【雷达原理】导论

一、雷达简介

雷达，英文名为（radio detection and ranging，radar），即无线电探测和测距。雷达通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波信号，进而借助一系列信号与信息处理方法，从回波信号中提取目标的距离、速度、高度、方位等有用信息。

二、雷达的发展历史

早期研究阶段

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。

军事应用阶段

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。（本土链）
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。

快速发展阶段

新世纪，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。

为了减小天线孔径、提高机动性并降低成本，雷达将由过去集中式大孔径天线向分布式小孔径雷达方向发展；从频率源、发射到接收，雷达已从模拟向数字化方向发展，提出了数字化雷达的概念。

数字化雷达在每个脉冲重复周期采用不同的信号形式，提高了抗干扰能力。

从信号处理和检测的角度，雷达将向智能化方向发展。综合利用多部雷达协同探测与雷达组网，可以提高雷达的探测能力和覆盖范围。同时，雷达将向网络化方向发展。

在雷达技术得到迅速发展的同时，由于敌我双方军事斗争的需要，雷达亦面临着生存和发展的双重挑战。

雷达面临的威胁主要有以下四个方面：

（1）隐身技术
由于采用隐身技术，使得目标的散射截面积(RCS)大幅度降低，雷达接收到的目标散射回波信号微乎其微，以至于难以发现目标。

（2）综合电子干扰(ECM)
由于快速应变的电子侦察和强烈的电子干扰，使得雷达难以正确地发现并跟踪目标。
（3）反辐射导弹(ARM)
高速反辐射导弹已成为雷达的克星，只要雷达一开机，被敌方侦察到以后，很容易利用ARM将雷达摧毁。
（4）低空突防
对具有掠地、掠海能力的低空、超低空飞机和巡航导弹，雷达一般难以发现。

三、雷达的分类及应用

根据雷达的功能及工作方式的不同，雷达有多种分类方法。

1）按作用分类

雷达按作用可分为军用和民用两大类。

军用雷达

根据其作战平台所处位置又分为地面雷达、舰载雷达、机载雷达、星载雷达、末制导雷达(弹载雷达)等。
地面雷达按其功能又包括监视雷达(警戒雷达)、跟踪雷达、火控雷达、目标引导与指示雷达等。
机载雷达包括机载预警雷达、机载火控雷达、轰炸雷达、机载气象雷达、机载空中侦察雷达、机载测高雷达等。

民用雷达

主要包括空中交通管制雷达、港口管制雷达、气象雷达、探地雷达、汽车防撞或自动驾驶雷达、道路车辆测速雷达等。

2）按信号形式分类

雷达按信号形式分为脉冲雷达和连续波雷达，以及介于两者之间的准连续波雷达。脉冲雷达又分为脉冲压缩雷达、频率捷变雷达和噪声雷达。根据信号带宽可分为窄带雷达、宽带雷达和超宽带雷达。

3）按信号处理方法分类

根据信号的相参性可分为相参雷达和非相参雷达，根据信号处理方法可分为动目标显示(MTI)雷达、动目标检测(MTD)雷达，根据技术手段可分为脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。

4）按天线波束扫描方式分类

按照天线波束扫描方式可分为机械扫描雷达、电扫描雷达，以及机械扫描与电扫描相结合的雷达。电扫描雷达包括相控阵雷达和频控阵雷达。

5）按测量的目标参数分类

按照测量的目标参数可分为测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达、测速雷达、成像雷达和敌我识别雷达等。

6）按角度跟踪方式分类

跟踪雷达按角度跟踪方式可分为单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达。

7）按工作频段分类

按照雷达工作的频段可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。

四、民用雷达行业发展前景

1、行业发展概况

随着我国经济的高速增长，民用雷达被广泛应用于汽车、气象、航空、交通、安防等各个领域，未来的市场潜力巨大，但是市场竞争也较为激烈。

民用雷达主要包括超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三大类，其中毫米波雷达占据过半市场，占比高达65.69%，为目前我国主要应用民用的雷达类型。

超声波雷达由于技术门槛低与功能的局限性，2020年至今几乎没有资本进行该领域，其发展空间有限；

雷达 类型	说明
超声波雷达	由于该雷达的技术门槛低与功能的局限性，2020年至今几乎没有资本进行该领域，其发展空间有限，逐渐变成落后产业
毫米波雷达	伴随自动驾驶的热潮，车载毫米波雷达的市场前景广阔，但市场的竞争程度也日益增长
激光雷达	该类雷达产品由于受天气的影响较大，其部分应用市场已经被毫米波雷达抢占，但其因极高的分辨率，特别适用于室内超分辨定位，随着智能家居行业的蓬勃发展，激光雷达领域的发展潜力是可期的。

2、民用雷达主要代表企业

五、雷达信号处理入门

雷达新人入门学习书籍
《雷达原理》丁鹭飞
《现代雷达系统分析与设计》陈伯孝
《雷达系统设计MATLAB仿真》Mahafza
《雷达系统分析与建模》南京电子技术研究所译

六、参考文献

[1] 雷达百度百科