陣列沖激雷達關鍵技術研究.pdf

1、沖激雷達是一種新興的超寬帶雷達技術，通過發(fā)射無載波沖激脈沖對目標進行探測或識別。由于沖激信號的脈沖寬度窄，頻譜分量豐富，沖激雷達和連續(xù)波雷達相比有巨大的應用潛力，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。本文關于陣列沖激雷達的技術研究，首先是對沖激電脈沖信號源的研究，電脈沖源不僅要求輸出功率高，同時要求觸發(fā)抖動低，易于實現(xiàn)陣列的同步輸出；另外對陣列輻射沖激電磁脈沖的傳輸特性進行研究，根據(jù)其能量傳輸、疊加的基本

2、規(guī)律，分析陣列沖激雷達高分辨率的原因；最后對沖激信號作用下目標散射的物理圖像進行研究，期望對沖激雷達目標探測提供一定的理論基礎。
　　針對沖激電脈沖源高峰值功率低觸發(fā)抖動的需求，本文選用半絕緣GaAs光導開關作為電脈沖源，采用理論和實驗相結合的方法對半絕緣GaAs光導開關進行研究。首先對GaAs材料的光吸收機理進行分析，通過計算發(fā)現(xiàn)半絕緣GaAs光導開關對1064 nm的光吸收主要是由于EL2能級的光致電離吸收。接下來對光導開關進

3、行暗態(tài)測試時發(fā)現(xiàn)，暗電阻隨電場變化并非單調減小，在某段電場范圍內甚至會隨電場增加而增加；結合載流子的熱電子效應以及雜質的碰撞電離效應對暗電阻的變化規(guī)律進行分析。其次，在1064 nm激光脈沖激勵下，分別對半絕緣GaAs光導開關的線性模式和lock-on模式進行了實驗測試。線性模式下開關的亞線性伏安特性和輸出電壓飽和特性表明，線性光導開關的最佳工作光能為輸出電壓開始飽和時對應的光能；通過與開關的暗態(tài)伏安特性進行對比發(fā)現(xiàn)，當電場大于3 kV

4、/cm時開態(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開關無法實現(xiàn)高增益的原因。另外，對半絕緣GaAs光導開關鎖定(lock-on)模式閾值條件進行實驗測試時發(fā)現(xiàn)，開關進入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lock-on模式的高倍增機理進行分析，并根據(jù)該模型計算得到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光導開關進行實驗測試，分析二極管參數(shù)變

5、化對光導開關輸出的影響，以實現(xiàn)電脈沖源的小型化設計。
　　關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上，利用麥克斯韋方程組計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。在此基礎上把單元天線看作點源，提出了適用于陣列天線的點源近似模型，對陣列輻射沖激電磁脈沖的傳輸特性進行研究，并通過實驗證實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高分辨率的原因。另外，針對實驗時沖激電磁脈沖能量隨距離快速衰減的現(xiàn)象，用解析公式結合地面反射理論進行分析，得到的計算結果和實驗測試結果完全吻合。
　　對陣列沖激信號作用下目標的散射特性研究，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表面問題，給出了目標散射的物理實質和解析解，并以此為基礎對介質目標散射特性進行分析。實驗測試結果和解析計算結果相吻合。
　　在文末給出了光導開關