雷达的基本介绍及运用

电子科技大学 格拉斯哥学院 2017级 邹进益

雷达的基本介绍及运用

基本概念

雷达发明于第二次世界大战期间，用于探测飞机。雷达系统通常由发射器组成，该发射器产生由天线辐射到空间的电磁信号。当此信号撞击任何物体时，它会在多个方向上被反射或重新辐射。该反射或回波信号由雷达天线接收，雷达天线将其传送到接收器，在那里对其进行处理以确定物体的地理统计。该范围通过计算信号从雷达传到目标并返回所花费的时间来确定。目标的位置是从最大振幅回波信号的方向，天线指向的角度测量的。物体的速度通过应用多普勒原理测量：如果物体接近雷达单元，返回信号的频率大于发送信号的频率; 如果物体从雷达单元后退，则返回的频率较小; 如果物体没有相对于雷达单元移动，则返回信号将具有与发射信号相同的频率。

基本雷达系统

• 发射器（transmitter)：它可以是功率放大器，如速调管，行波管或像磁控管那样的功率振荡器。首先使用波形发生器生成信号，然后在功率放大器中放大。
• 波导(waveguides)：波导是用于传输RADAR信号的传输线。
• 天线(antenna)：使用的天线可以是抛物面反射器，平面阵列或电子控制相控阵。
• 双工器(duplexer)：双工器允许天线用作发射器或接收器。它可能是一种气体设备，当发射机工作时会在接收机的输入端产生短路。
• 接收器(receiver)：它可以是超外差接收器或由处理器组成的任何其他接收器，用于处理信号并检测信号。
• 阈值决策(threshold decision)：将接收器的输出与阈值进行比较，以检测是否存在任何物体。如果输出低于任何阈值，则假定存在噪声。

雷达的应用

• 飞机上的运用

由雷达保护的信息包括物体相对于雷达单元的位置和速度。在一些先进系统中，还可以确定物体的形状。商用客机配备雷达设备，可以警告路径中的障碍物或接近其路径，并提供准确的高度读数。飞机可以在配备有雷达辅助地面控制进近（GCA）系统的机场着陆，其中飞机的飞行在雷达屏幕上观察，而操作员无线电登陆飞行员。例：1960年开发的一种用于遥控飞机引导和着陆的地面雷达系统。

• 天气预测上的运用

雷达发射器以圆形图案向外发射无线电波脉冲。降水将这些无线电波散射，将一些能量发送回发射点，雷达的接收器将探测到这些能量，该接收信号的强度称为雷达回波，表示降水强度。测量无线电波离开雷达和返回所需的时间告诉我们风暴的距离。雷达指向的方向定位了风暴。
多普勒雷达可以测量沉淀区域中降水粒子以及风的速度。如果降水粒子向雷达方向移动，多普勒雷达接收器会接收到更高频率的波，反之，如果粒子向相反方向移动则接收的频率更低。这让多普勒雷达可以识别严重雷暴内的详细风结构。例如，如果粒子以一个小距离向多边形雷达移动然后远离多普勒雷达切换，则可能会出现龙卷风。
国家气象局目前正在用双极化雷达取代其旧雷达，以改善对风暴系统内部的观测。无线电波是电磁波，因此具有彼此垂直取向的电场和磁场。这些振荡的方向称为极化。

军事方面的运用

雷达是一种非常宝贵的军事工具，用于定位威胁和目标，并提供对手位置和方向的高级警告。雷达系统的基本操作包括向预期目标的位置发射高频信号（通常是脉冲信号）并接收从所述目标反射的信号。通过对这些雷达返回执行信号处理，可以提取关于目标，其位置和速度的信息。
军事用途曾经是雷达技术的唯一应用，但时代已经发生变化。雷达技术现在可用于许多商业，工业，医疗，天气以及汽车系统。但是雷达应用仍然在军事上运用最广，军用雷达系统可以运用在陆地，海上和空中，包括地面监视，导弹控制，火力控制，空中交通管制，移动目标指示，武器定位和车辆搜索。
由于在第二次世界大战期间正在开发陆基雷达系统以支持美国军队，美国海军研究实验室开发了用于海上应用的雷达系统，包括机载潜艇。对于这种用途，潜艇将靠近水面水平，使雷达天线能够升到海水表面以上，以发射信号以搜寻敌方飞机。
现代地面雷达系统可由人员和车辆运输，其中一些系统 例如AN / PPS-5A / B地面监视雷达系统已投入使用数十年，它被认为是一种便携式雷达系统，它被包装在防水外壳中，用于通过降落伞降落到步兵的位置。随着新技术的出现，老式军用雷达系统，无论是地面，海上或航空电子设备，都在不断升级。与其中电磁波通过空气传播以击中目标的传统雷达系统相比，地面穿透雷达系统在撞击感兴趣的目标之前传播通过不同的介质。地面穿透雷达通常在相对较低的发射功率水平下工作在约300至3000MHz。不同的三维散射图案将由不同的目标形状在不同的土壤中形成。
在空中，战术侦察和反隐蔽雷达系统通过合成孔径雷达（SAR）技术为可疑行动提供有效的长期监视。SAR的基本原理是使用来自多个雷达回波的数据来形成由单个大孔径天线产生的等效图像。来自返回的雷达信号的时间延迟信息也被转换为空间维信息，以产生关于目标的附加细节。