长沙相控阵列天气雷达_长沙气象雷达图

1.为什么气象雷达能定量估测降水？

2.新一代s波段天气雷达电路必须双路供电吗

3.飞机执行对地攻击时使用何种雷达及工作原理?

4.何为火控雷达？

5.雷达经历了怎样的发展历史

为什么气象雷达能定量估测降水？

气象学家还能利用一种叫做“天气雷达”的气象雷达来定量估测降水。气象雷达发射出电磁波，电磁波遇到空气中的雨滴、云滴、冰晶、雪花等会发生散射，返回的电磁波被雷达天线所接收并显示在屏幕上，气象学家根据回波图像可以得知大气中降水的强度、分布、移动和演变情况，以此了解天气系统的结构和特征。气象雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云等，并能监视天气的变化。

但是，在雷达屏幕上，我们所能看到的只是雷达回波的强度、分布、移动和演变情况，气象工作人员又是怎样来定量估测降水的呢？通常情况下，雷达回波强度与降水强度具有相同的概率分布。气象台站会收集和统计不同地区、不同降水类型和不同降水强度的雨滴谱，也就是单位体积内各种大小雨滴的数量随其直径的分布，然后找到不同类型的降水的回波强度与其对应的降水强度之间的关系，比如层状云降水、对流云降水、地形云降水、干雪和湿雪等，这样就可以得到一组经验公式，用来定量估测降水。

实际工作中，为了利用气象雷达测量某区域在某时段的降水总量，可把区域、时间进行分割，然后对雷达测得的多个降水量进行累加或平均，这样可以去除随机误差的影响，使该区域上的雨量或平均强度比单点的瞬时强度更为准确，从而保证了估测精度。

近年来，气象雷达估测降水的技术也在不断翻新。而且，将设置在地面上的雷达组成网络，并利用以卫星为载体的雷达，就可实现大范围内的降水观测，可以弥补单点观测的不足。但是，利用雷达组网来进行定量监测及预报大范围降水，也会存在各种问题。例如，把组网的雷达回波图拼在一起时，拼图本身的技术问题，会使降水估测的精度达不到预期目的。而且，即使是同一型号的气象雷达，探测的结果也会有差别，例如各雷达的选址不同、雷达回波受到不同地形和建筑物的影响、有效覆盖区的雨量计站点分布密度不同等，这些因素都会影响结果，使组网后的数据出现误差，最终会影响预报质量。

新一代s波段天气雷达电路必须双路供电吗

必须。新一代s波段天气雷达电路采用双路交流市电供电外加备用发电机组的供电方式才能正常使用，因此新一代s波段天气雷达电路必须双路供电。新一代s波段天气雷达电路常以2-4GHz的频率工作，涉及一种S波段天气雷达测试系统信号发生装置，包括锁相环、直接数字式频率合成器、混频器、滤波网络、数控放大器等设备。

飞机执行对地攻击时使用何种雷达及工作原理?

雷达的原理

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2

其中S：目标距离

T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间

C：光速

雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。

测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理．当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。

雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。

其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。

雷达的技术指标与参数很多，而且与雷达的体制有关，这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。

根据波形来区分，雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期（脉冲重复频率）、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率。

雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述，波束越窄，天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中，雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内，在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间，需要通过天线的机械转动或电子控制，使雷达波束在探测区域内扫描。

概括起来，雷达的技术参数主要包括工作频率（波长）、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的，因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如，为提高远距离发现目标能力，预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的，使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明，如果知道了雷达的技术参数，就可在一定程度上识别出雷达的种类。

雷达的用途广泛，种类繁多，分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分，还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。（军事观察·warii.net）

双/多基地雷达

普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点，而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上，地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达，这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射，总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达，较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的，已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达，主要用于预警系统。

相控阵雷达

我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。

相控阵雷达的优点

（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。

相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展，固体有源相控阵雷达得到了广泛应用，是新一代的战术防空、监视、火控雷达。

宽带／超宽带雷达

工作频带很宽的雷达称为宽带／超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的，而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了，它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面，超宽带雷达发射的脉冲极窄，具有相当高的距离分辨率，可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达，已完成动目标显示技术的研究，将要进行雷达波形的试验。

合成孔径雷达

合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上，利用雷达与目标间的相对运动，将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理，就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达，这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果，具有很高的目标方位分辨率，再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率，因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用，如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔径雷达，英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。

毫米波雷达

工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力，特别适用于防空、地面作战和灵巧武器，已获得了各国的调试重视。例如，美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头，目前正在研制更先进的毫米波导引头；俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达；英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。

激光雷达

工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的，因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”；再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高，因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术，已进行了前视／下视激光雷达的试验，主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作。

何为火控雷达？

老旧的APG-66和APG-68火控雷达（FCRs）在F-16战斗机上已经使用了长达20年的时间。而新型的APG-68（V）9火控雷达无论在性能上还是在可靠型上都有大幅度提高，该型雷达是为了装备最新的F-16飞机改型而研制的。APG-68（V）9雷达不仅探测距离更远，可以同时跟踪4个目标，还具有合成孔径雷达（SAR）处理能力。另外，该雷达还具有自动校准能力和交互干扰滤波能力。所谓自动校准能力是指雷达可对飞机的惯性导航系统进行持续地自动校准；而交互干扰滤波则是使频带内无线电频率干扰降至最低，从而大幅度提高了雷达的抗干扰能力。

APG-68（V）9雷达已经在爱德华兹空军基地完成了各项飞行试验科目。该雷达将被安装在第50批次的双座F-16D战斗机上（后驾驶舱为任务舱），该雷达的试验开始于2001年12月，并于2003年10月完成。本报告主要介绍了该雷达增加的合成孔径（SAR）工作模式，并总结了在挖掘该雷达潜力过程中得到的经验。虽然合成孔径雷达并不是一项新技术，但是APG-68（V）9雷达的研制标志着这项技术首次在轻型战斗机上得到应用。合成孔径模式使APG-68（V）9雷达对于远距离地面目标分辨率达到了1米的水平，大大优于目前的多普勒波束锐化（DBS）模式。APG-68（V）9雷达的合成孔径工作模式是本文介绍的重点，本文还叙述了在雷达试验过程中得到的经验和飞行试验要求。为了测试APG-68（V）9雷达的合成孔径探测工作模式，我们探索了新飞行试验技术，并建造了新的反射器阵列。

APG-68（V）9雷达的空对空工作模式：

6?1 大范围测距搜索模式（ERS）： 该工作模式取代了以前APG-68雷达的“边搜索边测距”模式（RWS），“上视搜索”模式（ULS）和“测距过程中的速度探测”模式（VSR）

6?1 边扫描边跟踪模式（TWS）：该工作模式能够区分和跟踪10个空中目标，并同时对其他空中目标进行探测。

6?1 多目标分辨认知模式（MTS）：该工作模式能够对多达4个目标进行高质量跟踪，并具有同时搜索其他目标的能力。

6?1 单目标跟踪模式（STT）：该工作模式可以对1个空中目标进行高质量的跟踪。

6?1 空战机动模式（ACM）：该工作模式可以在高地面杂波环境下对近距离的目标进行自动捕获。

6?1 先进中距空对空导弹数据链：可以在TWS，MTS和STT工作模式下为多达6枚中距导弹提供制导。

6?1 攻击群分辨率（RCR）：确定雷达分辨单元中真实目标的数量。

APG-68（V）9雷达的对地工作模式：

6?1 空对地测距模式（AGR）：该工作模式可对地面目标进行精确的距离测量。

6?1 真实波束地图测绘模式（RBM）/功能增强的地图测绘模式（EGM）：该工作模式可以为导航和目标搜索/跟踪提供合适的雷达地图显示。 br> ?6?1 多普勒波束锐化模式1（DBS1）：该工作模式的地图方位分辨率比RBM工作模式高8倍。

6?1 多普勒波束锐化模式2（DBS2）：该工作模式的地图方位分辨率比RBM工作模式高64倍。

6?1 固定目标的跟踪模式（FTT）：该工作模式能够对分散在地面的固定目标维持精确跟踪，并锁定，引导武器实施攻击。

6?1 增强的海面搜索模式（ESEA）：该工作模式可以在不良海况下对海面目标进行探测。

6?1 合成孔径（SAR）工作模式：该工作模式可以在恶劣的天气条件下，绘制高方位分辨率地图，并改善了目标识别能力和目标精确指示能力。

6?1 地面移动目标指示模式（GMTI）：该工作模式可搜索地面或海上的多个移动目标，并将它们显示在背景雷达地图上。

6?1 地面移动目标跟踪模式（GMTT）：该工作模式可对地面或者海面上的单个移动目标进行连续地、精确地跟踪，引导武器实施攻击。

6?1 信标模式（*N）：该工作模式可以讯问并接收地面答复和机载信标。

什么是合成孔径雷达（SAR）

合成孔径雷达（SAR）可以绘制高分辨率地图，其原理是让脉冲雷达向某一方向运动，并辐射和接收电磁波，将接收的所有信号经过信息存储和处理，同相相加，其效果等效于一个辐射和接收电磁波的大型雷达天线。由于合成孔径雷达可以接收真实的雷达天线从不同角度发射的电磁波，所以合成孔径技术可以极大的提高雷达的方位分辨率。

合成孔径雷达的成像性能和机载雷达尺寸密切相关，所以APG-68（V）9雷达和老式的APG-68雷达相比，拥有一个较大尺寸的天线。

现代合成孔径雷达的优势在于其分辨率的好坏并不受限于探测距离的远近。合成孔径雷达的方位分辨率和其合成孔径的大小有关，而且，其分辨率还和飞机的导航能力、雷达带宽和雷达天线的精确定位能力有关。在4海里的距离上，合成孔径雷达的分辨率比多普勒波束锐化（DBS）雷达的分辨率要高出两个数量级。而多普勒波束锐化模式（DBS）是老旧的APG-68雷达最好的地图测绘工作模式。

现在打个比方来说明合成孔径雷达的技术优势：我们用合成孔径雷达和传统雷达分别对40海里外的地域进行地图测绘，对比的结果是，要得到一张由APG-68(V)9的合成孔径模式测绘出来的高分辨率地图，那么我们至少需要一个雷达天线长达2000英尺的传统雷达（显然，这么大尺寸的雷达天线是不可能装在飞机上的）。

在使用合成孔径雷达技术测绘目标地图的时候，要求合成孔径雷达不断移动以保持从不同的方位探测目标，所以使用合成孔径雷达测绘地图时，被测目标不能位于飞机机头正前方。图0显示了F-16飞机上的合成孔径雷达的工作范围限制。其最大探测角度受到雷达探测视场（LOS）的限制，其最小探测角则受到雷达天线转动机构转动范围的限制。

F-16飞机上的合成孔径雷达的工作范围包线合成孔径雷达的优点是明显的，它绘制的地图不仅分辨率高，而且具有全天时、全天候、不受大气传播和气候影响、穿透力强等优点，它还能使作战飞机在远离危险战区的空域对战场进行地图测绘。

另外，合成孔径雷达可以在地图上标定出非常精确的目标坐标，这不仅有助于飞机的精确导航，理论上，该坐标的精确度已经足以用于引导J波段的惯性制导武器（AIM）直接攻击目标。

虽然合成孔径雷达目前还处于发展阶段，但是其使用理论已经形成，当飞机距离目标还有100海里时，飞行员可以测绘出一张分辨率较低的大型地图。而当飞机逐渐靠近目标时，合成孔径雷达可重新绘制分辨率更高的地图，例如当距离目标40海里时，合成孔径雷达即可测绘出分辨率为1米量级地图，从而精确地对打击目标进行定位。

当飞行员在精确的地图上分辩出打击目标后，飞行员将利用合成孔径雷达提供的目标精确坐标在最大射程上释放惯性制导武器，而飞机则可以远离危险的战区。合成孔径雷达的高分辨率和精确目标定位能力将极大地增强F-16飞机的全天候打击能力。

合成孔径雷达能力分析

考核APG-68（V）9合成孔径雷达的地图测绘能力是本次试验的主要目的，因此，我们选择了位于加利福利亚州爱德华兹空军基地的空军飞行试验中心博物馆作为目标区域，APG-68（V）9将使用不同的合成孔径雷达工作模式对该博物馆进行地图测绘，试飞工程师将对地图测绘结果进行分析和对比。

飞行试验经验

APG-68(V)9雷达研制试飞的最优方案是将该雷达装在成熟的航电系统平台上进行飞行试验，以便发现问题。但是，该雷达系统却被安装到两种还在进行试验的航电系统平台/软件上进行试验，这样，将三种不成熟的系统/软件安排在一起进行试验，给试验小组带来了不小的麻烦。

这种试验方式是对试验人员提出的一次挑战，因为每当试验出现问题时，我们都要区分到底是三套系统中哪套系统出现了故障。这三套系统中任何一套系统出了问题，就会影响其他两个系统。每次系统出现问题时，我们只有耐心地等待一套或者两套系统重新启动，所以每个试飞架次的效率都因为飞行员的工作负担的加重而降低。

糟糕的试验状况常常导致我们要面对试验时间延迟的局面。我们从中得到的经验就是在制定试验计划时一定要留有选择系统平台的余地，特别是一系列存在互相依存关系的系统，这样能增加试验的效率。

最后的经验就是如何处理定量数据和定性数据之间的关系。所有的APG-68(V)9雷达性能测试要求都是针对我们专门建造的反射器阵列制定的。为了真实的测试雷达的性能，要求严格地控制反射器阵列的间距尺码。因为测绘地图对于收集试验数据没有太大的帮助，所以最初的试验计划并没有要求使用合成孔径雷达测绘具有代表性的战术目标的地图。

幸运的是，试飞员说服了项目办公室进行一些合成孔径雷达地图测绘的试验，从而揭示了合成孔径雷达在进行阵列测试和侦察典型军事目标时的差异。即使这样，过分地强调定量数据使得定性试验变得很难协调，因为雷达的测试报告最终还是要以定量数据为基础。

测绘空军试飞博物馆的地图有助于指出雷达工作模式的差异。进行地图测绘试验时最好使用亮度转换方法（BTF）来进行，但是BTF方法也不是在所有情况下都适用的。

定性试验也揭示了合成孔径雷达在测绘地图时，在同一地区由于雷达波反射强度不同而造成的差异。正如你在图10和图11中看到的那样，雷达波反射强度高的区域在地图中明显发亮，而雷达波反射强度低的地区则明显黯淡。

原始的测绘基本上能够满足设计指标的需求，但是质量并没有达到我们期望的效果。虽然我们可以通过改进的输出方式的方法来改进该系统，以求其在军事上的得到更好的应用，但是试验合同仅要求我们的试验结果满足设计指标即可，并没有要求我们改进该系统。另外，由于该系统还存在一系列的问题，所以导致发展时间比计划有所延长，我们应该是分步骤完善该系统，先使其达到设计指标，再将其改进到能够满足实际应用的水平。

美国空军目前提出了新的装备试验概念，即在武器系统的试验周期内尽可能早地进行使用试验，美国空军认为定性的评估系统在真实使用条件下的效能的试验进行的越早，那么该系统的发展周期就越短，该系统装备部队的时间就可以相应提前。

任何试验计划的目的都是希望系统能够达到实际应用的水平。对于试飞工程师来说，最重要并不是如何采集试验数据，而是考虑用户如何能有效而方便地使用该系统。

总结

APG-68（V）9火控雷达（FCR）极大地提高了F-16飞机的探测能力。随着雷达探测距离的增加，F-16飞行员可以在空战中实现“先敌发现”，“先敌锁定”和“先敌开火”。合成孔径雷达的全天候高分辨率地图测绘能力可以显著地增强F-16的目标识别能力、目标精确定位能力和全天候的目标搜索/探测能力。雷达工作模式的增加就意味着作战方式的增加。而雷达可靠性的增加就意味着更高的出勤率和更少的维护保养时间。但是，测试SAR雷达对飞行试验技术提出了特殊的要求。

雷达经历了怎样的发展历史

雷达是现代战争必不可少的电子装备。它不仅应用于军事，而且也应用于国民经济（如交通运输、气象预报和资源探测等）和科学研究（如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等）以及其他一些领域。

发展简史

雷达的基本概念形成于20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。1922年，意大利G.马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。

早期报警雷达链

第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管,把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达,使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达

SCR-584,使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。

40年代后期出现了动目标显示技术，这有利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，于是研制了功率行波管、速调管、前向波管等器件。50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。60～70年代，电子计算机、微处理器、微波集成电路和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了相控阵雷达；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。

在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地－空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的大型雷达还用于观测中国和其他国家发射的人造卫星。在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。

工作原理

雷达天线把发射机提供的电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波。这些反射波载有该物体的信息并被雷达天线接收，送至雷达接收设备进行处理，提取人们所需要的有用信息并滤除无用信息。

雷达可分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。单一频率连续波雷达是一种最为简单的雷达形式，容易获得运动目标与雷达之间的距离变化率（即径向速度）。它的主要缺点是：①无法直接测知目标距离，如欲测知目标距离，则必须调频，但用调频连续波测得的目标距离远不及脉冲雷达精确；②在多目标的环境中容易混淆目标；③大多数连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开，并要求有一定的隔离度。

脉冲雷达

容易实现精确测距，而且接收回波是在发射脉冲休止期内，不存在接收天线与发射天线隔离的问题，因此绝大多数脉冲雷达的接收天线和发射天线是同一副天线。由于这些优点,脉冲雷达（图1）在各种雷达中居于主要地位。这种雷达发射的脉冲信号可以是单一载频的矩形脉冲，如普通脉冲雷达的情形;也可以是编码或调频形式的脉冲调制信号,这种信号可以增大信号带宽，并在接收机中经匹配滤波输出很窄的脉冲，从而提高雷达的测距精度和距离分辨力，这就是脉冲压缩雷达。此外，雷达发射的相邻脉冲之间的相位可以是不相干（随机）的，也可以是具有一定规律的相干信号。相干信号的频谱纯度高，能得到好的动目标显示性能。

目标定位

对地面和海面目标定位，就是测量它相对于雷达的距离和方位。对空中目标的定位则需要同时测量距离、方位和高度，这种雷达称为三坐标雷达。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因为电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束来测量。在同样窄的波束条件下，用单脉冲方法可得到比单一波束更高的测量精度（见跟踪雷达）。仰角靠窄的仰角波束测量。根据目标的仰角和距离就能通过计算得到目标高度，精确的仰角同样可用单脉冲方法获得。

发射机

它可以是一个磁控管振荡器。这是微波雷达发射机早期的方式，简单的雷达仍在沿用。现代的高性能雷达要求有相干信号和高的频率稳定度。因此就需要用晶体振荡器作为稳定频率源，并通过倍频功率放大链得到所需的相干性、稳定度和功率。放大链的末级功率放大管最常用的是功率行波管或速调管。频率低于600兆赫时，可以使用微波三极管或微波四极管。

脉冲调制器

它产生供发射机开关用的调制脉冲。它必须具有发射高频脉冲所需要的脉冲宽度，并提供开关发射管所需的调制能量。使用真空管或晶体管作为放电开关，称为刚管调制；使用氢闸流管对人工线储能作放电开关，称为软管调制。此外，也可用电磁元件作脉冲开关调制。对调制脉冲的一般要求是起边和落边较陡，脉冲顶部平坦。

收发开关

它在发射脉冲时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射脉冲结束时断开发射支路，由天线接收的回波信号经收发开关全部进入接收支路。收发开关通常由特殊的充气管组成。发射时，充气管电离打火形成短路状态，发射脉冲通过后即恢复开路状态。为了不阻塞近距离目标回波，充气管从电离短路状态到电离消除开路状态的时间极短，通常为微秒量级，对于某些雷达体制为纳秒量级。

天线

雷达要有很高的目标定向精度，这就要求天线具有窄的波束。搜索目标时，天线波束对一定的空域进行扫描。扫描可以采用机械转动方法，也可以采用电子扫描方法。大多数天线只有一个波束，但有的天线同时有几个波束。分布在天线副瓣中的能量应尽量小，低副瓣天线是抗干扰所需要的。

接收机

一般采用超外差式。在接收机的前端有一个低噪声高频放大级。放大后的载频信号和本振信号混频成中频信号。模拟式信号处理（如脉冲压缩和动目标显示等）在中频放大级进行，然后检波并将目标信号输至显示器。采用数字信号处理时，为了降低处理运算的速率,应该把信号混频至零中频；为了保持相位信息,零中频信号分解成二个互相正交的信号，分别进入不同的两条支路，然后对这两条支路作数字式处理，再将处理结果合并。

雷达，将电磁能量以定向方式发设至空间之中,藉由接收空间内存在物体所反射之电波,可以计算出该物体之方向,高度及速度.并且可以探测物体的形状，以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。

1922年美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。1924年英国阿普利顿和巴尼特通过电离层反射无线电波测量赛层的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。1931年美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达，开始让发射机发射连续波，三年后改用脉冲波1935年法国古顿研制出用磁控管产生16厘米波长的撜习窖捌鲾，可以在雾天或黑夜发现其他船只。这是雷达和平利用的开始。1936年1月英国W.瓦特在索夫克海岸架起了英国第一个雷达站。英国空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。

1937年美国第一个军舰雷达XAF试验成功。

1941年苏联最早在飞机上装备预警雷达。1943年美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，可将运动中的飞机柏摄下来，他胶发明了可同时分辨几十个目标的微波预警雷达。1947年美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。50年代中期美国装备了超距预警雷达系统，可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。

1959年美国通用电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可发跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。

1964年美国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造地球卫星或空间飞行器。1971年加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。

雷达按照用途可以分为军用雷达和民用雷达，军用雷达包括警戒雷达，制导雷达，敌我识别等；而民用雷达包括导航雷达，气象雷达，测速雷达等。

军用雷达

民用雷达

天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波（脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波（回波），探测400多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。

天气雷达

雷达一词来自英语radar,无线电波探测装置。它号称“千里眼”。看到“雷”这个字，马上会让人想到天边的雷鸣和闪电，突出了一个快字。自然，雷达这种“千里眼”的作用也就让人印象更深了。