文史百科雷达经历了怎样的发展历史

Posted 2022-12-19 历史

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雷达是现代战争必不可少的电子装备。

它不仅应用于军事，而且也应用于国民经济（如交通运输、气象预报和资源探测等）和科学研究（如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等）以及其他一些领域。

发展简史

雷达的基本概念形成于20世纪初。

但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。

早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。

1922年，意大利G.马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。

美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。

1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。

30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。

1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。

1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。

早期报警雷达链

第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。

就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。

大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管,把频率提高到500兆赫以上。

这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。

1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达,使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。

大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。

在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达

SCR-584,使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。

40年代后期出现了动目标显示技术，这有利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。

高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，于是研制了功率行波管、速调管、前向波管等器件。

50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。

60～70年代，电子计算机、微处理器、微波集成电路和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。

在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了相控阵雷达；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。

在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。

中国研制的雷达已装备军队。

中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地－空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。

中国研制的大型雷达还用于观测中国和其他国家发射的人造卫星。

在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。

中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。

中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。

工作原理

雷达天线把发射机提供的电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波。

这些反射波载有该物体的信息并被雷达天线接收，送至雷达接收设备进行处理，提取人们所需要的有用信息并滤除无用信息。

雷达可分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。

单一频率连续波雷达是一种最为简单的雷达形式，容易获得运动目标与雷达之间的距离变化率（即径向速度）。

它的主要缺点是：①无法直接测知目标距离，如欲测知目标距离，则必须调频，但用调频连续波测得的目标距离远不及脉冲雷达精确；②在多目标的环境中容易混淆目标；③大多数连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开，并要求有一定的隔离度。

脉冲雷达

容易实现精确测距，而且接收回波是在发射脉冲休止期内，不存在接收天线与发射天线隔离的问题，因此绝大多数脉冲雷达的接收天线和发射天线是同一副天线。

由于这些优点,脉冲雷达（图1）在各种雷达中居于主要地位。

这种雷达发射的脉冲信号可以是单一载频的矩形脉冲，如普通脉冲雷达的情形;也可以是编码或调频形式的脉冲调制信号,这种信号可以增大信号带宽，并在接收机中经匹配滤波输出很窄的脉冲，从而提高雷达的测距精度和距离分辨力，这就是脉冲压缩雷达。

此外，雷达发射的相邻脉冲之间的相位可以是不相干（随机）的，也可以是具有一定规律的相干信号。

相干信号的频谱纯度高，能得到好的动目标显示性能。

目标定位

对地面和海面目标定位，就是测量它相对于雷达的距离和方位。

对空中目标的定位则需要同时测量距离、方位和高度，这种雷达称为三坐标雷达。

测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因为电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。

目标方位是利用天线的尖锐方位波束来测量。

在同样窄的波束条件下，用单脉冲方法可得到比单一波束更高的测量精度（见跟踪雷达）。

仰角靠窄的仰角波束测量。

根据目标的仰角和距离就能通过计算得到目标高度，精确的仰角同样可用单脉冲方法获得。

发射机

它可以是一个磁控管振荡器。

这是微波雷达发射机早期的方式，简单的雷达仍在沿用。

现代的高性能雷达要求有相干信号和高的频率稳定度。

因此就需要用晶体振荡器作为稳定频率源，并通过倍频功率放大链得到所需的相干性、稳定度和功率。

放大链的末级功率放大管最常用的是功率行波管或速调管。

频率低于600兆赫时，可以使用微波三极管或微波四极管。

脉冲调制器

它产生供发射机开关用的调制脉冲。

它必须具有发射高频脉冲所需要的脉冲宽度，并提供开关发射管所需的调制能量。

使用真空管或晶体管作为放电开关，称为刚管调制；使用氢闸流管对人工线储能作放电开关，称为软管调制。

此外，也可用电磁元件作脉冲开关调制。

对调制脉冲的一般要求是起边和落边较陡，脉冲顶部平坦。

收发开关

它在发射脉冲时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射脉冲结束时断开发射支路，由天线接收的回波信号经收发开关全部进入接收支路。

收发开关通常由特殊的充气管组成。

发射时，充气管电离打火形成短路状态，发射脉冲通过后即恢复开路状态。

为了不阻塞近距离目标回波，充气管从电离短路状态到电离消除开路状态的时间极短，通常为微秒量级，对于某些雷达体制为纳秒量级。

天线

雷达要有很高的目标定向精度，这就要求天线具有窄的波束。

搜索目标时，天线波束对一定的空域进行扫描。

扫描可以采用机械转动方法，也可以采用电子扫描方法。

大多数天线只有一个波束，但有的天线同时有几个波束。

分布在天线副瓣中的能量应尽量小，低副瓣天线是抗干扰所需要的。

接收机

一般采用超外差式。

在接收机的前端有一个低噪声高频放大级。

放大后的载频信号和本振信号混频成中频信号。

模拟式信号处理（如脉冲压缩和动目标显示等）在中频放大级进行，然后检波并将目标信号输至显示器。

采用数字信号处理时，为了降低处理运算的速率,应该把信号混频至零中频；为了保持相位信息,零中频信号分解成二个互相正交的信号，分别进入不同的两条支路，然后对这两条支路作数字式处理，再将处理结果合并。

雷达，将电磁能量以定向方式发设至空间之中,藉由接收空间内存在物体所反射之电波,可以计算出该物体之方向,高度及速度.并且可以探测物体的形状，以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。

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的高度。

美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。

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厘米波长的撜习窖捌鲾，可以在雾天或黑夜发现其他船只。

这是雷达和平利用的开始。

1936年1月英国W.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。

1937年美国第一个军舰雷达XAF试验成功。

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，可将运动中的飞机柏摄下来，他胶发明了可同时分辨几十个目标的微波预警雷达。

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。

雷达按照用途可以分为军用雷达和民用雷达，军用雷达包括警戒雷达，制导雷达，敌我识别等；而民用雷达包括导航雷达，气象雷达，测速雷达等。

军用雷达

民用雷达

天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。

天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波（脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波（回波），探测400多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。

天气雷达

雷达一词来自英语radar,无线电波探测装置。

它号称“千里眼”。

看到“雷”这个字，马上会让人想到天边的雷鸣和闪电，突出了一个快字。

自然，雷达这种“千里眼”的作用也就让人印象更深了。

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