雷達(dá)的原理
雷達(dá)(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫.雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo),測定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù).雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成.
雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量,經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線.天線將這些電磁能量輻射至大氣中,集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束,向前傳播.電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后,將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射,其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向,被雷達(dá)天線獲取.天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī),形成雷達(dá)的回波信號(hào).由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減,雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱,幾乎被噪聲所淹沒.接收機(jī)放大微弱的回波信號(hào),經(jīng)過信號(hào)處理機(jī)處理,提取出包含在回波中的信息,送到顯示器,顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等.
為了測定目標(biāo)的距離,雷達(dá)準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間,這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo),再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間.根據(jù)電磁波的傳播速度,可以確定目標(biāo)的距離為：S=CT/2
其中S：目標(biāo)距離
T：電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時(shí)間
C：光速
雷達(dá)測定目標(biāo)的方向是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的.通過機(jī)械和電氣上的組合作用,雷達(dá)把天線的小事指向雷達(dá)要探測的方向,一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo),雷達(dá)讀出些時(shí)天線小事的指向角,就是目標(biāo)的方向角.兩坐標(biāo)雷達(dá)只能測定目標(biāo)的方位角,三坐標(biāo)雷達(dá)可以測定方位角和俯仰角.
測定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度是雷達(dá)的一個(gè)重要功能,—雷達(dá)測速利用了物理學(xué)中的多普勒原理．當(dāng)目標(biāo)和雷達(dá)之間存在著相對位置運(yùn)動(dòng)時(shí),目標(biāo)回波的頻率就會(huì)發(fā)生改變,頻率的改變量稱為多普勒頻移,用于確定目標(biāo)的相對徑向速度,通常,具有測速能力的雷達(dá),例如脈沖多普勒雷達(dá),要比一般雷達(dá)復(fù)雜得多.
雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性等.
其中,作用距離是指雷達(dá)剛好能夠可靠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離.它取決于雷達(dá)的發(fā)射功率與天線口徑的乘積,并與目標(biāo)本身反射雷達(dá)電磁波的能力（雷達(dá)散射截面積的大小）等因素有關(guān).威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區(qū)域.
雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)很多,而且與雷達(dá)的體制有關(guān),這里僅僅討論那些與電子對抗關(guān)系密切的主要參數(shù).
根據(jù)波形來區(qū)分,雷達(dá)主要分為脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)兩大類.當(dāng)前常用的雷達(dá)大多數(shù)是脈沖雷達(dá).常規(guī)脈沖雷達(dá)周期性地發(fā)射高頻脈沖.相關(guān)的參數(shù)為脈沖重復(fù)周期（脈沖重復(fù)頻率）、脈沖寬度以及載波頻率.載波頻率是在一個(gè)脈沖內(nèi)信號(hào)的高頻振蕩頻率,也稱為雷達(dá)的工作頻率.
雷達(dá)天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述,波束越窄,天線的方向性越好.但是在設(shè)計(jì)和制造過程中,雷達(dá)天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內(nèi),在其它方向上在在著泄漏能量的問題.能量集中在主波束中,我們常常形象地把主波束稱為主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣.為了覆蓋寬廣的空間,需要通過天線的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或電子控制,使雷達(dá)波束在探測區(qū)域內(nèi)掃描.
概括起來,雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機(jī)靈敏度等.技術(shù)參數(shù)是根據(jù)雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)性能與指標(biāo)要求來選擇和設(shè)計(jì)的,因此它們的數(shù)值在某種程度上反映了雷達(dá)具有的功能.例如,為提高遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力,預(yù)警雷達(dá)采用比較低的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率,而機(jī)載雷達(dá)則為減小體積、重量等目的,使用比較高的工作頻率和脈沖重復(fù)頻率.這說明,如果知道了雷達(dá)的技術(shù)參數(shù),就可在一定程度上識(shí)別出雷達(dá)的種類.
雷達(dá)的用途廣泛,種類繁多,分類的方法也非常復(fù)雜.通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類,如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、無線電測高雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、雷達(dá)引信、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、機(jī)載截?fù)衾走_(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識(shí)別雷達(dá)等.除了按用途分,還可以從工作體制對雷達(dá)進(jìn)行區(qū)分.這里就對一些新體制的雷達(dá)進(jìn)行簡單的介紹.（軍事觀察·warii.net）
雙/多基地雷達(dá)
普通雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一地點(diǎn),而雙/多基地雷達(dá)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)上,地點(diǎn)可以設(shè)在地面、空中平臺(tái)或空間平臺(tái)上.由于隱身飛行器外形的設(shè)計(jì)主要是不讓入射的雷達(dá)波直接反射回雷達(dá),這對于單基地雷達(dá)很有效.但入射的雷達(dá)波會(huì)朝各個(gè)方向反射,總有部分反射波會(huì)被雙/多基地雷達(dá)中的一個(gè)接收機(jī)接收到.美國國防部從七十年代就開始研制、試驗(yàn)雙/多基地雷達(dá),較著名的“圣殿”計(jì)劃就是專門為研究雙基地雷達(dá)而制定的,已完成了接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都安裝在地面上、發(fā)射機(jī)安裝在飛機(jī)上而接收機(jī)安裝在地面上、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都安裝在空中平臺(tái)上的試驗(yàn).俄羅斯防空部隊(duì)已應(yīng)用雙基地雷達(dá)探測具有一定隱身能力的飛機(jī).英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達(dá),主要用于預(yù)警系統(tǒng).
相控陣?yán)走_(dá)
我們知道,蜻蜓的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成,每個(gè)小眼都能成完整的像,這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多.與此類似,相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成,單元數(shù)目和雷達(dá)的功能有關(guān),可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè).這些單元有規(guī)則地排列在平面上,構(gòu)成陣列天線.利用電磁波相干原理,通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位,就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描,故稱為電掃描.輻射單元把接收到的回波信號(hào)送入主機(jī),完成雷達(dá)對目標(biāo)的搜索、跟蹤和測量.每個(gè)天線單元除了有天線振子之外,還有移相器等必須的器件.不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流,從而在空間輻射出不同方向性的波束.天線的單元數(shù)目越多,則波束在空間可能的方位就越多.這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線,“相控陣”由此得名.
相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)
（1）波束指向靈活,能實(shí)現(xiàn)無慣性快速掃描,數(shù)據(jù)率高；（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束,分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無源探測等多種功能；（3）目標(biāo)容量大,可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；（4）對復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；（5）抗干擾性能好.全固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)的可靠性高,即使少量組件失效仍能正常工作.但相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴,且波束掃描范圍有限,最大掃描角為90°～120°.當(dāng)需要進(jìn)行全方位監(jiān)視時(shí),需配置3～4個(gè)天線陣面.
相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比,掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強(qiáng),能快速適應(yīng)戰(zhàn)場條件的變化.多功能相控陣?yán)走_(dá)已廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載防空系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)、炮位測量、靶場測量等.美國“愛國者”防空系統(tǒng)的AN／MPQ-53雷達(dá)、艦載“宙斯盾”指揮控制系統(tǒng)中的雷達(dá)、B-1B轟炸機(jī)上的APQ-164雷達(dá)、俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能雷達(dá)等都是典型的相控陣?yán)走_(dá).隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,固體有源相控陣?yán)走_(dá)得到了廣泛應(yīng)用,是新一代的戰(zhàn)術(shù)防空、監(jiān)視、火控雷達(dá).
寬帶／超寬帶雷達(dá)
工作頻帶很寬的雷達(dá)稱為寬帶／超寬帶雷達(dá).隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達(dá)是有效的,而面對覆蓋波段很寬的雷達(dá)就無能為力了,它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測到.另一方面,超寬帶雷達(dá)發(fā)射的脈沖極窄,具有相當(dāng)高的距離分辨率,可探測到小目標(biāo).目前美國正在研制、試驗(yàn)超寬帶雷達(dá),已完成動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)的研究,將要進(jìn)行雷達(dá)波形的試驗(yàn).
合成孔徑雷達(dá)
合成孔徑雷達(dá)通常安裝在移動(dòng)的空中或空間平臺(tái)上,利用雷達(dá)與目標(biāo)間的相對運(yùn)動(dòng),將雷達(dá)在每個(gè)不同位置上接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相干處理,就相當(dāng)于在空中安裝了一個(gè)“大個(gè)”的雷達(dá),這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果,具有很高的目標(biāo)方位分辨率,再加上應(yīng)用脈沖壓縮技術(shù)又能獲得很高的距離分辨率,因而能探測到隱身目標(biāo).合成孔徑雷達(dá)在軍事上和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,如戰(zhàn)場偵察、火控、制導(dǎo)、導(dǎo)航、資源勘測、地圖測繪、海洋監(jiān)視、環(huán)境遙感等.美國的聯(lián)合監(jiān)視與目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)飛機(jī)新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達(dá),英、德、意聯(lián)合研制的“旋風(fēng)”攻擊機(jī)正在試飛合成孔徑雷達(dá).
毫米波雷達(dá)
工作在毫米波段的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá).它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),同時(shí)它工作在目前隱身技術(shù)所能對抗的波段之外,因此它能探測隱身目標(biāo).毫米波雷達(dá)還具有能力,特別適用于防空、地面作戰(zhàn)和靈巧武器,已獲得了各國的調(diào)試重視.例如,美國的“愛國者”防空導(dǎo)彈已安裝了毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭,目前正在研制更先進(jìn)的毫米波導(dǎo)引頭；俄羅斯已擁有連續(xù)波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達(dá)；英、法等國家的一些防空系統(tǒng)也都將采用毫米波雷達(dá).
激光雷達(dá)
工作在紅外和可見光波段的雷達(dá)稱為激光雷達(dá).它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成,激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去,光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖,送到顯示器.隱身兵器通常是針對微波雷達(dá)的,因此激光雷達(dá)很容易“看穿”隱身目標(biāo)所玩的“把戲”；再加上激光雷達(dá)波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高,因而它能有效地探測隱身目標(biāo).激光雷達(dá)在軍事上主要用于靶場測量、空間目標(biāo)交會(huì)測量、目標(biāo)精密跟蹤和瞄準(zhǔn)、目標(biāo)成像識(shí)別、導(dǎo)航、精確制導(dǎo)、綜合火控、直升機(jī)防撞、化學(xué)戰(zhàn)劑監(jiān)測、局部風(fēng)場測量、水下目標(biāo)探測等.美國國防部正在開發(fā)用于目標(biāo)探測和識(shí)別的激光雷達(dá)技術(shù),已進(jìn)行了前視／下視激光雷達(dá)的試驗(yàn),主要探測偽裝樹叢中的目標(biāo).法國和德國正在積極進(jìn)行使用激光雷達(dá)探測和識(shí)別直升機(jī)的聯(lián)合研究工作.參考資料：http://www.helloham.com/radio/elec/Article_Print.asp?ArticleID=490