关于雷达的认识与理解
关于雷达的认识与理解
电子科技大学 格拉斯哥学院 2017级王子建 2017200505027
一、雷达发展
1842年，奥地利物理学家多普勒(Christian Andreas Doppler)率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。
1864年，英国物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)推导出可计算电磁波特性的公式。
1886年，德国物理学家赫兹(Heinerich Hertz)展开研究无线电波的一系列实验。
1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。
1897年汤姆逊(JJ Thomson)展开对真空管内阴极射线的研究。
1904年侯斯美尔(Christian Hülsmeyer)发明电动镜(telemobiloscope)，是利用无线电波回声探测的装置，可防止海上船舶相撞。
1906年德弗瑞斯特(De Forest Lee)发明真空三极管，是世界上第一种可移动雷达放大信号的主动电子元件。
1916年马可尼( Marconi)和富兰克林(Franklin)开始研究短波信号反射。
1917年罗伯特·沃特森·瓦特(Robert
Watson-Watt)成功设计雷暴定位装置。
1922年马可尼在美国电气及无线电工程师学会(American Institutes of
Electrical and Radio Engineers)发表演说，题目是可防止船只相撞的平面角雷达。
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 (ionosphere)的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。
1925年贝尔德(John L. Baird)发明机动式电视(现代电视的前身)。
1925年伯烈特(Gregory Breit)与杜武(Merle Antony Tuve)合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。
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厘米波长的信号，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。
1935年英国罗伯特·沃特森·瓦特发明第一台实用雷达
1936年1月英国罗伯特·沃特森·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年马可尼公司替英国加建20个链向雷达站。
1937年美国第一个军舰雷达XAF试验成功。
1937年瓦里安兄弟(Russell and Sigurd Varian)研制成高功率微波振荡器，又称速调管(klystron)。
1939年布特(Henry Boot)与兰特尔(John T. Randall)发明电子管，又称共振穴磁控管(resonant-cavity
magnetron )。
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，预警雷达。
1944年马可尼公司成功设计、开发并生产「布袋式」(Bagful)系统，以及「地毡式」(Carpet)雷达干扰系统。前者用来截取德国的无线电通讯，而后者则用来装备英国皇家空军(RAF)的轰炸机队。
1945年二次大战结束后，全凭装有特别设计的真空管──磁控管的雷达，盟军得以打败德国。
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。
1993年美国曼彻斯特市德雷尔·麦吉尔发明了多塔查克超智能雷达。
二、雷达分类
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按照定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达
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按装设地点可分为：
星载雷达：合成孔径雷达、预警雷达
陆基雷达：机动弹道导弹预警雷达
星载雷达：合成孔径雷达、预警雷达
陆基雷达：机动弹道导弹预警雷达
舰载雷达：警戒雷达、制导雷达、炮瞄雷达、鱼雷攻击雷达、航海雷达、舰载机引导雷达、着舰雷达
机载雷达: -
按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达
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按工作波长波段可分为：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达
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按用途可分为：目标探测雷达、侦查雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等
三、具体几种印象最深刻的雷达
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自适应雷达
自适应雷达是应用自适应技术所创造出的雷达。能自动改变雷达参数以适应不断变化的目标环境，实时地实现雷达性能最优化的雷达技术。通常采用相控阵天线，控制和信号处理采用数字电路，发射机采用主振放大链形式等，使自身参数具有迅速应变的能力。所谓自适应技术，便是能根据输入来自我调节自己的参数，以满足某种最佳准侧的技术。
通常，我们所使用的常见最佳准则包括：
（1）最小均方误差准则（输出信号与期望信号之差的均方值最小）
（2）最大输出信噪比准则
（3）最小二乘准则
（4）统计检测准则（最大似然等）
（5）其他准则，如ZF（破零）等
随着电子对抗技术的发展，雷达目标所处环境愈加恶劣，自适应技术在雷达抗干扰中的作用将更为突出。雷达自适应反干扰系统将能自动测定干扰特性，分析出干扰的主要方式，自动采取最佳抗干扰方案，并随干扰方式变化采取相应对抗措施，使在复杂环境中的雷达工作性能与干扰环境中的目标信号相匹配，以获得最好的抗干扰效果。
2.相控阵雷达
2.1、简介
相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达。相控阵雷达的天线阵面由许多个辐射和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的性能有关，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。每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束。相控阵雷达从根本上解决了传统机械扫描雷达的种种先天问题，在相同的孔径与操作波长下，相控阵的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性、电子对抗能力等都远优于传统达，相对而言则付出了更加昂贵、技术要求更高、功率消耗与冷却需求更大等代价。它具有能对付多目标，功能多，机动性强，反应时间短，数据率高，抗干扰能力强，可靠性高等特点。不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能，从而，大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。
2.2、阵列天线接收信号模型
阵元等间距d，远场信号平面入射θ
阵元1相对阵元0波程差 dsinθ
阵元m相对阵元0波程差 mdsinθ
电磁波信号传播时延为 τ=dsinθ/c=mτ
c为光速
M阵元均匀线阵为复数形式（复包络）
s(t)=u(t)复基带信号，含传输信息
ω是载波角频率，u(t) φ(t)是幅度和相位
阵元0接收信号为
阵元m接收信号为
s(t)是窄带即慢变化
，m=0,1…,M-1
可得
或者
定义空间相位 
（f是入射信号载波频率，λ是波长）
四、结语:
军事需求、技术发展以及经济性是雷达技术发展的动力,从其发展历程上来看只有有了理论突破才有雷达的大发展。随着微波技术的应用,电子学、电子元器件、线路数字化和电路集成化的发展,动目标显示技术、脉冲多普勒技术(Pulse Doppler t、Technique)的发展,模糊图理论(Fuzzy Graph Theory)、统计检测理论、匹配滤波器以及大功率调速管放大器的应用,出现了许多新体制的雷达,推动了雷达系统的快速发展,但随着雷达的研发成本的大幅提高,经济性问题也越来越突出。在这样的背景下,以明确的目标需求为牵引,积极大胆、采用新技术,研制出成本低、性能优越、可靠性能高的雷达系统成为雷达发展的一个趋势。其中模块化、数字化、软件化设计,具备可扩充、可重构、可升级能力,高速大容量数据传输与处理以及高集成、低成本将成为雷达的重要发展方向之一。
同时由于雷达的重要作用,它也必将依旧是对抗双方的首要打击对象。雷达的“四抗”,即侦查—反侦察、隐蔽—反隐蔽、摧毁—反摧毁、干扰—反干扰,是现代雷达的重要发展趋势。雷达存在的电子干扰和抗电子干扰措施,雷达信号的截获与隐蔽,雷达向武器系统提供攻击目标与防止被摧毁而提高其在战场中的生存能力等都是矛盾的两方面。随着电子技术的迅速发展,雷达将在这样的矛盾中不断发展。
另外,与其他传感器综合、融合是雷达系统的发展趋势。雷达与激光、红外线、光学、声学传感器的组合可以增强其探测能力,增强其隐蔽性能和抗干扰能力。
从整体来看,经过几十年的发展,雷达系统出现了许多新体制,如脉冲压缩雷达、合成孔径雷达、毫米波雷达、全相参雷达、相控阵雷达、超视距雷达、三坐标雷达、双/多基地雷达和单脉冲雷达等。而在雷达发展中应用了许多新技术,如脉冲多普勒技术、低截获概率技术、多传感器融合技术、自动检测和跟踪技术、信号处理新技术和提高可靠性的新技术等。如数字阵列技术应用于雷达可以解决电子战领域的诸多问题,如高灵敏度截获,宽空域覆盖,电磁兼容性好,适应复杂电磁环境能力强,情报质量高,多目标干扰能力强等优势。
随着科学技术的不断发展,新世纪的雷达系统会得到更多的技术支持,得到更好的发展。相控阵雷达、毫米波雷达、合成孔径雷达、双/多基地雷达等将是主要发展的体制,共形阵天线和敏感蒙皮会迅速发展并得到应用,雷达的组网技术、多传感器的综合化融合技术将是发展方向。通过“三化”(通用化、系列化和模块化)技术设计,不断提高雷达的可靠性、维修性等,也是雷达系统发展的主题。