陣列沖激雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、沖激雷達(dá)是一種新興的超寬帶雷達(dá)技術(shù)，通過發(fā)射無載波沖激脈沖對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測或識(shí)別。由于沖激信號(hào)的脈沖寬度窄，頻譜分量豐富，沖激雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)相比有巨大的應(yīng)用潛力，在距離分辨率、角分辨率、反隱身、穿透能力等方面都優(yōu)于窄帶的連續(xù)波雷達(dá)。本文關(guān)于陣列沖激雷達(dá)的技術(shù)研究，首先是對(duì)沖激電脈沖信號(hào)源的研究，電脈沖源不僅要求輸出功率高，同時(shí)要求觸發(fā)抖動(dòng)低，易于實(shí)現(xiàn)陣列的同步輸出；另外對(duì)陣列輻射沖激電磁脈沖的傳輸特性進(jìn)行研究，根據(jù)其能量傳輸、疊加的基本

2、規(guī)律，分析陣列沖激雷達(dá)高分辨率的原因；最后對(duì)沖激信號(hào)作用下目標(biāo)散射的物理圖像進(jìn)行研究，期望對(duì)沖激雷達(dá)目標(biāo)探測提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　針對(duì)沖激電脈沖源高峰值功率低觸發(fā)抖動(dòng)的需求，本文選用半絕緣GaAs光導(dǎo)開關(guān)作為電脈沖源，采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)半絕緣GaAs光導(dǎo)開關(guān)進(jìn)行研究。首先對(duì)GaAs材料的光吸收機(jī)理進(jìn)行分析，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)半絕緣GaAs光導(dǎo)開關(guān)對(duì)1064 nm的光吸收主要是由于EL2能級(jí)的光致電離吸收。接下來對(duì)光導(dǎo)開關(guān)進(jìn)

3、行暗態(tài)測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，暗電阻隨電場變化并非單調(diào)減小，在某段電場范圍內(nèi)甚至?xí)S電場增加而增加；結(jié)合載流子的熱電子效應(yīng)以及雜質(zhì)的碰撞電離效應(yīng)對(duì)暗電阻的變化規(guī)律進(jìn)行分析。其次，在1064 nm激光脈沖激勵(lì)下，分別對(duì)半絕緣GaAs光導(dǎo)開關(guān)的線性模式和lock-on模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。線性模式下開關(guān)的亞線性伏安特性和輸出電壓飽和特性表明，線性光導(dǎo)開關(guān)的最佳工作光能為輸出電壓開始飽和時(shí)對(duì)應(yīng)的光能；通過與開關(guān)的暗態(tài)伏安特性進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電場大于3 kV

4、/cm時(shí)開態(tài)電竟然隨電場增加繼續(xù)增加，從根本上說明了線性光導(dǎo)開關(guān)無法實(shí)現(xiàn)高增益的原因。另外，對(duì)半絕緣GaAs光導(dǎo)開關(guān)鎖定(lock-on)模式閾值條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，開關(guān)進(jìn)入lock-on工作模式不僅存在電場閾值和光能閾值下限，還存在光能閾值上限；本文提出了高倍增偶極疇模型對(duì)lock-on模式的高倍增機(jī)理進(jìn)行分析，并根據(jù)該模型計(jì)算得到lock-on模式的電場和光能閾值上下限。最后采用激光二極管對(duì)光導(dǎo)開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，分析二極管參數(shù)變

5、化對(duì)光導(dǎo)開關(guān)輸出的影響，以實(shí)現(xiàn)電脈沖源的小型化設(shè)計(jì)。
　　關(guān)于陣列輻射沖激電磁脈沖傳輸特性的研究，首先在圓形單元天線抽象模型的基礎(chǔ)上，利用麥克斯韋方程組計(jì)算得到天線輻射沖激電磁脈沖的解析解，并由此得到天線輻射沖激電磁脈沖的物理意義以及天線軸線上能量傳輸特性的物理圖像。在此基礎(chǔ)上把單元天線看作點(diǎn)源，提出了適用于陣列天線的點(diǎn)源近似模型，對(duì)陣列輻射沖激電磁脈沖的傳輸特性進(jìn)行研究，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了陣列沖激電磁脈沖的能量高效合成特性、波束聚

6、焦特性，說明了陣列沖激雷達(dá)高分辨率的原因。另外，針對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)沖激電磁脈沖能量隨距離快速衰減的現(xiàn)象，用解析公式結(jié)合地面反射理論進(jìn)行分析，得到的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果完全吻合。
　　對(duì)陣列沖激信號(hào)作用下目標(biāo)的散射特性研究，采用和天線輻射沖激電磁脈沖類似的方法，根據(jù)均勻平面波垂直入射金屬目標(biāo)表面問題，給出了目標(biāo)散射的物理實(shí)質(zhì)和解析解，并以此為基礎(chǔ)對(duì)介質(zhì)目標(biāo)散射特性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果和解析計(jì)算結(jié)果相吻合。
　　在文末給出了光導(dǎo)開關(guān)