雷達(dá)是什么

??雷達(dá)，Radar，Radio Detection and Ranging的英文縮寫，意為無線電探測(cè)與測(cè)距。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)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)的分類

按功能分類

??警戒雷達(dá)、引導(dǎo)雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、機(jī)載火控雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)、盲目著陸雷達(dá)、地形回避雷達(dá)、地形跟蹤雷達(dá)、成像雷達(dá)、氣象雷達(dá)等。

按工作方式分類

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

按工作波長(zhǎng)分類

??米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光/紅外雷達(dá)等。

按測(cè)量目標(biāo)坐標(biāo)參數(shù)分類：

??兩坐標(biāo)雷達(dá)、三座標(biāo)雷達(dá)、測(cè)速雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)等。

雷達(dá)的工作原理

電磁波的反射

??誰(shuí)都知道，蝙蝠白天躲在黑暗的地方，專在夜里飛出來尋找食物。然而，它為什么能夠在黑夜里飛行，而不至于撞到障礙物，例如樹林或房屋呢？幾千年來人們都說這是因?yàn)樗难劬ε鹿?，卻又能夠在黑夜里看見東西的緣故。其實(shí)，這種揣測(cè)不很正確，我們來揭開蝙蝠的這個(gè)秘密，蝙蝠的嘴里，能夠發(fā)出一種我們聽不見的聲音，這聲音每秒鐘振蕩的次數(shù)，在25000到70000之間（人類的耳朵所能夠感覺的聲音，每秒鐘振動(dòng)數(shù)約為16～20000），已經(jīng)超出人類耳朵所能感覺的范圍，所以叫做超聲波。蝙蝠的聽覺器官很特殊，它能感覺到這種超聲波。當(dāng)它在黑暗中飛行的時(shí)候，嘴里常常發(fā)出超聲波。這聲波在某一個(gè)方向遇到了障礙物，就立刻從那里方向反射回來，其中有一部分反射到蝙蝠的耳朵里，它便知道在那個(gè)方向有障礙物，于是及時(shí)躲開。它憑著經(jīng)驗(yàn)，還可以知道：回聲急，障礙物近，回聲慢，障礙物遠(yuǎn)。換句話說，它根據(jù)回聲的快慢，來判斷障礙物的位置的遠(yuǎn)近，根據(jù)回聲傳來的方向來判斷障礙物所在的方向。

??超聲波屬于機(jī)械波，其固有的反射特性，可以利用來測(cè)量距離，類似的，同為機(jī)械波的聲波、水波，乃至電磁波（包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、伽瑪射線）在特定情況下都具有反射特性，而雷達(dá)應(yīng)用的正是電磁波。

??電磁波的速度比聲波的速度要大好多倍，它的速度為30萬公里/秒。想知道這速度究竟有多大，舉個(gè)例子，電磁波在一秒鐘之內(nèi)能繞地球七圈半。另外一個(gè)有趣的例子是，若你在演播廳聽演唱，當(dāng)你聽到歌手的聲音之前，聲音已經(jīng)通過廣播電臺(tái)傳到一個(gè)相當(dāng)遠(yuǎn)的距離以外去了。一個(gè)離你一千公里遠(yuǎn)的聽眾甚至可以通過收音機(jī)比你先聽到美妙的歌聲。

電磁波的定向發(fā)射

??所謂定向發(fā)射即在一特定瞬間，用狹細(xì)的射束來發(fā)射脈沖電磁能。它有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，那就是能夠節(jié)省能量，雷達(dá)站用小的功率就能“看”得遠(yuǎn)，而且效果好，例如一個(gè)人夜里在大房間看書的時(shí)候，他并不需要用燈照亮整個(gè)大房間，只需一盞臺(tái)燈，將光照在書上，甚至支數(shù)很小的燈泡就足夠，不至于傷害眼睛了。的確，這時(shí)整個(gè)房間的其余部分都是黑暗的，但是這并不妨礙看書，相反會(huì)使我們對(duì)書看得更清楚。
　　
??雷達(dá)工作也正是如此。由于它把能量集中在不大的空間里，所以是“照射”目標(biāo)物最好的方法。
　　
??雷達(dá)的射束應(yīng)該窄到何種程度呢？射束愈狹細(xì)，集中在其中的能量就愈大，被發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的方向也就指得越正確。假設(shè)在雷達(dá)的作用所照射的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了敵人的飛機(jī)，請(qǐng)問用“針”狀的狹窄射束把雷達(dá)站所在地周圍的空間掃一遍，需要多少時(shí)間呢？同時(shí)是否能不讓敵人漏網(wǎng)？所花費(fèi)的時(shí)間，想來是很多。在這段時(shí)間中，任何飛機(jī)都能逃出雷達(dá)的搜索區(qū)域。這就是說，“針”狀射束是不適合的。射束的縮窄有著合理的極限，這種極限就在于能同等程度地滿足對(duì)雷達(dá)所提出的各種要求。對(duì)負(fù)有不同使命的雷達(dá)站來說，解決這個(gè)問題的方法也絕然不同。防空哨雷達(dá)站的射束應(yīng)該較寬，瞄準(zhǔn)大炮用的雷達(dá)站相反的要窄。在許多情況下，為了適應(yīng)雷達(dá)站特殊工作任務(wù)的需要，射束往往有著特殊的形狀。
　　
??由此看來，雷達(dá)的基本原理就是電磁波的定向發(fā)射，它在導(dǎo)體上的反射，以及首先正確地知道了電波的傳播速度。顯然，要深刻地了解和掌握雷達(dá)技術(shù)，就是必不可少的基礎(chǔ)。
　　
??通常，無線電廣播用的是中波或短波。雷達(dá)，一般工作在超短波或微波。工作在超短波波段的雷達(dá)稱為超短波雷達(dá)或米波雷達(dá)；工作在微波波段的雷達(dá)通稱為微波雷達(dá)。微波雷達(dá)有時(shí)還細(xì)分為分米波雷達(dá)、厘米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等。
　　
??那么，雷達(dá)為什么不能像廣播電臺(tái)那樣，工作在中波或者短波呢？這是由雷達(dá)工作原理決定的。千里眼是借電磁波在目標(biāo)上得到的反射才能“看”到目標(biāo)的。波的反射有一個(gè)規(guī)律：目標(biāo)越大，反射越強(qiáng)。因此，雷達(dá)所用電磁波的波長(zhǎng)越短，在飛機(jī)或?qū)椀绕渌繕?biāo)的反射會(huì)越強(qiáng)。所以，雷達(dá)必須工作在超短波或微波波段才能有效地發(fā)揮作用，探測(cè)到目標(biāo)。同時(shí)，雷達(dá)天線是雷達(dá)的一個(gè)重要組成部分，假如，雷達(dá)工作在中波波段，要實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射，就得把幾十個(gè)甚至幾百個(gè)能激起電磁波的金屬棒排起來構(gòu)成陣列天線，那將一付非常龐大的天線，這在實(shí)用中既不經(jīng)濟(jì)，也難以做到。所以雷達(dá)工作的波長(zhǎng)不能太長(zhǎng)。

雷達(dá)的基本組成

半波振子：電磁波的發(fā)生裝置

??雷達(dá)想要探測(cè)目標(biāo)，就要有電磁波。雷達(dá)中能在空間激起電磁波的工具就是振子，其實(shí)就是一根金屬棒。
　　
??電子在金屬棒中來回反彈的過程叫做電振蕩，如果反彈的過程中沒有任何阻力的話，這種反彈會(huì)一直持續(xù)下去。電子流從金屬棒的左端振蕩到右端，再由右端返回到左端，叫做振蕩一周，每秒振蕩的周數(shù)，叫做振蕩的頻率。
　　
??電子流在金屬棒上流動(dòng)的速度是極快的，它接近于光速，是不變的。因此，金屬越長(zhǎng)，電子流來回振蕩一周所需要的時(shí)間也就越長(zhǎng)，振蕩頻率也就越低了。在振蕩一周的時(shí)間內(nèi)，電子流走過的距離就是波長(zhǎng)。顯然，電子流在這段時(shí)間內(nèi)，走過的距離恰好是金屬棒長(zhǎng)度的兩倍。換句話說，金屬棒的長(zhǎng)度恰好為波長(zhǎng)的一半。所以，這種金屬棒常稱為半波振子。
　　
??半波振子上電子流的很高頻率的電振蕩，會(huì)在空間激發(fā)出頻率相同的電磁波，它以光速飛快地離開振子向四面八方飛逝而去；半波振子是雷達(dá)向空間發(fā)射電磁波的器件，它相當(dāng)于在水中攪動(dòng)著的木塊或手電筒的燈泡，起著在水中激起水波或向空間射出光波那樣的作用。因?yàn)榘氩ㄕ褡幽芟蚩臻g發(fā)射電磁波，所以有時(shí)把它稱為輻射器。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)：電磁波的能源供給裝置

??半波振子中電子流的來回振蕩會(huì)遇到阻力，要是不給它供給能量，使其克服各種阻力，這種振蕩很快就會(huì)停止下來。所以，雷達(dá)中要有一部機(jī)器，它能驅(qū)使半波振子上電子流的振蕩按照我們的需要，強(qiáng)有力地進(jìn)行，這種機(jī)器叫雷達(dá)發(fā)射機(jī)。它是半波振子的能源，相當(dāng)于手電里的電池。
　　
??雷達(dá)發(fā)射機(jī)供給半波振子以高頻率電振蕩的能量，半波振子在空間激起電磁波。一旦關(guān)斷雷達(dá)發(fā)射機(jī)，半波振子也就停止向空間發(fā)射電磁波了。所以控制發(fā)射機(jī)通斷，就可以控制向空間發(fā)射電磁波。

雷達(dá)天線：電磁波的定向發(fā)射裝置

??有了發(fā)射機(jī)和半波振子，就可以向空間發(fā)射無線電波了。但這樣發(fā)射出去的無線電波是不能用來搜索和探測(cè)目標(biāo)的。因?yàn)樗蚩臻g所有的方向都發(fā)射出無線電波。這些電波從四面八方碰到了目標(biāo)，一起反射回來，那就根本沒有辦法知道哪個(gè)目標(biāo)在哪個(gè)方向。
　　
??如何使雷達(dá)只朝一個(gè)方向發(fā)射無線電波呢？我們知道要是把手電筒燈泡周圍的罩子和反射碗都拿掉，光禿禿的小燈泡發(fā)出來的光使沒有方向性的。加上了反射碗和罩子，光就只朝一個(gè)方向射出去了，反射碗起到了集聚光波的作用。
　　
??雷達(dá)使無線電波定向發(fā)射的方法，與手電筒聚光的方法是一樣的。那就是，不讓半波振子直接向空間發(fā)射無線電波，而是讓它把無線電波先發(fā)射到一個(gè)象大鍋一樣的反射器上，從反射器反射出來的無線電波就只朝一個(gè)方向發(fā)射了。這種象大鍋一樣的反射器，叫做拋物面反射器。
　　
??反射器的大小，與無線電波的波長(zhǎng)很有關(guān)系。波長(zhǎng)短，反射器就可以做得小一點(diǎn)；波長(zhǎng)長(zhǎng)，反射器就要做得大些。否則對(duì)電波得集聚作用不好。當(dāng)然，在相同波長(zhǎng)下，反射器越大，對(duì)電波的集聚作用就越好。
　　
??把半波振子（輻射器）和大鍋樣的反射器合在一起，看作一個(gè)整體，叫做雷達(dá)天線。這種樣子的雷達(dá)天線又特地叫做拋物面天線。
　　
??對(duì)于波長(zhǎng)為10cm的微波雷達(dá)，它的半波振子長(zhǎng)是5cm，它的拋物面反射器的直徑，要達(dá)到9m左右才能使發(fā)射出去的無線電波有足夠的方向性。對(duì)于波長(zhǎng)為3m的米波雷達(dá)，它的半波振子就有1.5m長(zhǎng)。假如按比例來算的話，至少要有直徑為270m的大鍋，才能使發(fā)射出去的無線電波有足夠的方向性。這顯然是不實(shí)用的。因此，對(duì)米波雷達(dá)來說，必須另找途徑來實(shí)現(xiàn)對(duì)無線電波的定向發(fā)射。
　　
??人們經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，把幾十個(gè)甚至幾百個(gè)半波振子按照一定的規(guī)律排起隊(duì)來，也可以實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。而且半波振子數(shù)目越多，定向性就越好。
　　
??在相同定向發(fā)射性能的條件下，雷達(dá)工作波長(zhǎng)愈短，雷達(dá)天線的尺寸也就可以做的小一些。但是不能走到另一個(gè)極端，說雷達(dá)的工作波長(zhǎng)愈短愈好。波長(zhǎng)如果長(zhǎng)了有長(zhǎng)的難處；太短了也有短的弊端。波長(zhǎng)太短的無線電波在大氣中傳播時(shí)，會(huì)受到很大的損耗。因此，它傳不遠(yuǎn)。所以雷達(dá)工作的波長(zhǎng)既不能太長(zhǎng)也不能太短，它通常工作在超短波或微波波段。

雷達(dá)接收機(jī)：電磁波的接收及處理裝置

??從目標(biāo)發(fā)射回來的無線電波，在雷達(dá)天線還沒有來得及從一個(gè)方位轉(zhuǎn)到另一個(gè)方位以前，就已經(jīng)返回到它上面來了。為了要從這些反射回來的無線電波身上了解到目標(biāo)的情報(bào)（它的方位、高度、距離等），就必須要有一個(gè)象蝙蝠的耳朵那樣的東西。在雷達(dá)上，這一部分叫做雷達(dá)接收機(jī)，它是一只特別靈敏的“耳朵”。為使雷達(dá)的探測(cè)距離盡量遠(yuǎn)，雷達(dá)發(fā)射機(jī)的功率是很大的。但是從遠(yuǎn)距離目標(biāo)上反射回來的無線電波的功率，卻是極其微小的。1000Kw的無線電波發(fā)射出去，到了500km以外，碰到一架殲擊機(jī)，從它身上反射回來的無線電波的功率只是發(fā)射出去的極小的一部分。反射回來的無線電波返回到雷達(dá)天線，并進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)時(shí)，那就更小了。它的功率還不到1微微瓦。
　　
??遠(yuǎn)距離目標(biāo)反射回來的無線電波信號(hào)這么微弱，一般都要把它放大幾百萬倍以上，才能在雷達(dá)顯示器上觀察到。這個(gè)放大幾百萬倍的任務(wù)就要由雷達(dá)接收機(jī)來完成。
　　
??雷達(dá)接收機(jī)與普通的超外差式無線電收音機(jī)在原理上是完全一樣的。不同的只是它不是接收中波或短波的無線電廣播信號(hào)，而是接收從目標(biāo)反射回來的超短波或微波的雷達(dá)信號(hào)。
　　
??由于雷達(dá)的工作頻率太高，要把這么高頻率的信號(hào)直接放大幾百萬倍，是很不容易做到的。因此，在信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)后，首先要把它的頻率變化一下，也就是把它從較高的超短波或微波波段降低到一個(gè)較低的中頻頻率上，這就叫變頻。把這個(gè)頻率降低了的信號(hào)，再經(jīng)過許多級(jí)由晶體管或電子管構(gòu)成的放大器一次又一次的放大，這樣就能夠比較容易地達(dá)到放大幾百萬倍地目的了。這種經(jīng)變頻后再放大地接收機(jī)就叫做超外差式接收機(jī)。

反射電磁波接收機(jī)：雷達(dá)顯示器

??用于自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)信息的終端設(shè)備，是人－機(jī)聯(lián)系的一個(gè)接口。雷達(dá)顯示器通常以操縱員易于理解和便于操縱的雷達(dá)圖像的形式表示雷達(dá)回波所包含的信息。傳統(tǒng)的雷達(dá)圖像是接收機(jī)直接輸出的原始雷達(dá)視頻或者經(jīng)過信號(hào)處理的雷達(dá)視頻圖像。這稱為一次顯示。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)或綜合視頻顯示的雷達(dá)圖像，稱為二次顯示。一個(gè)顯示器可以同時(shí)具備這兩種顯示方式。雷達(dá)圖像可插入各種標(biāo)志信號(hào)，如距離標(biāo)志、角度標(biāo)志和選通波門等，甚至可插入或投影疊加地圖背景，作為輔助觀測(cè)手段。為了錄取目標(biāo)信號(hào)或選擇數(shù)據(jù)，雷達(dá)圖像上可插入數(shù)字式數(shù)據(jù)、標(biāo)記或符號(hào)。雷達(dá)顯示器還能綜合顯示其他雷達(dá)站或信息源來的情報(bào)并加注其他狀態(tài)和指揮命令等，作為指揮控制顯示。與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系的顯示控制臺(tái)常采用鍵盤、光筆和跟蹤球，甚至話音輸入裝置等，作為人-機(jī)對(duì)話的輸入裝置。

引自:
作者：已不再少年
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/s_lisheng/article/details/73650538
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