1. 雷达的基础知识
1.1. 雷达的定义:一种通过发射电磁波和接收回波,对目标进行探测和测定目标信息的设备。
1.2. 雷达的英文为RADAR,全称为radio detection and ranging。
1.3. 雷达的基本原理:根据物体反射回波探测物体并确定物体距离。
1.4. 雷达的基本任务:发现目标、测量目标参数、目标识别等。
1.5. 雷达的基本组成部分:天线、发射机、接收机(以上三点是最重要的组成部分)、双工器、信号处理机、数据处理机、显示器、电源、冷却系统、雷达设备控制等。
1.5.1. 同步设备:雷达整机工作的频率和时间标准。
1.5.2. 发射机:产生大功率射频脉冲。
1.5.3. 收发转换开关:收发共用一副天线必需,完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
1.5.4. 天线:将发射信号向空间定向辐射,并接收目标回波。
1.5.5. 接收机:把回波信号放大,检波后用于目标检测,显示或者其它雷达信号处理。现在的接收机几乎都是“超外差式接收机”,将回波信号放大、滤波、实现“最佳接收”。
1.5.6. 显示器:显示目标回波,指示目标位置。一般由操作员操作。
1.5.7. 天线控制(伺服)装置:控制天线波束在空间扫描。
1.5.8. 信号处理机:根据需要将接收机输出的信号进行进一步处理,如MTI、MTD等。
1.5.9. 数据处理机:检测判决之后的处理称为数据处理。并不是所有雷达都包括单独的数据处理机。早期雷达检测判决后不需要进行数据处理。许多现代雷达在检测判决之后还要进行数据处理。自动跟踪是数据处理的主要实例,而目标识别是另一实例。
1.6. 雷达回波可以获得的信息:通过雷达回波测得距离、方位角、俯仰角等。如下图所示。
1.7. 目标距离的测量:目标距离=电磁波从雷达到目标的往返传播时间*光速/2。
1.8. 角度的测量:通过雷达天线波束的方向性。通过机械和电器上的组合作用,雷达把天线的波束指向需要探测的方向。
1.9. 天线波束:描述天线方向性的专业术语。通常用波束宽度和波束形状来描述。
1.10. 目标角度的测量。
1.10.1. 只测方位角:方位上波束很窄,扇形波束。
1.10.2. 只测俯仰角:俯仰上波束很窄,扇形波束。
1.10.3. 测量两个角度:方位、俯仰上都很窄,笔形波束。
1.11. 目标径向速度的测量:根据多普勒效应。当目标和雷达之间存在相对运动时,目标回波频率就会增加一个多普勒频移。雷达通过测量多普勒频移就可以确定目标相对于雷达的径向速度。
1.12. 雷达的分类
1.12.1. 按照雷达工作频率范围分类:HF、VHF、UHF、L、S、C、X、Ku、Ka、V、W等。
1.12.2. 按照雷达信号形式分类:脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达、噪声雷达、频率捷变雷达等。
1.12.3. 按照天线扫描方式分类:机械扫描雷达、电扫描雷达。
1.12.4. 按照承载平台分类:地面雷达、舰载雷达、机载雷达、星载雷达、弹载雷达。
1.12.5. 按照功能分类:搜索雷达、跟踪雷达。
1.12.5.1. 搜索雷达:在尽可能大的空域范围内,尽可能早地发现远距离的军事目标。主要用途是警戒。必须满足两个要求:很远的探测距离、很大的覆盖空域。
1.12.5.2. 跟踪雷达:捕获目标,并对一个或几个特点的目标在距离、角度或速度上建立起工作过程。主要用于武器控制、轨迹测量。特点是测量精度高。
1.13. 典型的雷达示意图
1.13.1. 战略预警雷达:主要任务是发现战略、战术弹道导弹及战略轰炸机。特点是作用距离远达数千公里,精确度及分辨率低。
1.13.2. 远程警戒雷达:主要任务是发现飞机目标。特点是作用距离400~600公里、360度搜索空域、精确度和分辨率不高。
1.13.3. 引导指挥雷达:主要任务是指示目标,用于对我方歼击机、火力系统的引导和指挥作战。特点是可以同时对付多批次目标,同时测定目标的三坐标,精确度和分辨率较高。
1.13.4. 火力控制雷达:主要任务是用于对射击目标进行跟踪测量、火力射击控制。特点是能够连续、准确测定目标坐标,具有中等跟踪测量精度。
1.13.5. 制导雷达:主要任务是用于搜索、捕获、识别、跟踪目标和制导导弹任务。特点是能够同时跟踪多个目标、分辨力较高。
1.13.6. 三坐标雷达:在两坐标雷达的基础上,对天线进行了新的设计,可以在垂直方向上形成多个波束,具备测量目标仰角的功能,从而能够在天线旋转一周的时间内获得多批目标的三个坐标参数。
1.13.7. 相控阵天线:由大量小的天线单元按照一定规律排列组成,形成一个“天线阵面”。
1.13.8. 电扫描雷达:通过电子方式控制每个小天线单元的相位,就可以控制整个“天线阵面”发射波束的指向,这就是天线波束的电扫描。