展宽、峰值时间位置偏离较大和损失一定的信噪比。另外，全移相相控阵的宽带LFM信号的频谱结构不再是矩形分布，这会导致脉冲压缩后的分辨率不及预期。”
盯着电脑屏幕上现实的归一化幅度-时间曲线，王晓模并没有马上开口。
毫无疑问，从常浩南得出的结果来看，光控相控阵从机理上就具有传统相控阵雷达无法企及的优势。
尤其是在他此前非常关注的宽角扫描领域。
刚才等电脑开机和打开文档的几分钟功夫，王晓模已经在笔记本上粗略计算出了几个结果。
保守估计，得益于光纤TTD的宽带特性和低损耗，单面光控相控阵的可用扫描角度将能够扩大到±75°，乃至±80°。
这对于固定的单面，或双面阵天线来说，是一个十分巨大的进步。
但是……
还不够大。
几乎是在看到电脑上面模拟结果的同时，他就产生了一个更加激进的想法。
“常总。”
王晓模把圆珠笔放到一边：
“如果我们不追求扩大扫描角度呢？”
“啊？”
这个问题让常浩南一愣。
你之前说要宽角扫描，我这结果都给你算出来了，现在又不用了？
闹呢？
看到他一脸见鬼的表情，王晓模赶紧继续解释道：
“我的意思是，既然扫描角度和瞬时带宽是一对相互矛盾的指标，那光控相控阵雷达既然可以实现同等带宽下的大扫描角，是不是也可以换个思路，实现同等扫描角下的高带宽？”
听到这个思路的常浩南先是低头沉思。
接着眉头微皱。
然后眼露精光。
“应该是……可以！”
他毕竟不是雷达专业出身，刚刚的计算也只是从数学和物理层面进行的理论推导，所以在应用层面的想法上，其实是有点受限的。
之前在南郑的时候，王晓模一直在说宽角扫描的问题，所以他的计算结果也一直在往这个方向去推进。
但现在被对方这么一提醒，他的思路也紧跟着打开了——
雷达的带宽跟网络的带宽并不是一个概念。
它不是一个速度单位，而是一个频率单位。
指的是雷达天线在正常工作状态下所能够适配的频带宽度。
我们常说一部雷达“工作在某某波段”。
这个波段范围就是带宽。
在绝大多数情况下，雷达的后端模块是无所谓频段的。
但发射/接收天线的适应性很差。
所以总体上会表现出窄带的特性。
然而正如王晓模刚才所说，光控天线完全可以克服这个问题。
华夏未来的主要装备，无论是预警机或者地导系统的可转动双面/单面阵，还是军舰上要用的四面阵，对于宽角扫描的需求总结起来都是“有最好，没有也行”。
但宽频段可就是另一回事了。
夸张点说，甚至能通过同一个阵面实现双波段，乃至多波段探测！
“如果维持扫描角度是120°或者90°不变的话。”
想到这里，常浩南把电脑拽回自己面前，开始飞速敲击键盘。
刚刚那个复杂的模拟过程，自然是在超算上完成的，这里只是显示了个结果的截图而已。
但只是把带宽和扫描角进行一轮换算，那PC的性能还是够用的。
时间一分一秒过去，坐在对面的王晓模也终于耐不住性子，绕过办公桌来到了常浩南身后，希望能在计算完成的第一时间看到结果。
一列列计算命令被常浩南输入进去，反倒是计算过程本身其实并没有持续太长时间。
结果很快显示在了电脑屏幕上。
“嗯……不同波段下的宽带性能其实也会有些区别。”
常浩南飞速看完，然后总结道：
“大体上，对于搜索雷达常用的S波段和相邻频段来说，如果把搜索范围控制在±60°，那频率范围大概可以覆盖2.7Ghz左右，基本上是一个完整的频段加上一个不太完整的频段。”
“把范围调整到±45°的话，那频率范围就可以覆盖到3.7Ghz的水平，那就是两个完整的频段，或者是一个完整的波段加上两个不太完整的波段……”
“更高频率范围的话，可用宽度会相应低稍微降低一点，比如对于火控雷达常见的X波段来说，就算把扫描范围控制在±45°，也只能覆盖到2.9Ghz……”
王晓模右手握成拳头，轻轻敲了敲自己的胸口。
显然，这个结果对于老同志来说，有点过于惊喜了。
稍微缓了缓之后，他才开口道：
“没关系，火控雷达对分辨率的要求更高，追求大带宽的意义恐怕不如大扫描角，还是重点关注搜索雷达的情况。”
“像是现在已经快完成测试的海基346雷达，工作频段是S波段，但是海红旗9防空导弹的引导指令系统却工作在C波段，本来我们是打算在主雷达阵面下边额外装一组收发天线，但如果能让雷达同时工作在S波段和C波段，就能省去这档子事了……”
而常浩南想的则更长远一些：
“舰载四面阵只需要±45°的工作范围，这样雷达甚至可以同时工作在L、S和C三个波段，比如1Ghz到4.7Ghz，这样甚至能直接用346雷达取代517A雷达，获得一定的反隐身和超远程探测能力……”
517A，就是052C/D驱逐舰后面那个天线形状类似晾衣架的型号，属于从50年代一直服役到21世纪的老前辈了。
虽然总体性能已经有些落后，但因为P波段的性质，还是有一定的反隐身和远程警戒潜力。
这是单纯的S波段雷达从原理上就无法比拟的。
所以一直到后来的052D，乃至055，都一直改了又改继续用。
但如果346雷达本身就能工作在与P波段性质相近的L波段，那对于517A的需求就大大降低了。
王晓模和常浩南对视了一眼，几乎同时从对方眼中看出了这个技术的巨大潜力。
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