雷达







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雷達天線


雷达（RADAR），是英文「Radio Detection and Ranging」（無線電偵測和定距）的縮寫及音譯。將電磁能量以定向方式發射至空間之中，藉由接收空間內存在物體所反射之電波，可以計算出該物體之方向，高度及速度，并且可以探测物体的形状。




目录






  • 1 起源


  • 2 技術發展的過程


  • 3 分类


    • 3.1 按功能分类


    • 3.2 按工作体制分类


    • 3.3 按工作波长分类


    • 3.4 按测量目标坐标参数分类




  • 4 雷達方程


  • 5 相關條目


  • 6 參考資料


  • 7 外部連結





起源




雷達探測原理




無線電偵測和定距


雷達的出現，是由於二戰期間當時英國和德國交戰時，英國急需一種能探測空中金屬物體的雷達（技術）能在反空襲戰中幫助搜尋德國飛機。二戰期間，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。


二戰以後，雷達發展了單脈衝角度跟蹤、脈衝多普勒信號處理、合成孔徑和脈衝壓縮的高分辨率、結合敵我識別的組合系統、結合計算機的自動火控系統、地形迴避和地形跟隨、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。


後來隨著微電子等各個領域科學進步，雷達技術的不斷發展，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作。


當代雷達的同時多功能的能力使得戰場指揮員在各種不同的搜索/跟蹤模式下對目標進行掃瞄，並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內部完成的。


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



技術發展的過程


Radar2.gif

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射射頻脈衝，將接收到的回波放大，並在示波器的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。


但由於當時所用的射頻電波頻率較低，為了有效地發射和接收射頻信號，雷達系統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。


到二戰結束時，雷達系統中那些現在熟悉的特徵—微波頻率、拋物面天線和平面位置指示器（英语：Plan position indicator）顯示，已建立起來。


當代雷達的主要特點：



  1. 同時多功能

  2. 傳感器融合

  3. 高靈敏度

  4. 隱身

  5. 反隱身

  6. 雷達ECCM

  7. 自動目標識別

  8. 戰場敵我識別

  9. 高可靠性




二戰雷達站



  • 1917年：尼古拉·特斯拉首次建立關於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：無線電發展者之一馬可尼提出一個新概念：在能見度極低時，可發射無線電波而憑「回聲」（實為反射波）探測船隻。

  • 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。

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

  • 1935年：A.L.Samuel最早研制出多腔磁控管的模型。同年法国Gutton用磁控管产生16厘米波长，十一月29日德国人H.E. Hollmann注册了一项更为出色的多腔磁控管专利。1939年H.A.H.布特和J.T.兰道尔制成了完全达到实用标准的多腔磁控管，从而使得大战中美国的分米级别雷达技术突飞猛进。而苏联却于40年代出版的刊物上声称两名苏联学者先于36年制成了多腔磁控管，以将它的发明归功于自己名下（其类似的声称在飞机，无线电等多项荣誉中屡见不鲜），却无法掩盖大战中苏联雷达与无线电技术落后，成为各交战国中唯一在二战时往夜间战斗机上装米波雷达国家以及其战列舰在战后才装上进口的舰载雷达的事实。

  • 雷达作为夜间和雾天的海上探测式工具开始进行和平利用。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

  • 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，用于监视人造卫星或太空飞行器。

  • 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。



分类


主条目：雷達配置和類型


按功能分类



  • 搜索雷达


    • 预警雷达
      • 超地平线雷达


    • 面搜索雷达
      • 导航雷达


    • 海岸监控雷达

    • 港口监控雷达

    • 反潜雷达

    • 目标截获雷达



  • 跟踪雷达

  • 制导雷达

  • 炮瞄雷达


  • 机载雷达

    • 1代雷达测距仪（F-86）

    • 2代单脉冲（米格-21，幻影-3）

    • 2.5代倒卡PD（米格23）/连续波（F-4）

    • 3代平板缝隙阵列/多普勒/IRS）（三代机）

    • 3.5代PESA（阵风/苏-35）

    • 4代AESA/EODAS/EOTS（F-22）



  • 测高雷达

  • 盲目着陆雷达

  • 地形回避雷达

  • 地形跟踪雷达

  • 成像雷达

  • 气象雷达

  • 测速雷达

  • 倒车雷达



按工作体制分类


圆锥扫描雷达、单脉冲雷达、无源相控阵雷达、有源相控阵雷达、脉冲压缩雷达、频率捷变雷达、MTI雷达、MTD雷达、PD雷达、合成孔径雷达、噪声雷达、冲击雷达、双/多基地雷达、天/地波超视距雷达等。



按工作波长分类


米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达、激光/红外雷达......



按测量目标坐标参数分类


两坐标雷达、三座标雷达、测速雷达、测高雷达、制导雷达等。



雷達方程


影響雷達探測距離的雷達方程其基本的公式是


Pr=PtGt4πr2σ14πr2Aeff{displaystyle P_{r}={{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma {{1} over {4pi r^{2}}}A_{eff}}P_{r}={{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma {{1} over {4pi r^{2}}}A_{{eff}}

其中




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


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


  • r{displaystyle r}r = 雷達到探測目標的距離（單位公尺M）


  • σ{displaystyle sigma }sigma = 目標的雷達截面積（單位RCS平方米）


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


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


其中PtGt4πr2{displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}}{{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}為雷達波的功率密度（每瓦特米的平方）由雷達發射機產生。因電磁波的功率密度和距離平方成反比遞減，而這個發射出去的雷達波功率密度在照射到目體表面後的雷達反射截面RCS為符號σ{displaystyle sigma }sigma （米的平方）表示，被其目標表面雷達截面積反射其中一部份。因此這兩項相乘的乘積就是到達目標後開始反射的雷達功率密度PtGt4πr2σ{displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma }{{P_{t}G_{t}} over {4pi 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14πr2{displaystyle {{1} over {4pi r^{2}}}}{{1} over {4pi r^{2}}}，因此最後返回雷達接收天線的功率密度只剩下PtGt4πr2σ14πr2{displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma {{1} over {4pi r^{2}}}}{{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma {{1} over {4pi r^{2}}}，而這個值最後還要在乘上雷達天線的有效接收面積Aeff{displaystyle A_{eff}}A_{{eff}}。最後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取決於目標物體的幾何橫截面積大小、反射率、和方向性。



相關條目



  • 電子掃描陣列雷達

  • 都卜勒雷達

  • 合成孔徑雷達

  • 空中預警機

  • 長程預警雷達


  • 俄羅斯啄木鳥（超視距雷達）



參考資料





外部連結



  • "The Great Detective", 1946. Story of the development of radar by the Chrysler Corporation

  • Christian Hülsmeyer and the early days of radar

  • Radar: The Canadian History of Radar - Canadian War Museum

  • Radar technology principles

  • Ultrasonic Generator

  • History of radar

  • Radar invisibility with metamaterials

  • Radar Research Center-Italy

  • Early radar development in the UK

  • Principles of radar target acquisition and weapon guidance systems


  • Cloaking and radar invisibility[永久失效連結]

  • The Secrets of Radar Museum

  • 84th Radar Evaluation Squadron

  • Radar

  • EKCO WW II ASV radar units

  • RAF Air Defence Radar Museum





规范控制


  • AAT: 300235030

  • GND: 4176765-2



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