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2.2 雷达 |
雷达的概念形成于20世纪初，是英文“Radar”的音译，源于“Radio Detection and Ranging”的缩写，意思为“无线电探测和测距”，是利用微波波段电磁波散射来发现，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其他情报的装置，其测试原理如图2-1所示。
图2-1 雷达测试原理
微波是指频率为300~3000GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在0.1mm～1m之间的电磁波。如图2-2所示，微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等，微波就会被吸收而使它们自身发热。而对于金属类，微波则会被反射。
图2-2 电磁波频率及其特性（一）
电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场。从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波，且温度越高，放出的电磁波波长就越短，如图2-3所示。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。
图2-3 电磁波频率及其特性（二）
雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。如图2-4所示，雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间的某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体与雷达之间的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。
图2-4 雷达的工作原理
现如今，雷达技术已经日趋成熟且种类繁多、功能各异。随着新技术的发展和应用，雷达衍生出了各种形式。由于雷达种类增多，分类方法逐渐变得复杂，通常按照定位方法、装设地点、辐射种类、工作频段和用途使用等进行分类。
1）有源雷达。有源雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自己产生和接收电磁波。
2）无源相控阵雷达。无源雷达是使用统一的发射机和接收机，外加具有相位控制能力的相控阵天线而成，天线本身不能产生雷达波。
图2-5所示为有源雷达和无源雷达。
图2-5 有源雷达和无源雷达
1）地面雷达。地面雷达是指部署在地面的雷达，对来袭目标进行监视、跟踪和识别。
2）舰载雷达。舰载雷达是装备在船舶上的各种雷达的总称，它们可探测和跟踪海面、空中目标，为武器系统提供目标数据，引导舰载机飞行和着舰，躲避海上障碍物，保障舰艇安全航行和战术机动等。
3）航空雷达。航空雷达是指装在航空飞机上的各种雷达的总称，主要用于控制和制导武器，实施空中警戒、侦察，保障准确航行和飞行安全。
4）卫星雷达。卫星雷达是把雷达安装在卫星上，通常用来探测云雾笼罩着的目标和雪下隐藏的物体。
1）脉冲雷达。脉冲雷达发射的是周期性的高频脉冲。
2）连续波雷达。连续波雷达发射的是连续波信号，按发射信号的形式分，有非调制单频或多频连续波雷达和调频连续波雷达。
3）脉部压缩雷达。脉部压缩雷达是指发射宽脉冲信号，接收和处理回波后输出窄脉冲的雷达。为获得脉冲压缩的效果，发射的宽脉冲采取编码形式，并在接收机中经过匹配滤波器内的处理，其工作原理如图2-6所示。
图2-6 脉部压缩雷达的工作原理
4）频率捷变雷达。频率捷变雷达是指发射的相邻脉冲的载频在一定频带内随机快速改变的脉冲雷达。
1）米波雷达。频段为30～300MHz，波长为1～10m的雷达，属于长波雷达，它带有自己的发射机，主要用于长距离探测。
2）分米波雷达。分米波雷达是指工作波长为10cm～1m、频段为300～3000MHz的雷达。
3）厘米波雷达。厘米波雷达是指工作在厘米波频段探测的雷达。通常厘米波是指频段为3～30GHz、波长为1～10cm的电磁波。
4）毫米波雷达。毫米波雷达是指工作在毫米波波段探测的雷达。通常毫米波是指频段为30～300GHz、波长为1～10mm的电磁波。
1）空中监视雷达，如远程预警、地面控制的拦截等。
2）空间和导航监视雷达，如弹道导弹告警、卫星监视等。
3）表面搜索和战场监视雷达，如地面测绘、港口和航道控制。
4）跟踪和制导雷达，如表面火控、弹道制导等。
5）气象雷达，如图2-7所示，可以用于降雨和风的观测和预测等。
图2-7 气象雷达
6）天文和大地测量雷达，如行星观测等。
目前车载雷达主要包括超声波雷达、激光雷达和毫米波雷达，都属于主动雷达，如图2-8所示，安装在不同的位置，发挥着不同的作用。
图2-8 车载雷达的应用
1）超声波雷达（倒车雷达）主要用作停车或者倒车时的安全辅助装置。
2）激光雷达在汽车领域的应用，主要是用于测距及识别，但识别质量的高低取决于激光束的数量和发射频率。
3）毫米波雷达更有利于对金属物体的识别，对非金属物体失误较多，侧重于距离和速度的识别，在汽车领域的一个主要应用方向是自适应定速巡航技术。