关于雷达初步学习的调查研究

◆电子科技大学格拉斯哥学院2017级朱练达（2017200503023）

【摘要】在雷达距离我们生活越来越近的今天，对雷达的学习已经逐渐提上了人们的日程。本文介绍了雷达的基础知识，包含了雷达的概念解释，起源，作用，以及纷繁的雷达种类，并简单介绍了常见的两种雷达的内部坐标建系。并以脉冲雷达为例，介绍了雷达如何工作。

【关键词】雷达，诞生，作用，种类，原理

雷达，radar（Radio Detection and Ranging）的英译，直译为无线电探测与测距。因此，早期雷达就是一种无线电探测和测距的装置。而随着雷达技术不断发展，其外延不断推展，如今我们是这样描述雷达——雷达是利用无线电方法发现目标，并测量目标参数的电子设备。通过老师展示的雷达和其他设备获取的图片的对比，雷达的优势很清晰的展现出来。由于雷达通过无线电波来探测目标，故不受云，雾，雨的阻挡，无论白天还是黑夜都能探测到很远的目标，简单概括，雷达具有全天候，全天时，穿透性等显著优点。雷达是现代军事信息系统的核心，可以实现精准打击，获取远距离的情报信息，且更大的发挥武器系统作战效能。在现代军事对抗中，处处可看到雷达的身影。不仅如此，各种各样大大小小的民用雷达，呈现百花齐放的姿态，倒车雷达，警用测速雷达，气象雷达。同时，世界不少国家都发展了太空中的星载合成孔径雷达。合成孔径雷达可以对海情，溢油，洪涝灾害包括山体滑坡等进行实时监测。雷达是推动世界历史的一项重大发明。

雷达的诞生历经了许多年。早在19世纪中叶，多普勒，麦克斯韦，赫兹，就在无线电理论研究和应用领域做出卓越贡献。他们完成了一系列重要的实验，为雷达诞生奠定了坚实的基础。20世纪初，侯斯梅尔，马可尼，沃森瓦特，先后从不同角度验证了利用无线电波探测目标的可行性，并且制造出了船用防撞雷达，从而避免了像泰坦尼克号这样悲剧的再次发生，率先实现了雷达的和平应用。现在人们通常认为，世界上最早投入的军事雷达是由英国研制，在这中沃森瓦特起了关键性作用。担任英国国家物理实验室无线电研究室主任的沃森瓦特，受英国军方的委托开始研究如何利用无线电波探测空中飞机。他充分利用前期已有的研究成果，时隔仅仅一个月，也就是在1935年2月，就迅速研制出对空警戒雷达的实验装置，成功的探测到16千米之外的飞机。他利用BBC广播电台作发射机，相隔一段距离设置另一个接收机，雷达辐射信号照射空中的目标，在显示器上显示目标的回波。1936年，探测距离达到了120km。1938年，英国利用沃森瓦特研发的雷达组建了世界上最早的防空雷达预警网。1939年，在第二次世界大战爆发的时候，英国已经在东海岸建成了世界最早的雷达网。在著名的不列颠战役中，英国正是凭借本土链这张雷达网，以少战多打赢了这场战争。这为反法西斯做出重大贡献。

雷达的作用，即发现目标，并且测量出目标的参数。参数大致可分为三类，空间位置，速度参数，以及与目标相关的其他信息。其中速度参数主要是指目标在空间中的飞行速度，而与目标相关的其他信息则是指雷达除了能够获得位置和速度参数之外，有些雷达还能获得有关目标的敌我信息，目标的类型，甚至目标尺寸。尤其对现代高分辨率雷达，我们还能从雷达图像上获得到目标的电磁散射信息。

雷达的种类繁多，分类的方法也非常复杂。一般为军用雷达。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、机载雷达、无线电测高雷达、雷达引信、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。按照雷达信号形式分类，有脉冲雷达、连续波雷达、脉部压缩雷达和频率捷变雷达等。按照角跟踪方式分类，有单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。按照目标测量的参数分类，有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识对雷达、多站雷达等。按照雷达采用的技术和信号处理的方式有相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。.按照天线扫描方式分类，分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。按雷达频段分，可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。其中，相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达相控阵技术，早在30年代后期就已经出现。1937年，美国首先开始这项研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部实用型舰载相控阵雷达。80年代，相控阵雷达由于具有很多独特的优点，得到了更进一步的应用。在已装备和正在研制的新一代中、远程防空导弹武器系统中多采用多功能相控阵雷达，它已成为第三代中、远程防空导弹武器系统的一个重要标志。从而，大大提高了防空导弹武器系统的作战性能。在21世纪，相控阵雷达随着科技的不断发展和现代战争兵器的特点，其制造和研究将会更上一层楼。

而雷达如何确定目标空间中的位置参数。其实是因为雷达有两种常用测量坐标系统，一种是极坐标测量系统，也称为球坐标。另外一种就是圆柱坐标系统。在极坐标测量系统下，雷达通常是以地平面当作参考平面，也就是我们所说的水平面。以雷达所在地为坐标原点，以正北方向为水平面测角的方位基准，这样空间中任意一个目标P，他的位置有三个坐标参数所决定，斜距R（雷达到目标之间连线的长度），方位角α（斜距在水平面的投影线与正北方向顺时针旋转的角度），高低角β（又称仰角，倾角。是目标连线在水平面的投影线与其在垂直平面所形成的夹角）。而圆柱坐标系统，也有三个坐标参数确认他的位置。垂直高度H（目标到地面铅锤投影线PB的长度），水平距离D（雷达到目标之间连线的投影），方位角。大部分地面雷达采用极坐标测量系统。综上所述，雷达的作用简化看成发现目标并测量目标的距离，角度和速度。

雷达的基本工作原理，以脉冲雷达为例，它的结构包括了发射机，接收机，显示器，天线的收发转换开关以及天线。雷达在工作的时候，首先由发射机产生电磁脉冲，再经过收发转换开关送往天线，最后由天线定向辐射到大气空间中去。如果在传输过程当中没有碰到目标，雷达辐射的电磁波就会一去不复返，接收机中就不会有目标回波信号。那么我们在雷达显示器上，也就看不到有关目标的回波，而只能看到由于接收机的内部噪声所形成的杂乱起伏的图像。如果雷达辐射的电磁波在传输过程当中照射到了目标，那么目标就会截获一部分雷达辐射信号，并且把截获的电磁波重新四面八方辐射出去。我们把这种现象称作散射。其中就会有一部分散射波返回雷达天线，被雷达天线收集，在经过收发开关送往雷达接收机。在雷达的接收机中形成有关目标的回波。经过接收机的处理以后，吧结果送到显示器显示出来，这个时候，我们就在显示器的荧光屏上，看到目标的回波了。因此，雷达就是利用电磁波空间传播特性和目标对电磁波的散射现象，通过检测接收机中有无目标回拨信号发现目标。因为雷达天线辐射的电磁波是以光速，匀速直线传播照射目标。信号存在滞后性，通过时间，我们可以计算目标与雷达的间距。