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本节首先介绍监视雷达的基本定义和概念，后续简单回顾世界和中国监视雷达的发展历程。
众所周知，雷达（Radar）是一种利用电磁波对目标进行探测和定位的电子设备。监视雷达（Surveillance Radar）顾名思义是一种履行监视功能的雷达，但一直以来，业内并未给出监视雷达的严格定义。“监视”一词的字面含义是“从旁严密注视、观察、跟踪”。据此，本书对监视雷达的定义为：对给定空间范围内的所有特定目标进行搜索和跟踪的雷达。
目前比较常用的主要有下列6种典型监视雷达，不同监视雷达的工作方式、观测目标类型和观测空间如表1.1所示。
表1.1 典型监视雷达的工作方式、观测目标类型和观测空间
*相控阵体制的空间监视雷达既能广域搜索，又能精密跟踪，机械随动体制的抛物面天线空间监视雷达则属于典型的精密跟踪测量雷达范畴。
为了加深对监视雷达定义的理解，下面对3组关键词进行解读。
1）给定空间
监视雷达探测范围（又称“威力范围”）限定在所需探测目标的空间范围内，且最大作用距离和空间覆盖范围必须满足雷达设计的需求。对空监视雷达的最大作用距离一般在300～500km范围内，探测目标高度一般在30000m以下。超视距雷达是一种特殊的监视雷达，天波超视距雷达的最大作用距离可达3000km。岸对海监视雷达的主要探测对象是舰船，目标的雷达散射截面积（Radar Cross Section，RCS）较大，考虑阵地海拔高度，其最大作用距离一般是雷达的测试视距。空间监视雷达探测的是大气层外的空间目标，理论上作用距离越远越好，一般低轨空间监视雷达的最大作用距离在1500～6000km，高度空间监视雷达的最大作用距离可达到40000km。
2）所有特定类型目标
首先，监视雷达对确定空间范围进行探测时，必须始终保持对整个空间范围的搜索能力，监视雷达一般采用方位机械扫描方式确保空间搜索能力，这是监视雷达与精密跟踪测量雷达和制导雷达的本质区别。其次，探测空间内目标类型很多，包括飞机、导弹、无人机、巡航导弹、临近空间飞行器等，监视雷达均要求对搜索空间的多类目标具有探测能力。设计监视雷达时不可能兼顾所有目标类型，只能重点对特定类型的目标进行探测。例如，地面和舰载监视雷达主要针对航空器和巡航导弹进行探测，由于受到地球曲率的限制，放弃了对车辆和舰船的探测；预警机上的监视雷达由于视野开阔，既可以探测航空器和巡航导弹，又可以探测车辆和舰船。
3）搜索和跟踪
搜索和跟踪是监视雷达的2项基本功能。
搜索，就是监视雷达在给定空间内对目标的发现过程。一般将整个探测空间划分为若干个小空间（相控阵雷达称其为“波位”），雷达天线依次对这些小空间辐射能量，并对回波信号进行处理，实现对整个探测空间的搜索。监视雷达完成一次全空域搜索所需的时间称为目标数据更新时间（单位为s），其倒数称为数据率（单位为Hz）。监视雷达信号处理的任务，是通过抑制噪声、杂波和干扰，判定目标是否存在，并对存在的目标进行位置和运动参数估计。监视雷达发现目标不是通过单个脉冲回波实现的，往往需要通过一串回波脉冲的积累以提高信噪比。目标回波通过检测门限电平（阈值）后，成为一个个孤立的点，在监视雷达显控（显示控制）画面上称为“点迹”。监视雷达存在测距和测角误差，因此目标的点迹位置参数也是带有误差的。
跟踪，就是监视雷达对已发现的目标进行确认和对运动轨迹获取的过程，它通过跟踪算法将机动目标的点迹连接起来，成为目标的运动轨迹。跟踪算法要同时实现对机动目标位置参数的多点联合估计和滤波，既能去除不符合运动规律的虚假点迹，又能获得比单点测量高得多的参数估计精度。
如何划分搜索空域，并以适当的数据率和精度完成目标探测任务，是监视雷达系统设计师需要平衡和处理的三个最重要要素，后续章节将详细分析。
在表1.1列出的6种典型监视雷达中，对空监视雷达的出现时间最早，世界各国装备部署量最多，技术体制类型也最为丰富。因此，鉴于本书篇幅有限，主要针对对空监视雷达技术进行论述。机载监视雷达和超视距监视雷达的设计技术分别在本套丛书的《机载雷达技术》《地波超视距雷达技术》《天波超视距雷达技术》中进行介绍。
从军事用途上看，对空监视雷达主要执行警戒（两坐标雷达，发现敌机并通报其距离、方位）、警戒+引导（三坐标雷达，发现目标并通报其距离、方位、高度，引导战斗机迎敌）、目标指示（精度较高的三坐标雷达，发现目标并根据测量获得的距离、方位、高度，引导地空导弹武器系统打击目标）三类基本任务。所以，本书描述的对空监视雷达包括警戒雷达、警戒引导雷达、目标指示雷达、对空情报雷达和防空雷达等。目前的对空监视雷达已实现防空反导一体化，既能在天线机械扫描时执行各种对空监视任务，又能在天线停转时利用两维电扫描完成战术弹道导弹（Tactical Ballistic Missile，TBM）的探测任务。
雷达作为一种军事装备始于20世纪30年代，距今已有近90年的历史，但对雷达原理的探索和发现，还要追溯到19世纪末。1864年，麦克斯韦提出电磁场理论，并预见电磁波的存在；1887年，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的预言；1903年，赫尔斯迈耶探测到了从船上反射回来的电磁波；1922年，马可尼在实验的基础上第一次较为完整地描述了雷达的工作原理；1925年，美国霍普金斯大学的伯瑞特和杜威第一次在阴极射线管的荧光屏上观测到了从电离层反射回来的短波窄脉冲回波；1930年，美国海军研究实验室（Naval Research Laboratory，NRL）的汉兰德采用连续波雷达探测到了飞机；1935年，英国人用一部12MHz的雷达探测到了60km外的轰炸机。
雷达在经历了早期的探索研究和实验验证之后，在第二次世界大战中正式投入使用。1937年，英国在英伦岛东南部正式部署了由60部监视雷达组成的“本土链”防空雷达网，工作频率为22～28MHz，对飞机的探测距离大于250km，对阻止和拦截德国的轰炸机发挥了重要作用。英国的本土链监视雷达如图1.1所示。
1938年，美国信号公司研制了第一部防空火控雷达SCR-268；1941年，美国生产和部署了近100部SCR-270/SCR-271米波监视雷达；1943年，在大功率磁控管研制成功后，微波雷达正式问世。
图1.1 英国的本土链监视雷达
雷达从一开始投入实战使用，就充分显示出它的强大生命力，就像第二次世界大战期间，人们把雷达誉为“第二次世界大战的天之骄子”一样形象和生动。
第二次世界大战后，随着各种喷气式作战飞机的快速发展和电子干扰设备的使用，监视雷达的技术和装备也得到了快速发展，雷达的各项技/战术指标都有了大幅度的提高，使用的范围也更加广泛。在军用方面，监视雷达已成为现代战争中必不可少的重要信息化武器装备，可实现对目标的探测、跟踪、识别、指示等功能，还可以进行火力控制、战场侦察、打击效果评估和引导歼击机作战等。在民用方面，监视雷达对海上航行、空中交通管制、公路交通管制、资源探测、深空探测、气象预报、环境监测及水灾、虫灾和森林火灾的探测等，都具有十分重要的作用。
本节对中国监视雷达的发展阶段进行了初步划分，仅供读者参考。
1949年中华人民共和国的成立，迎来了中国雷达发展的鼎盛时期。中国的雷达工业是从1950年建立第一个雷达工厂开始的。先是进行雷达仿制，同时也开展了自行研制工作。在中国政府的高度重视和几代科技人员的不懈努力下，历经了70多年的风风雨雨，中国的雷达工业从无到有，从小到大，从弱到强，已形成一个较为完整的科研生产体系，雷达技术取得了长足的进步，许多领域已赶上和接近国际先进水平，中国的监视雷达已开始步入世界先进行列。在国际市场上，中国监视雷达的质量和价格都有一定的竞争力。
中国的监视雷达发展大致上可分为4个时期，从20世纪50年代的406监视雷达开始到70年代中期是第一个发展时期，这是一个打基础和全面掌握雷达技术的时期。这个时期以仿制和跟踪为主，监视雷达主要采用非相参技术体制和模拟电路，并开始了全相参雷达体制的研究，雷达设备和电路系统十分复杂。这一时期监视雷达的主要技术发展一是向高频段扩展，从米波扩展到分米波、厘米波和毫米波；二是改善在地杂波中的检测性能，研制了各种模拟的延时线，用于雷达的动目标显示（Moving Target Indication，MTI）和脉冲压缩；三是尽量提高功率孔径积来提高雷达的作用距离。雷达的性能在后期有了很大的提高。
中国最早自行研制成功的两型监视雷达，分别是1955年研制成功的406米波监视雷达和1956年研制成功的402微波监视雷达 [1] ，如图1.2所示。它们都采用电子管，没有反杂波对消电路。
图1.2 20世纪50年代研制的两型监视雷达
20世纪60年代初，中国又研制成功了具有代表性的408远程监视雷达，如图1.3所示。该雷达作用距离超过了300km，用背对背的抛物柱面天线来提高数据率，两个天线用1.5倍的频差来补偿地面反射形成的盲区，用镍延时线做动目标显示（MTI）的二次对消器，具有一定的反杂波能力，是当时较先进的监视雷达。20世纪60年代，中国也开始了对三坐标监视雷达的研制，该雷达工作于S波段，采用脉内频率扫描体制和慢波馈源照射抛物柱面反射体，实现了仰角频率扫描三坐标监视功能。该雷达选用宽带多腔大功率速调管作为全相参功率放大链，用熔石英延时线作为MTI对消器，以及用硅晶体管计算机进行数据处理。
从20世纪70年代后期，随着电子器件水平和工业基础能力的提高，迎来了雷达发展的第二个时期。这个时期主要以跟踪和追赶为主，这是一个追赶世界先进水平和掌握各种新体制雷达技术的时期。20世纪80年代初，中国研制成功了第一部实用的机动三坐标雷达JY-8（简称JY-8雷达），如图1.4（a）所示。JY-8雷达也是中国第一部实现了数字化和计算机控制的自动化雷达系统，工作频段为C波段，采用堆积多波束三坐标和频率分集体制，使用了同轴磁控管发射机、中规模集成电路的二次对消器，以及恒虚警率杂波图的自动检测设备和DJS-130计算机。20世纪80年代后期，中国又研制成功了新型的可移动式中远程三坐标雷达JY-14，它采用堆积多波束三坐标体制、全相参宽带多腔速调管发射机、脉冲压缩及频率分集技术，具有宽频带、自适应频率捷变、低副瓣、恒虚警率检测、自动侦察干扰分析等技术特点，全面提高了监视雷达系统的抗干扰能力，如图1.4（b）所示。
图1.3 20世纪60年代的408远程监视雷达
图1.4 20世纪80年代研制的三坐标监视雷达
图1.5（a）所示为这期间研制成功的先进远程警戒雷达YLC-4，该雷达工作频段为UHF（Ultra High Frequency，超高频）频段，可获得较大的功率孔径积，同时采用全固态发射机和低副瓣天线。图1.5（b）所示的JY-9是一部性能较好的低空监视雷达，它兼顾了低空和10000m的中空目标探测，其赋形天线反射面的副瓣电平低于-30dB，采用全相参行波管（Traveling-Wave Tube，TWT）加前向波管放大器（Crossed-Field Amplifier，CFA）发射机，其改善因子优于45dB，且雷达具有多种架设方式。
20世纪90年代后期，在需求牵引和技术推动下，中国的监视雷达从跟踪和追赶研究走向自主创新阶段，进入监视雷达发展的第三个时期。图1.6（a）所示为L波段全固态相控阵三坐标雷达YLC-6，其天线采用一维相控阵平面阵列形式，由16排线阵组成，每排与一个全固态T/R组件连接，数字移相器控制天线波束在仰角上扫描，具有灵活的工作模式和较高的可靠性。图1.6（b）所示为JYL-1机动三坐标雷达（简称JYL-1雷达），该雷达工作在S波段，采用数字波束形成（DBF）技术，其低仰角波束在不同距离设计了不同的加权系数以产生不同的波束，可达到距离和反杂波性能的最佳匹配。JYL-1雷达的研制成功，标志着中国监视雷达的研制水平已进入了当时的国际先进水平行列。
图1.5 远程警戒和低空监视雷达
图1.6 相位扫描和DBF三坐标雷达
进入21世纪以后，在需求牵引和技术推动下，中国的监视雷达进入自主创造阶段，也就是监视雷达发展的第四个时期。一方面，随着隐身飞机、巡航导弹和无人机的大量应用，监视雷达面临新的挑战；另一方面，雷达系统理论和探测技术不断发展，固态功率器件技术得到了快速发展，超大规模集成电路的应用规模和计算速度不断提高，推动了监视雷达技术的快速发展。这一时期，中国监视雷达与国外发达国家的监视雷达发展基本处于并跑和部分领跑阶段。以数字阵列技术为代表的新型监视雷达技术体制获得广泛应用，产生和派生了10余型地基数字阵列监视雷达，也产生了双基地监视雷达、综合脉冲孔径监视雷达和外辐射源监视雷达等一批新体制监视雷达。同时，监视雷达也向着防空反导多功能一体化、环境自适应处理、自适应抗干扰等技术方向发展。随着协同探测和组网探测等技术在监视雷达中的应用发展，更加丰富和发展了监视雷达的技术体制和装备形态。
