頻率分集陣列（FDA）由Antonik等在2006年IEEE雷達國際會議上首次提出，其獨特的陣列特性為傳統電掃描體制性能局限的突破提供了新的思路，一經提出就得到了國内外雷達學者的廣泛關注。

　　本文系統梳理了FDA雷達的發展曆程及當前重點技術的現狀，為後續FDA領域内從當前陣列特性理論研究為主向結合實裝測試研究的轉變奠定了基礎。

　　頻率分集陣列（frequency diverse array，FDA）通過在陣元間引入固定頻差，在無需移相器的情況下可形成距離-角度相關的時變波束指向。

　　FDA雷達通過在陣元間引入頻差的方式實現了更高自由度的波束控制。

　　基本FDA的陣列結構

　　FDA雷達研究現狀分析

　　陣列結構及方向圖距離-角度解耦技術 FDA概念提出之後的一段時間内，研究基本集中在FDA結構、波束方向圖基本特性分析以及FDA發射接收機結構設計等。

　　随着對FDA結構及方向圖特性分析的逐漸深入，陸續有文獻指出頻率分集陣列發射波束會出現距離和方位角響應的耦合，無法利用其無模糊地實現目标距離和方位的二維聯合估計問題。

　　因而在較長的一段時間内，如何實現FDA方向圖距離-角度耦合的消除、波束能量的空間精确控制成為研究熱點。

　　改進頻率分集陣列“S形”波束圖性能的問題，主要有2種思路：一種着眼于頻控函數設計，另一種主要着眼于陣列結構設計。

　　FDA發射方向

　　在非線性頻控函數設計方面，Khan等實現了幹擾抑制、輸出信幹噪比改善以及雷達探測性能的增強；Gao等消除了方向圖中的距離-角度耦合；Wang等設計的非線性多載頻調制系統可在減小主瓣波束寬度的同時有效地抑制旁瓣峰值；Basit等及Liao等分别實現了波束圖在遠場目标點處的單極值；Shao等設計了一種自适應頻偏選擇方案；項喆等在幹擾背景下計算出最優頻偏增量；Xiong等解算出最優頻偏增量取值；Wang等消除了波束圖中固有的距離-角度耦合；Wang等将發射能量集中在期望的目标位置。

　　陣列結構設計通過将均勻線性FDA劃分為多個使用相同或不同頻控函數的子陣實現波束圖的疊加，實現在增強目标點增益的同時消除其他極值點。

　　Wang等将FDA劃分為采用不同頻控函數且左右相鄰的等陣元數子陣；Xu等提出具有不同頻偏增量的多個非重疊子陣列FDA結構，并且這些具有非零頻移的子陣列成對存在；Sammartino等提出了一種雙基地FDA雷達結構，獲得了波束圖的距離-角度解耦；Wang等提出2種不同脈沖的FDA雷達結構，可直接從波束成形輸出峰值中估算目标的方位角和視距距離；Wang等通過提出的非線性FDA發射陣列和均勻相控陣接收陣列組成的雷達系統實現了目标定位。

　　上述2種思路單獨得到的距離-角度解耦的FDA波束圖中峰值仍然是周期性的，多重模糊估計結果不可避免地會嚴重限制雷達目标定位的性能。

　　Xu等通過多輸入多輸出（MIMO）體制和FDA的結合實現了目标的無模糊定位；Turhaner等提出了一種可有效降低計算量的單脈沖方法；Wang等組成的定位系統在發射、接收波束圖中都實現了距離-角度解耦，同時可實現低計算量、高精度的目标距離和角度信息的聯合估計；Khan等将頻控函數設計和陣列結構設計結合起來，消除了FDA波束圖固有的周期性，在目标可能存在的空間中形成單極值；Wang等有效地實現波束的精确控制，且适用于二維面陣FDA。

　　電子反對抗技術應用 電子反對抗（electronic counter-counter measure，ECCM）的主要目的是抑制幹擾信号并保證我方有效地使用電磁信息。

　　FDA雷達可以通過改變載波頻率和頻率增量以離散方式掃描空間中的每個點，提供了極大的ECCM應用潛力。

　　針對主瓣欺騙幹擾降低目标的估計精度和跟蹤精度，帶來巨大資源消耗和嚴峻威脅的問題。

　　Lan等提出了基于FDA-MIMO發射非正交波形的主瓣距離欺騙幹擾抑制方法；Xu等利用FDA-MIMO結構發射-接收空間角頻率的相對關系進行主瓣欺騙幹擾鑒别；Li等在FDA-MIMO結構的基礎上提出的雙脈沖探測體制可以保證較高的假目标抑制率；Xu等建立了以FDA為發射陣列的MIMO雷達空時自适應處理結構，可将目标與雜波和幹擾進行區分，抑制虛假目标。

　　針對抑制與目标位置接近的支援式幹擾，Wang等通過穩健波束形成優化算法修正低快拍下的協方差矩陣，實現了對陣列方向圖主瓣的有效糾偏和保形。

　　針對目标導向矢量失配時欺騙幹擾抑制性能降低的問題，Li等提出的基于FDA-MIMO雷達協方差矩陣重構的魯棒性欺騙幹擾抑制方法，顯著提高了欺騙幹擾抑制性能；Xu等建立了以FDA為發射陣列的空時自适應處理（FDA-STAP）雷達新框架，可有效抑制距離模糊的雜波；Wu等提出了基于FDA抑制高超音速飛行器前視雷達雜波的方法。

　　電子對抗技術應用 基于FDA幹擾機的輻射信号經目标雷達接收後，可以在敵方雷達對幹擾機定位過程中實現幹擾，保護幹擾機的安全，有效遂行掩護任務。

　　在電子對抗（ECM）中，幹擾機需要生成精确的幹擾信号，以便誤導敵方雷達。基于FDA形成虛拟輻射源從而實現對敵方探測雷達的探測幹擾，是實現射頻隐身的重要方法。

　　胡祺勇等分析了FDA對振幅法測向實現幹擾的可能性；葛佳昂等仿真驗證了FDA各陣元間存在的相位差對處于遠場的幹涉儀具有角度欺騙效果；王博等分析了FDA對測向交叉定位系統和相鄰天線比幅單脈沖測向系統定位的精度影響；Ge等建立了固定時刻的頻偏增量調節優化模型，實現基于FDA雷達相位中心的認知有源抗幹擾方法。

　　FDA各陣元間存在的頻差使其在雷達幹擾領域具有獨特的特性和優勢。

　　Zhu等在2018年首次提到關于FDA幹擾的研究；明靖鷗提出了基于頻控陣可對脈沖多普勒雷達産生距離-速度維多假目标的幹擾方法；電子科技大學科研團隊研制的FDA幹擾設備，信号源的實施方案及其實現系統框圖填補了國内關于FDA實施幹擾試驗的空白；Huang等提出了利用FDA雷達對星載合成孔徑雷達進行散射波欺騙幹擾的方法；Wang等利用FDA天線對高分辨率側視合成孔徑雷達成像進行多場景欺騙幹擾；Huang等仿真驗證了FDA對雙基地SAR具有良好的欺騙幹擾效果；Zong等提出了一種基于FDA的微動幹擾方法。

　　其他方面 FDA雷達的目标參數估計研究，Khan等提出了FDAMIMO雷達結構以改善雷達的距離-角度定位性能；Sen提出了峰均功率比約束的帕累托最優波形設計方法。

　　FDA與其他體制結合的研究，較早開始并得到較為廣泛研究的是FDA與MIMO體制的結合，Wang将FDA結構與MIMO雷達相結合，得到了距離相關的波束指向；Xu等提出的垂直頻率分集陣列，在垂直方向上引入步進頻率以規避STAP雷達中的距離模糊問題。

　　面陣、環陣等陣元布陣形式的FDA結構研究，Yao等設計出可有效實現遠場無線能量傳輸的二維FDA面陣（WPT-FDA）結構；Saeed等對均勻對稱環形FDA的結構特性展開分析，得到了更優的峰值旁瓣比。

　　FDA在其他具體應用中的研究包括，Cetintepe等提出了FDA多徑特性分析的理論框架；Baizert等分析了FDA在前視雷達地面運動目标指示中的應用；Farooq等研究了FDA在合成孔徑雷達成像中的應用；Wang提出了用于高分辨率成像的空時編碼MIMO正交頻分複用SAR結構方案；Hu等設計出基于随機FDA的人工噪聲定向調制（RFDA-DM-AN）方案；Wang提出的認知FDA雷達通過根據環境自适應地改變頻率增量的閉環控制算法，獲得了更好的陣列性能；Saeed等提出了自适應的方向圖調零技術；Huang等提出了将頻率分集陣列和正交頻分複用波形用于集成導航、探測和通信的方法。

　　亟待解決的關鍵技術難點

　　基于解耦的非時變波束控制研究 現有關于FDA波束圖距離-角度解耦的研究中，大多沒有考慮FDA波束圖的時變特性以及電磁波在空間傳播過程中的時延問題，得到的是未考慮信号發射接收實際過程的靜态波束圖。

　　對基本的一維均勻線性FDA雷達，在脈沖周期内，其波束空間掃描的過程中隻在極短的時間内照射目标，使得目标點反射回雷達接收機的能量不足，雷達的目标探測性能較差。

　　目前的研究熱點聚焦在脈沖周期内波束指向的非時變控制方面。

　　目前國内外在靜态波束圖的假設上分析FDA波束空間控制的文獻雖已解決了由于FDA波束圖距離、角度周期性而造成的SINR損失，但仍然沒有解決因FDA波束圖時變特性而導緻的SINR損失問題。

　　由于FDA波束圖的周期性，國内外學者緻力于尋找一種能将發射能量集中在期望位置并持續一段時間的時不變點狀波束圖，而這一技術是FDA雷達在後續實現預警探測、目标識别等一系列工程實際應用之前，需要徹底解決的問題。

　　基于FDA的電子戰技術研究 在未來實現FDA非時變點狀波束指向控制的基礎上，如何利用FDA雷達實現幹擾對抗和雷達幹擾施放或将成為推動FDA實用化發展的重要研究領域。

　　王博等、Wang等推導了FDA的模糊函數，驗證了線性調頻、相幹脈沖串以及相位編碼信号這幾種典型的雷達信号對全波段相幹處理FDA雷達結構的适應性，沒有基于此進一步深入開展FDA發射波形設計以實現幹擾抑制、測向定位欺騙等的研究。

　　現有關于FDA在電子戰領域的研究文獻中，缺乏系統基于FDA結構分析、發射波形設計和頻控函數設計的綜合考慮。

　　基于FDA雷達的實用化研究 國内外關于FDA從最開始的陣列基本特性研究到後來關于FDA在目标定位、安全通信等領域的具體化應用，都是在理論層面所作的分析研究。

　　要真正實現FDA雷達在現實裝備中對相控陣雷達的全面替代，如何實現FDA雷達的工程設計是一切問題的前提。

　　總體而言，目前FDA雷達尚處于概念系統設計階段，亟待開展FDA雷達原理樣機研制與關鍵技術試驗驗證方面的深入研究。

　　結論

　　FDA雷達在基于解耦的非時變波束控制、電子戰技術以及雷達實用化研究方面亟待解決的關鍵技術難點包括：獲取僅聚焦于某些特定空間位置且持續一定時間的非時變解耦波束圖，基于FDA結構分析、發射波形設計和頻控函數設計綜合考慮FDA在電子對抗、電子反對抗領域應用等方面。

　　後續關于FDA雷達的研究中應當更重視實物仿真平台的搭建與實驗，從而推動FDA雷達研究從概念系統設計領域向實際裝備中的應用發展轉變。

　　本文作者：王博，陳楚舒，郭亞軍，劉乃箔，許澤華

　　作者簡介：王博，中國人民解放軍95972部隊、空軍工程大學防空反導學院，博士，研究方向為頻率分集陣列雷達幹擾抑制方法

　　論文全文發表于《科技導報》2021年第9期，原标題《頻率分集陣列雷達研究進展》，本文有删減，歡迎訂閱查看。

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