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起源

雷達探測原理

無線電偵測和定距

雷達的出現，是由于二戰(zhàn)期間當時英國和德國交戰(zhàn)時，英國急需一種能探測空中金屬物體的雷達（技術）能在反空襲戰(zhàn)中幫助搜尋德國飛機。二戰(zhàn)期間，雷達就已經出現了地對空、空對地（搜索）轟炸、空對空（截擊）火控、敵我識別功能的雷達技術。

二戰(zhàn)以后，雷達發(fā)展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結合敵我識別的組合系統(tǒng)、結合計算機的自動火控系統(tǒng)、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標探測與跟蹤等新的雷達體制。

后來隨著微電子等各個領域科學進步，雷達技術的不斷發(fā)展，其內涵和研究內容都在不斷地拓展。目前，雷達的探測手段已經由從前的只有雷達一種探測器發(fā)展到了雷達、紅外光、紫外光、激光以及其他光學探測手段融合協(xié)作。

當代雷達的同時多功能的能力使得戰(zhàn)場指揮員在各種不同的搜索/跟蹤模式下對目標進行掃描，并對干擾誤差進行自動修正，而且大多數的控制功能是在系統(tǒng)內部完成的。

自動目標識別則可使武器系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮作用，空中預警機和JSTARS這樣的具有戰(zhàn)場敵我識別能力的綜合雷達系統(tǒng)實際上已經成為了未來戰(zhàn)場上的信息指揮中心。

技術發(fā)展的過程

早期的雷達天線是固定的、無方向的陣列，只有距離信息。天線在一定的時間間隔內發(fā)射射頻脈沖，將接收到的回波放大，并在示波器的CRT上顯示（即常稱的A顯示），產生一個與目標位置對應的水平線，供雷達操作員識別目標的大致距離。

但由于當時所用的射頻電波頻率較低，為了有效地發(fā)射和接收射頻信號，雷達系統(tǒng)需要一個很大的天線，這種天線不能遷移或者改變方向，而且只能探測到大目標，且距離信息的精度也很低。

到二戰(zhàn)結束時，雷達系統(tǒng)中那些現在熟悉的特征—微波頻率、拋物面天線和PPI顯示，已建立起來。

當代雷達的主要特點：

同時多功能

傳感器融合

高靈敏度

隱身

反隱身

雷達ECCM

自動目標識別

戰(zhàn)場敵我識別

高可靠性

二戰(zhàn)雷達站

1917年：尼古拉·特斯拉首次建立關于第一個原始的雷達的頻率和功率電平的原則，特斯拉聲稱了也是現代軍用雷達的原理。高頻交流電導致這方面的發(fā)展。特斯拉已經形成使用無線電波在距離內，以偵測對象的概念。

1922年：無線電發(fā)展者之一馬可尼提出一個新概念：在能見度極低時，可發(fā)射無線電波而憑“回聲”（實為反射波）探測船只。

1922年：美國泰勒和楊建議在兩艘軍艦上裝備高頻發(fā)射機和接收機以搜索敵艦。

1924年：英國阿普利頓和巴尼特通過電離層反射無線電波測量賽層的高度。美國布萊爾和杜夫用脈沖波來測量亥維塞層。

1931年：美國海軍研究實驗室利用拍頻原理研制雷達，開始讓發(fā)射機發(fā)射連續(xù)波，三年后改用脈沖波。

1934年：法國人埃米爾說他正在建一個雷達系統(tǒng) ??“根據特斯拉規(guī)定的原則設想”。

1935年：A.L.Samuel最早研制出多腔磁控管的模型。同年法國Gutton用磁控管產生16厘米波長，十一月29日德國人H.E. Hollmann注冊了一項更為出色的多腔磁控管專利。1939年H.A.H.布特和J.T.蘭道爾制成了完全達到實用標準的多腔磁控管，從而使得大戰(zhàn)中美國的分米級別雷達技術突飛猛進。而蘇聯(lián)卻于40年代出版的刊物上聲稱兩名蘇聯(lián)學者先于36年制成了多腔磁控管，以將它的發(fā)明歸功于自己名下（其類似的聲稱在飛機，無線電等多項榮譽中屢見不鮮），卻無法掩蓋大戰(zhàn)中蘇聯(lián)雷達與無線電技術落后，成為各交戰(zhàn)國中唯一在二戰(zhàn)時往夜間戰(zhàn)斗機上裝米波雷達國家以及其戰(zhàn)列艦在戰(zhàn)后才裝上進口的艦載雷達的事實。

雷達作為夜間和霧天的海上探測式工具開始進行和平利用。1936年1月英國W.瓦特在索夫克海岸架起了英國第一個雷達站。英國空軍又增設了五個，它們在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。

1937年：美國第一個軍艦雷達XAF試驗成功

1943年：美國麻省理工學院研制出機載雷達平面位置指示器，可將運動中的飛機柏攝下來，他膠發(fā)明了可同時分辨幾十個目標的微波預警雷達。

1947年：美國貝爾電話實驗室研制出線性調頻脈沖雷達。

50年代中期：美國裝備了超距預警雷達系統(tǒng)，可以探尋超音速飛機。不久又研制出脈沖多普勒雷達。

1959年：美國通用電器公司研制出彈道導彈預警雷達系統(tǒng)，可發(fā)跟蹤3000英里外，600英里高的導彈，預警時間為20分鐘。

1964年：美國裝置了第一個空間軌道監(jiān)視雷達，用于監(jiān)視人造衛(wèi)星或太空飛行器。

1971年：加拿大伊朱卡等3人發(fā)明全息矩陣雷達。與此同時，數字雷達技術在美國出現。

分類

按功能分類

搜索雷達

跟蹤雷達

制導雷達

炮瞄雷達

機載雷達

測高雷達

盲目著陸雷達

地形回避雷達

地形跟蹤雷達

成像雷達

氣象雷達

測速雷達

倒車雷達

按工作體制分類

圓錐掃描雷達、單脈沖雷達、無源相控陣雷達、有源相控陣雷達、脈沖壓縮雷達、頻率捷變雷達、MTI雷達、MTD雷達、PD雷達、合成孔徑雷達、噪聲雷達、沖擊雷達、雙/多基地雷達、天/地波超視距雷達等。

按工作波長分類

米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達、毫米波雷達、激光/紅外雷達......

按測量目標坐標參數分類

兩坐標雷達、三座標雷達、測速雷達、測高雷達、制導雷達等。

雷達方程

影響雷達探測距離的雷達方程其基本的公式是

其中

Pt{\displaystyle P_{t}} = 雷達的發(fā)射功率（單位瓦特W）

Gt{\displaystyle G_{t}} = 雷達天線增益（單位分貝db）

r{\displaystyle r} = 雷達到探測目標的距離（單位米M）

σ σ -->{\displaystyle \sigma } = 目標截面達截面積（單位RCS平方米）

Aeff{\displaystyle A_{eff}} = 接收天線的有效面積（單位平方米）

Pr{\displaystyle P_{r}} = 接收到的雷達功率（單位瓦特W）

其中PtGt4π π -->r2{\displaystyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}}為雷達波的功率密度（每瓦特米的平方）由雷達發(fā)射機產生。因電磁波的功率密度和距離平方成反比遞減，而這個發(fā)射出去的雷達波功率密度在照射到目體表面后的雷達反射截面RCS為符號σ σ -->{\displaystyle \sigma }（米的平方）表示，被其目標表面雷達截面積反射其中一部分。因此這兩項相乘的乘積就是到達目標后開始反射的雷達功率密度PtGt4π π -->r2σ σ -->{\displaystyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma }而雷達波在次按照原路徑從目標反射回來功率密度又一次乘平方反比遞減14π π -->r2{\displaystyle {{1} \over {4\pi r^{2}}}}，因此最后返回雷達接收天線的功率密度只剩下PtGt4π π -->r2σ σ -->14π π -->r2{\displaystyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma {{1} \over {4\pi r^{2}}}}，而這個值最后還要在乘上雷達天線的有效接收面積Aeff{\displaystyle A_{eff}}。最后才是雷達接受到的功率。因此雷達的探測距離和目標的“雷達反射截面RCS、雷達功率、天線增益、天線接收面積這四項參數的大小的乘積的四次方根成正比。而雷達的RCS取決于目標物體的幾何橫截面積大小、反射率、和方向性。

相關條目

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參考資料

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