雷达导论PART I.1 2020-1-18

大家好！上一期讲到本系列的文章将以《机载雷达导论》（第三版）带领大家入门雷达领域，上一期主要对此书的主体层次结构进行了解读和翻译，不知道大家有没有找到第二版中文的书籍或第三版的英文原本。话不多说，正式开始。

首先我们看一下第一篇，第一篇共50页内容，分为3章，如下图所示，分别是基本概念、实现方法、典型应用。

本期内容介绍第一章—基本概念，先看下第一章的层次结构，如下图所示。

1.    基本概念

1.1  回波

1.2  无线电探测

1.3  测定目标位置

       1.3.1       测量距离

       1.3.2       测量方位

       1.3.3       自动跟踪

1.4  多普勒效应

1.5  成像

       1.5.1  SAR（合成孔径雷达）成像

1.6  总结

这几个二级标题很有意思，大家都知道汉语的“雷达”这个词是音译词，由英语的RADAR翻译过来，然而RADAR这个单词也是20世纪新造的，它其实是4个单词的缩写，即radio detection and ranging。1.2节和1.3节的名称合起来其实就是解释了RADAR的含义。大家注意range用了ing的形式，这里range是个动词，大家要广义上来理解它，不能仅仅理解为是测距，它其实涵盖了1.3节的所有内容。世界上有很多公司和研究所都用radio（无线电） xxx来取名字，现在再看到这个词的时候你就应当明白这家公司/研究所是搞雷达的，而不是做收音机的。1.2到1.4节建议好好读一遍，这里面已经讲明了雷达最最基本的原理，并且解释了几个专业词汇。

在第一章末，作者给出了扩展阅读的文献，我贴在这里。作者不仅给出了技术背景类的文献，还给出了历史背景类的文献，值得国内的作者学习。

读完第一章，作者提了几个问题，这几个问题包括上面的扩展阅读都是第三版新增的，问题如下：

每章的问题原书作者只为计算题给出了答案，例如只有上图中第3题的答案，并且没有详细的计算过程，其他问题均没有给出答案。所以这里我为这些问题一一作答。

1. 构成雷达系统的五大要素是什么？

答：如下图所示。分别是发射机、接收机、发射天线、接收天线、显示器。

 

2. PRF和PRI的含义是什么，它们之间有什么关系？

答：PRF—pulse repetition frequency，脉冲重复频率；

PRI—pulse repetition interval，脉冲重复间隔，下图中的T就是PRI。

PRF=1/PRI。

 

3. 设雷达探测到一个目标的往返时间为666微秒，求目标距离雷达有多远？（c为光速）

答：目标距离

 

 

4. 什么情况下使用边扫描边跟踪模式，什么情况下使用单目标跟踪模式？

答：1）需要持续对多个目标进行持续跟踪时，使用边扫描边跟踪模式，如图1-16所示，就是边扫描边跟踪模式的一种典型应用情况，机载雷达的波束从左到右周期重复的扫，前方有多个目标，需要连续快速发射多枚导弹，这时候就要使用边扫描边跟踪模式。

2）需要精确预测目标的航向，得到目标的航迹时，使用单目标跟踪模式。下图中飞机正在进行空中加油，飞机要飞到加油机旁边的时候就要对加油机开启单目标跟踪模式。另外导弹在末制导阶段，为了精确制导，其弹载雷达也是单目标跟踪模式。

另外，现代雷达大部分都是电扫雷达，很灵活，一部雷达既可以使用边扫描边跟踪模式，也可以使用单目标跟踪模式。旧式的机扫雷达则很难做到这一点。

 

5. 列举3种可以用于提高跟踪雷达系统角精度的技术。

答：1）圆锥扫描。天线波束中心轴围绕定向轴（瞄准线）做小范围的圆锥扫描，如果目标在瞄准线上则误差为0，如果目标偏离瞄准线，则回波的幅度将成起伏变化，形成幅度调制，回波幅度最小值的点即为误差方向，驱动天线波束往这个方向移动即可实现较高精度的跟踪。这种技术目前只有很老的雷达才用了。

2）比幅单脉冲

3）比相单脉冲

上图为比相单脉冲的基本原理，后面的章节还会有详细介绍，这里就不展开说了。这3种技术都是很经典的方法，后两种技术目前还有很多雷达在用，当然还有几种先进的技术，后面再说。

 

6. 多普勒频率（或径向速度）是如何被雷达系统测量的？

答：首先明确一点，雷达波的传播速度是光速，而目标与雷达的相对速度远小于光速，所以多普勒频移动非常小，仅仅表现为回波中脉冲间的相位移动。多普勒频率就是通过测量脉冲间的相位变化间接地测量出来的。具体的方法后面的章节会有详细的介绍。

 

7. 在雷达成像的过程中，可以用于产生高横向分辨率的技术是什么？

答：首先，纵向分辨率主要由脉宽决定，横向分辨率由主要波束宽度决定。通过脉冲压缩等技术可以提高纵向分辨率。通过提供雷达的工作频率或加大天线有效口径可以改进横向分辨率。

然而工作频率越大，雷达波在空气中传播的衰减越大，口径也受雷达的载体和成本所限制。所以实际中行之有效的方法是使用SAR（synthetic aperture radar，合成孔径雷达），从名称就可以看出，其实是变相地加大了天线的有效口径。下图是聚束SAR的原理图，SAR会在后面有专门一篇来介绍。

 

       本次的主要更新内容就到这里了，附一张聚束SAR成出的图像（图1-31），相信没见过的朋友一定好奇雷达成出的像是什么样的。

 

英国巨石阵

下图是谷歌地球上找到卫星图（光学图），大家可以对照着看看。