作者：郭华
出版社：河北科学技术出版社
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兵器之眼：雷达试读：
前言
人类社会进入21世纪以后，和平与发展成为主题，世界多极化和经济全球化的趋势日渐明显。但是，我们知道，一个国家崛起的标志是综合国力的强大，而军事力量的强大是综合国力强大的重要特征之一。在国家崛起过程中，军事力量一方面维护国家主权、安全和领土完整，另一方面要维护国家战略通道的安全，如领海、领空的安全、通畅，保证国家战略物资的需求通道不被外部势力阻断。还有一个重要作用是通过战争来达到政治目的。从历史看，一个超级大国的崛起往往伴随着战争，如19世纪时的英国，二战后的美国，都是通过战争打败竞争对手，然后走上世界政治舞台的中心。
当今世界，综合国力特别是军事能力还是通过军事武器装备来衡量。武器的历史可以追溯到人类刚刚学会使用石块和木棒的时期。在那个时候，人类为了自身的生存，手中的猎食工具很可能在某些场合变成了同类相残的武器。但是，武器及武器技术迅猛发展却只有几百年的历史。
历史的车轮滚滚向前，科技的发展日新月异。那些原本为研究武器而获得的大量科技成果，正在一天天为我们的文明社会服务。打开潘多拉盒子的巨人们，却极力反对核武器和核战争。如今，核能的和平利用为人类带来了莫大的福音。
每一件军事武器都是人类凭借智慧，运用科技所创造出来的，它是科技之美的化身，体现着现代前沿科技的魅力；它是力量之美的化身，人们凭借自己之力创造出了具有无比强大威力的器具；它是韬略之美的化身，凝聚着人类博大精深的智慧与知识。
为了让青少年朋友更透彻地了解武器的秘密和各国尖端武器知识，我们特编写了这套图书。本套图书从兵器爱好者入门知识、各种枪支、火炮、导弹、军用飞机、舰艇以及军用雷达等各方面入手，全面系统地向读者展示了世界精典武器知识。书中配有精美的图片，讲述武器背后感人至深的故事，对于青少年朋友和武器爱好者来说，这是一套值得收藏的图书。
这是一个了解世界兵器的窗口，一个圆你军事梦想的地方。本套图书旁征博引，分门别类地展示了世界各国具有代表性的兵器风貌，是一套提供给青少年兵器知识爱好者的军事科普图书，旨在为广大青少年提供一个全面了解世界军事武器发展情况的平台。希望本套图书能伴随广大青少年朋友健康成长，树立大志，报效祖国。编委会
第一章 雷达的诞生与发展
第一节 战争的“千里眼”——雷达的应用
雷达所起的作用与眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C，雷达差别在于它们各自占据的频率和波长不同。
一、早期的雷达
雷达作为一种军事装备服务于人类是20世纪30年代的事，但雷达原理的发现和探讨，还要追溯到19世纪的末期。
1864年，麦克斯韦提出了电磁理论，预见到电磁波的存在。1886年，赫兹进行了用人工方法产生电磁波的实验，通过实践证明了“无线电”的存在，验证了电磁波的发生、接收和散射。1903年，德国人威尔斯姆耶探测到了从船上反射回来的电磁波。到1922年，马可尼主张用短波无线电来探测物体。他说：“电磁波是能够被导体所反射的，可以在船舶上设置一种装置，向任何所需要的方向发射电磁波，若碰到导电物体，它就会反射到发射电磁波的船上，由一个与发射机相隔离的接收机接收，以此表明另一船舶是存在的，并进而可以确定其具体位置。”这是最早比较完整地描述雷达概念的语句。●雷达
20世纪30年代，很多国家最先进行的是双基地连续波雷达的研究。当时，这种雷达的发射机与接收机彼此间分置于相隔较远的距离，当飞机穿越接收机站与发射机站之间时，接收机站就可检测到由发射机直接传输到接收机的信号和发射信号受目标散射后传输到接收机的信号二者之间的多普勒差拍，从而发现目标。这种双基地雷达的效果受到很多因素的限制，所以虽然法国和苏联的军队早在第二次世界大战前就装备了双基地连续波雷达，但并未使得用无线电波探测目标成为军事上的重要手段。直到单基地的脉冲雷达开发成功后，才确立了雷达在军事上的重要地位。●多普勒脉冲雷达
20世纪30年代中期，很多国家都几乎同时开始而且独立地开发现代形式的脉冲雷达，所以难以确定其精确的诞生日期，而只能列举一些重要的事例。
二、第一部雷达的诞生
从军事应用上来说，雷达被比喻成战争的千里眼。千里眼的第一次睁开，是在1935年，当时正值第二次世界大战前。经历过第一次世界大战以后，作为飞机之一的轰炸机，在这场战争中已经扮演了重要的角色。为了发现入侵的轰炸机，光学（如探照灯）或声学这种方法对付老牛般的旧式飞机还勉强可以，如果对付速度较快的新式轰炸机，提供的预警时间太短，不能满足防空需要。1934年7月，英国皇家空军进行了一次演习，轰炸机躲开了战斗机的拦截，顺利“轰炸”了英国空军总部。●安装了先进雷达的B2隐形轰炸机
为了缓解巨大的，甚至是缓解从早到晚笼罩着的“轰炸机随时都会飞到头顶上来”的恐怖，英国空军开始考虑用新技术来解决防空问题。当时的英国物理学家、国家无线电研究实验室主管沃森·瓦特（也即是蒸汽机发明人詹姆斯·瓦特的后代）发现，即使使用当时最强功率的无线电波，也不会像探照灯那样对飞行员或飞机造成任何损伤，但是无线电波照射到飞机时会被反射回来，这种现象或许可以用来探测飞机；并且认为，这种探测方法，不仅可以测出飞机与雷达的距离，甚至还可以测出飞机的方位和高度。
1935年2月，为了争取经费支持，沃森·瓦特准备了一套演示系统，用无线电接收机接收飞机反射的广播电台信号。2月26日，当一架“黑福德”轰炸机穿越BBC广播电台所发射的无线电波时，接收机输出的信号明显增强。当年6月，沃森·瓦特领导的团队赶制出了世界上第一部雷达。多座高塔是这部雷达的最显著特征，高塔之间挂列着平行放置的发射天线，而接收天线则放置在另外的高塔上。7月，这部雷达探测到海上的飞机。1936年5月，英国空军决定在本土大规模部署这种雷达，称为“本土链”，到1937年4月，本土链雷达工作状态趋于稳定，能够探测到160千米以外的飞机；到了8月，已经有3个本土链雷达站部署完毕。而到了1939年年初，已有20个雷达站投入使用，形成了南至朴次茅斯附近的温特诺、北至奥尼克郡尼德巴顿的无线电波防线。●二战时地面雷达站
值得一提的是，雷达投入使用后，皇家空军很快开始思考如何有效发挥其效能，也就是研究雷达的作战使用问题。皇家空军接收本土链雷达后，就把雷达网与地面观察哨网结合，试图组成战斗机引导网。1938年年初，皇家空军在世界上第一次演练了用雷达探测到的情报引导战斗机拦截民航机，虽然效果不尽如人意，但是，这是一个伟大的开端，它把情报和指挥结合起来了。后来的不列颠空战也证明，对于雷达作战使用的研究，这是一次伟大的尝试。
在德军入侵波兰后，英国对德国宣战。1940年6月10日，德国空军开始大规模轰炸英国，不列颠空战宣告开始。尽管在1939年下半年，又增加了30个本土链雷达，但威力仍然有限，特别是只能测定敌机的距离，不能准确地测定敌机的方位和高度。探测范围也只覆盖了英国东部和南部沿海，一旦敌机穿越了这道电波屏障，就只能靠地面观察哨网跟踪，通过早期的作战使用研究，英国意识到必须要有一个专门处理雷达情报的系统，否则仅靠雷达自身发挥不了多少作用。皇家空军研究了如何把雷达网和地面观察哨网的情报结合起来并且将综合后的结果以人们习惯的方式显示出来，研究的结果就是设立专门的情报室来处理多渠道的空中情报，这可能是世界上最早开展通过情报综合以形成统一作战态势图的工作。由于经过综合处理后的情报能够直观地显示战场态势，皇家空军变得耳聪目明，极大地节约了兵力，稍微平衡了德国空军在数量上的优势。到1940年8月初，皇家空军击落德机270架，损失145架。直到这时，德军才开始意识到那些高大的塔群可能隐藏着一些奥秘，所以在8月12日轰炸了其中的6部。但他们并没有真正理解雷达对英国防空的重要性，轰炸也就不是很猛烈，而且英军不但修复很快，还紧急部署了机动性的本土链雷达，把天线塔换成了便于机动的桅杆。●二战时期雷达站
三、雷达与探照灯的比较
雷达工作时，首先发射无线电波，电波在空间传播时如果遇到物体（如飞机、导弹和舰船等目标），物体会向各个方向反射来自雷达的入射波，其中有一部分会朝向雷达（称为后向散射），被雷达接收。如果接收到的回波强度足够大，雷达就能对接收到的回波进行处理，获得关于目标的距离、方位、高度和速度等信息。这就是雷达工作的基本原理。●雷达
雷达的基本特征，在于它是“有源”的。雷达常常被比喻成战争的“眼睛”，或者是战争的千里眼。对于人类来说，80%以上的信息都是靠“眼睛”获得的，因此，战场中的绝大部分信息的获得，也是靠雷达。所以，这个比喻很好地说明了雷达在获取战场信息方面的重要作用。但是，列宁说过，任何比喻都是蹩脚的。那么，这个比喻“蹩脚”在什么地方呢？●战争的“眼睛”——雷达
人眼在看到物体时，需要有光源。只要光源照射到这个物体，物体就会把来自光源的入射光向各个方向上反射，有一部分反射光会进入人眼，如果光线足够强，人眼就能够看到。在人眼看到物体的过程中，眼睛本身并不能发光，或者说不能发出照射到物体的光线。但是，雷达不一样。由物体反射并被雷达接收到的回波，是由雷达自身发射的，这个特性，就叫做“有源”，这个特性使得雷达可以不依赖于外部的辐射源工作，因此自主性更强。●防控探照灯
相比于探照灯，雷达有一些相同的特点，可以结合探照灯的光束来理解雷达射出的波束。首先，虽然雷达射出的波束是不可见的，但是，将电波能量在空间尽可能地会聚或集中起来，以使得电波能够传得更远，这个道理不但适用于探照灯，对于雷达也是适用的。虽然波束不可见，我们也可以画出电波波束在空间分布的图形。当然，这种图形是立体的。会聚能量形成波束，在雷达中需要靠天线。雷达有一种天线的形状就类似于抛物面，叫做抛物面天线，天线的焦点处放置了馈源，用以向天线馈送无线电波，然后由天线的反射面对电波进行会聚。其次，雷达的能量到底在空间能会聚到什么程度，或者说波束到底有多宽，这个定义也是与探照灯中光束宽度的定义相同，都是指从波束中能量最强点到下降到最大能量的一半处对应的角度。再次，两者都是有源的，为了获得更远的作用距离，都要求光强或电磁波的入射功率足够大，以承受传输过程中的自然衰减，规律是光强或电磁波的功率与传输距离的平方成反比。但由于还要考虑到人眼或者雷达还要接收反射回来的光（即人眼看到目标或雷达接收到回波），对于有源设备来说，光强或雷达功率是随传输距离的4次方衰减的，衰减极其迅速，因此就对射出的功率提出了更高的要求。●雷达天线
雷达与探照灯也有很大的不同。首先是两者的工作频段不一样。探照灯工作在可见光频段，由于频段更高，所以波束集中性更好。但是，电磁波在传输过程中，功率除随传输距离的增加而自然衰减以外，由于大气吸收的影响，还会产生衰减，这种衰减随着电磁波频段越高越明显。由于雷达工作在较低的无线电波频段，相对探照灯来说，能够获得更远的作用距离。由于这个原因，雷达也更适于在各种复杂气象条件下全天候地工作，比如刮风、下雨、下雪甚至下冰雹，我们都能看到雷达的天线在永不停止地旋转，不放过空中的任何情况。因为气象条件的恶劣，会引起大气衰减作用的加剧，而对高频段的电磁波，这种恶化效果更明显。其次，雷达能够测距，这是雷达最重要的特征。雷达通过测量电磁波从发射到照射到飞机等目标后返回雷达所用的时间除以2，得到单程传输的时间，再乘以光速，就得到飞机等目标与雷达的距离。探照灯是不需要这样做的。可以说，自雷达诞生到现在已经70余年了，可是，还没有另外一种设备，在测距方面能够像雷达那样又快又好。●车载雷达
四、现代雷达的发展趋势
通过技术资料和公开的报道，经过分析，国外雷达具有如下特点：1.采用先进的全相参加有源电扫描阵列雷达工作体制
20世纪70年代以来，国外雷达都采用了全相参雷达工作体制，即脉冲多普勒（PD）雷达。这种雷达采用全波形工作（H/M/LPRF波形），不仅可以利用目标回波的时域信息，还可以利用目标回波的频域信息，从而增强了雷达的抗无源杂波干扰性能，大大提高了载机的下视作战能力和地面雷达低空探测能力。●脉冲多普勒雷达基站2.多传感器信息融合
在国外，新一代雷达不再是采用唯一的传感器，红外、电光传感器的应用越来越多，它们在新型战斗机上的良好性能和重要地位越来越明显。今后，雷达、红外、电光，以及其他非微波和微波传感器的信息融合将互为引导、统一协调。这样，既可以提高整个系统的目标探测能力，还可以提供目标识别信息和降低虚警概率。系统性能的提高不仅仅取决于雷达，而是战斗机多个传感器的系统综合效能。比如，美国的F-35攻击战斗机，采用了包括多功能雷达、威胁告警电子对抗、电子情报收集、光电传感器、引信系统、目标识别和决策、先进的数据链等多传感器的信息融合，这已经打破了雷达、电子系统的界限。●F-35攻击机机载雷达●F-22搭载的APG-77雷达3.具备同时多目标跟踪和攻击能力
为了提高战斗机的空战能力，新一代有源电子扫描阵列雷达，由于不受机械扫描速度的限制，可以提供快速的数据更新和数字波束形成，可以实现同时多目标精确跟踪，并为多目标攻击提供作战参数。比如，美国的AN/APC-77在TWS工作状态，可以同时跟踪10个目标和目标丢失时的记忆能力。4.同时多功能
最新一代雷达都具有同时多功能特点。所谓同时多功能，是指有源电子扫描阵列雷达通过强大的中央信息处理，以及应用分布式数据处理技术，能在同一时间内完成多种雷达功能。在战斗机中同时多功能有着重要意义，比如，在执行地形回避或地形跟随功能时，又要求雷达完成对空搜索功能，以便及时能发现敌机的攻击；在执行对地和对海目标攻击时，又要求雷达完成对空监视，以便随时转入空战，等等。由于大多数系统控制功能是在系统内部完成的，机组人员可以将精力集中在作战和战术动作上，不用分心进行雷达的操作。同时多功能实施的关键是有源相控阵天线，它能用一部分阵元完成一种功能，而用另一部分阵元完成其他功能；也可以用时间分割的方法交替用同一个阵面完成多种功能。5.隐身性能
在隐身飞机发展过程中，对所有可能被探测器发现的装置都要加以限制，雷达的电磁反射特征是重点限制对象。实验证明，雷达天线和波束扫描转动框架是最主要的反射体，对隐身飞机的隐身性能影响最大。有源相控阵雷达则不需要波束扫描转动框架，对方只可能在被波束照射到时才能被发现（只能在有限的空间角内收到反射波），因此，被探测的概率将大大降低。●机载有源相控阵雷达6.低截获概率能力
国外新一代雷达，尤其是有源相控阵雷达，容易实现功率管理技术、雷达天线波束控制技术、自适应雷达天线波束零点控制技术（对点源式干扰的电磁屏蔽）、频率捷变、波形捷变和控制雷达开机时间（即以最少的脉冲数或最短的射频发射时间，获取足够的目标信息）等低截获概率技术，从而最大限度地减小雷达自身被侦察和暴露的概率。●新型有源相控阵雷达7.电子对抗能力
国外新一代雷达系统，具有较完备的电子对抗作战能力。通常采用干扰侦察/识别/决策、低截获概率设计、频域对抗、空间对抗、自适应信号处理、杂波源跟踪与目标定位、隐蔽操作等抗有源和无源干扰战术技术，以及新型体制雷达所具有的抗干扰能力。此外，还特别发展红外、电光等无源传感器为雷达提供必要的信息（多传感器信息融合），从而避开了射频电子 干扰。●F-22搭载的APG-77雷达
最主要的是国外新一代攻击战斗机都具有隐身能力和非常强的自卫式电子战能力。比如，美国最新的F-22攻击战斗机，雷达截面积为0.1平方米；F-35攻击战斗机，雷达截面积小于0.5平方米，且自携带从0.75～10厘米波段的压制性杂波干扰源，干扰方位为360°、俯仰为±45°，辐射功率高达500瓦。●F-35机载雷达8.单一宽频带天线
有源电子扫描阵列雷达天线通常按宽频带设计，可以支持雷达系统、导航、电子侦察、通信、敌我识别等多种电子系统。●有源电子扫描阵列雷达9.可靠性可维性高
机载火控雷达的可靠性，一直是航空电子系统的最薄弱环节，要求后备支持，维修时间较长，影响作战出勤率。提高雷达系统的可靠性、可维性措施包括：●机载火控雷达（1）广泛采用超大规模集成电路，减少系统元件数量。（2）标准化、系列化、模块化设计，以提高系统部件的通用性，减少系统部件的更换时间；（3）减少系统可更换单元的数目。比如，LN/APG-63雷达系统有9个可更换单元，而AN/APG-77雷达只有5个可更换单元。●APG-63雷达（4）有源电子扫描阵列雷达天线。由成百上千个收/发辐射单元组成。实验表明，即使有10%的收/发辐射单元失效，对系统的性能也无明显影响，不用立即进行维修。若有30%的收/发辐射单元失效，系统的增益仅降低3分贝，系统仍可以维持工作。更主要的是取消了集中式大功率发射机和天线机械伺服机构，使系统的可靠性提高至少两个数量级。（5）具有更完备的自检测能力。故障检测和故障隔离能力均在95%以上。
外机载火控雷达发展方向有以下方面：1.有源电扫描阵列雷达天线向着共形阵和智能阵发展
这类设计具有不增加附加空气动力阻力、扫描空间覆盖大、节省机内设备空间、增大了天线的有效利用口径等优点。智能阵的发展依赖于微波集成电路、超高速和超大规模集成电路、高速数字信号处理、相控阵和共形阵、光传输和光处理等新技术的发展。2.合成孔径雷达（SAR）/逆合成孔径雷达（ISAR）
能够在全天候条件下以很高的分辨力提供地面测绘资料和图像，根据已知目标特征库，通过复杂的运算和谱分析，提高雷达对目标的分类和识别能力。这种技术在机载预警雷达和火控雷达系统中有广泛的应用。●微型合成孔径雷达3.双/多基地雷达
由于目标机的隐身性能不断提高，机载双多基地雷达可以从不同的方位对目标进行探测，是对付隐身目标的有效手段。在多机编队作战时，可以是一部发射机，多部接收机；也可以是多部独立的单基地雷达，形成空中多基地模式，通过空中数据链实现多部雷达之间的同步、图像资源融合共享和火控指挥。同时，在改善雷达探测性能、抗反辐射导弹、抗干扰等方面显现出一定的优势。4.宽频带雷达
宽频带雷达也可以称为“超宽带雷达”、“冲击雷达”、“无载波雷达”或“基带雷达”等，其特点是雷达的信号带宽与载频之比大于0.25。比如，某雷达载频为3吉赫，而雷达信号带宽为300MIz，比值为0.1，则不属于宽频带雷达。如果雷达信号带宽为1.5吉赫，比值为0.50，则属于宽频带雷达。●天文台的激光雷达5.毫米波雷达
毫米波雷达工作频段为40～200吉赫，其高距离分辨力、多普勒敏感性好、不易受干扰等独特的性能受到雷达界的高度重视。6.激光雷达
激光雷达完全跳出微波的范围，将在电子战中发挥不可估量的作用。7.开发更完善的可编程中央处理器
它可以使雷达的工作模式和系统功能转换、系统参数选择和控制、电子对抗决策等操作更快捷、更自动化、更智能化，以减轻飞行员的负担。8.多传感器信息融合
多传感器信息融合是今后歼击机火控系统作战信息的主要来源。比如，F-35攻击战斗机实现了包括多功能雷达、电子对抗、电子情报收集、光电传感器、自动目标识别和决策、先进的数据链等电子系统的信息融合。
多传感器信息融合技术能够使机载火控系统具有如下功能：（1）雷达可以在完全被动的状态下（雷达寂静状态），对目标进行搜索、定位、识别和发射武器。（2）选择将要发射的导弹、导弹武器检查、目标锁定、计算攻击区和装定作战参数。（3）在航炮攻击时联动瞄 准具。（4）显示和记录搜索、瞄准、飞行、导航和着陆数据，输入各种武器的命令和发射参数。●F-35雷达系统（5）计算和建议作战飞行参数，并直观为作战人员显示。（6）使各传感器的搜索范围与飞行员头盔瞄准具的视线范围保持一致。
多传感器信息融合将会随着宽频带单片射频器件、宽频带光纤连接器、高度可编程中央处理器、高效的多处理器操作系统、多用户宽带孔径和人工智能等技术的发展而更加完善。
第二节 探索之旅——雷达的发展历程
第二次世界大战中，空用和海用雷达大多数工作于超高频或更低的频段。到战争后期，工作在400兆赫、600兆赫和1200兆赫的雷达也投入使用。20世纪20年代，各国研制的雷达在1939年开始的第二次世界大战中起了重要作用，战争初期，美国军队装备的主要是20世纪30年代晚期开发的VHF与UHF频段雷达。
一、雷达应用历程
第一部在美国海军中装备的雷达是1940年开始服役的CXAM雷达。此雷达是美国海军研究所（NRL）设计，于1939年初期在海上作战状态测试成功后，由工业部门小批生产。CXAM工作频率为195兆赫，采用收发共用的带有反射体的偶极子矩阵式天线阵，天线增益为40、方位波束宽度为14°仰角波束宽度约70°。天线可以5转/分（每分钟5转）速率在方位上旋转，也可用人工控制转动来追踪特定目标。发射脉冲峰值功率为15千瓦，脉冲宽度3微秒。对轰炸机的探测距离约为115.5千米，对战斗机约为82.5千米。在A型显示器上按距离刻度估计目标距离；以目标信号最大值的天线指向确定目标方位；而借助天线垂直波辦的一些“零”值来估计目标高度。到1941年12月，美国珍珠港受日本攻击时，在美国军舰上已装备了各种型号的雷达79部。●主炮瞄准仪上方是CXAM-1火控雷达
美国陆军通信部门早期开发的雷达方向是控制防空炮火和探照灯雷达，即前述的SCR-268。1937年5月，美国空军提出开发“远距离探测和跟踪雷达”。这种雷达主要的一项技术改进是开始使用了环视显示器（PPI）。简单、可靠的SCR-270雷达，虽有笨重、低仰角探测能力差、地物杂波严重（除非精心选择雷达站址）、距离与方位分辨力差、空中调度能力低等缺点，但在第二次世界大战期间因功勋卓著而被广泛使用。这种雷达一直使用到对日战争结束。
1941年12月9，日本偷袭珍珠港，美国已经生产了大量的SCR-270/271警戒雷达，其中一部就架设在珍珠港。本来是可用来监视日本入侵珍珠港的，遗憾的是那天值勤的美国指挥官误把荧光屏上出现日本飞机的回波当成了自己飞机的回波，未能及时采取行动，因此酿成惨重损失。●卡车机动雷达
苏联20世纪30年代研制的雷达，在第二次世界大战中也起了重大作用。苏联曾生产了45部RUS-1双基地连续波雷达，于远东等地服役。RUS-2是架设于卡车上的机动型雷达，接收与发射天线分开架设于2车上，相隔100米以实现天线隔离；RUS-2C则收发共用1部天线。除RUS-2与RUS-2C外，苏联在莫斯科与列宁格勒保卫战中，还使用了试验型微波低功率的高射炮控制雷达。
美国学者M.I.Skolnik评述，第二次世界大战开始阶段，德国开发与布防的雷达水平可能领先于其他国家，但美、英等国在战争初期加速赶上时，德国在1940年末却误以为即将战胜，已有的雷达已足够应付战争而中止开发，直到1943年德国才觉察已经落后，但为时已晚。
第二次世界大战中的军事需求，更极大促进了雷达技术的研究和发展。1940年11月，美国麻省理工学院（MIT）成立了辐射实验室。早在美国知道英国人发明了微波波段磁控管以前，MIT就决定致力于发展微波雷达。20世纪40年代，MIT辐射实验室成功地将微波技术用于空、陆、海方面的军用雷达，当时大约有150种不同的雷达系统是辐射实验室开发的成果，例如，SCR-584炮瞄雷达、SCR-720飞机截击雷达、AN/APQ-7轰炸雷达。
SCR-584为第一部使用最广泛的微波炮瞄雷达，工作于S频段（2.7～2.9吉赫），采用直径为1.83米的抛物面反射体天线。SCR-584在高射炮部队中可执行目标搜索、定位，然后对单个目标跟踪与交战（指引炮火射击）的任务。在立体搜索时，天线反射体以螺旋线方式扫描，使笔形波束可覆盖任何20°仰角内的扇区，目标显示于环视显示器（PPI）上；任何20°仰角的扇区对轰炸机的作用距离约为6万码（约54.86千米）。精密跟踪时宽度为4°的波束作圆锥扫描。距离测量精度约22.86米，角测量精度优于1米位，其精度足以给高射炮火指引目标，而不须像老式的SCR-268雷达那样还需要探照灯或光学设备协助。1941年1月，美国MIT辐射实验室着手开发并于12月就研制出机动型的车载雷达，1944年及时投入战斗使用。由于当时德国用电子对抗手段已差不多使此前作为炮火控制的主力雷达SCR-268难以履行任务，微波火控雷达SCR-584的服役使德国措手不及。SCR-584共投产了近2000部，直至战后多年，此种精密雷达仍被广泛应用。
SCR-720，战斗机载截击雷达，是辐射实验室第二次世界大战早期开发的，天线适合飞机上安装，实现窄波束的机载微波雷达。雷达使用了在方位上可连续旋转，并可同时在仰角上缓慢进行俯仰的直径为0.74米的抛物面反射体天线。雷达以螺旋线方式扫描，可覆盖仰角25°。工作波长为9.1厘米，天线波束宽度为10°，发射信号峰值功率为100～150千瓦，平均功率为112～170瓦，脉冲宽度为0.75微秒、重复频率为1575赫兹，装备的质量为（大约189千克），对战斗机的作用距离约7.4千米；对轰炸机则大约为16千米。天线的窄波束可使雷达在大范围内，对同样高度敌机观测时，不致遭受地物回波的干扰。雷达同时使用了距离-方位显示器（也叫B显示器）与方位-仰角显示器（也叫C显示器）来显示同一目标的空中位置。此雷达在战时成功地用于英国与美国空军。1943年春季开始使用，至1944年6月6日欧洲战争结束时，共生产出了几千部。
由于受第二次世界大战战火的直接侵袭，除美国外，其他各国的雷达研究几乎陷于停顿。苏联当时主要的雷达开发地列宁格勒变成了战场的一部分，迫使雷达开发工作东迁而导致工作中断。但战争末期，苏联的雷达工厂又恢复到可生产几百部RUS-2与RUS-2C的水平了。●机载截击雷达
美国战时开始的微波雷达开发，虽在战后进展缓慢，但仍在继续进行。20世纪40年代后期，最值得称道的研制工作是比幅单脉冲跟踪和动目标显示（MTI）雷达。由于单脉冲技术测量角度的精度高与反某些电子对抗（ECM）的能力强，至今仍是雷达使用的主要跟踪技术。所有现代对空监视雷达在从出现严重杂波的海面与陆地环境中，检测所关注的动目标（飞机）时，也都采用某种形式的MTI技术。
美国麻省理工学院辐射实验室于第二次世界大战后公开出版的28卷本《辐射实验室丛书》，向世人公开了雷达和有关学术领域的大批技术资料。
二、第二次世界大战后雷达的发展
第二次世界大战期间雷达技术得到了飞速的发展，战后很快进入持续近半个世纪的冷战时期。军备竞赛刺激和推动着雷达系统技术的迅速发展与应用。
这些技术的发展，又促使雷达进一步获得了更加广泛的应用。第二次世界大战结束至今，每个时期内都有各种标志性的产品相继研制成功。1.20世纪50年代的雷达
20世纪40年代雷达的工作频段由高频（HF）、甚高频（VHF）发展到了微波频段，直至K频段（波长约1厘米）。20世纪50年代末，为了有效地远距离探测飞机和弹道导弹，雷达的工作频段又返回到了较低的VHF和UHF频段。在这些频段上可获得兆瓦级的平均功率，可采用尺寸达几百英尺的大型天线，而且比更高的频率可获得更好的MTI性能与较小的气象杂波，大型雷达已开始应用于观测月亮、极光、流星和金星。●FPS-16雷达
另外，在这段时间内，大功率速调管放大器开始应用于雷达，其发射功率比磁控管可以大两个数量级。●合成孔径雷达小卫星
20世纪50年代出现的合成孔径雷达，利用装在飞机或卫星上相对来说较小的侧视天线，可产生地面上的一个条状地图。机载气象回避雷达和地面气象观测雷达也问世于这一时期。机载脉冲多普勒雷达是20世纪50年代初提出的构思，50年代末就成功地应用于“波马克”空空导弹的下视、下射制导雷达。●SPS-48雷达2.20世纪60年代的雷达
20世纪60年代的雷达技术是以第一部大型电扫相控阵天线和后期开始的数字处理技术为标志的。
第一部实用的电扫雷达采用频率扫描天线，应用最广泛的是AN/SPS-48频扫三坐标雷达。
20世纪60年代后期，数字技术的发展使雷达信号处理开始了一场革命，并一直延续到现在。今天，几乎所有的信号处理设备都是数字式的。
对动目标显示（MTI）技术加以有针对性的改进后，机载动目标显示（AMTI）雷达应用到了飞机上，这是1964年在美国海军的E-2A预警机上实现的。●E-2A预警机
20世纪60年代，美国海军研究所研制的探测距离在3700千米以上的“麦德雷”高频超视距（OTH）试验雷达，首先用于验证超视距雷达探测飞机、弹道导弹和舰艇等的能力，以及确定海面状况和海洋上空风情的能力。
用电子反对抗（ECCM）装置来对付敌方干扰的措施也起始于20世纪60年代，最典型的例子就是美国陆军的“奈克-海克利斯”对空武器系统所用的雷达群。3.20世纪70年代的雷达
增加数字处理能力的工作，开始于20世纪60年代末，而在70年代加速进行。数字式动目标显示处理可以应用大量脉冲（或“延迟线”）来实现所需要的动目标显示多普勒滤波性能。这个时期参差脉冲重复频率的动目标显示得到实用。20世纪50年代，用真空管电路在半自动地面防空指挥系统“赛奇”开始实现的目标自动检测与跟踪（ADT），由于用了固态器件的小型计算机而缩小了尺寸、增加了能力，又由于计算机技术的发展，任何雷达都可拥有自己的自动检测与跟踪功能。
数字处理用于合成孔径雷达（SAR），实现了实时的机载地图成像。高分辨力合成孔径雷达已经移植到民用，并进入空间飞行器。装在海洋卫星上的合成孔径雷达已经获得分辨力为25米×25米的雷达图像，用计算机处理后能提供大量地理、地质和海洋状态信息。
低噪声接收机前端是在20世纪50年代研制成功的，不过由于那时量子放大器和参量放大器的设备复杂及调整不便，未能在大部分雷达中得到应用。20年后，在20世纪70年代，当需要低噪声接收机时，晶体管放大器前端成了受欢迎的技术。●机载雷达成像
在此10年内，由于引入了声表面波延迟线作为把脉冲宽度压缩到几个纳秒的方法，高分辨力脉冲压缩的实用性也得到了提高。
机载飞机监视雷达的重要进步，表现在用改进信号处理的方法，使美国海军的E-2型空中预警机的机载动目标显示（AMTI），升级成具有对陆地上空的飞机目标进行视探测的能力；以及成功开发了美国空军的E-3空中警戒与控制系统（AWAES）的脉冲多普勒雷达。后者的成功是由于有了甚低副辦天线，这样就不致照射到大量不希望观测到的杂波。使天线副辦电平降低两个数量级大小以上的超低副辦（低于主辦电平40分贝）天线是机载脉冲多普勒雷达能研制成功的主要因素之一。在预计雷达会遭受副辦干扰的使用环境中，也需要低副辦天线。
20世纪70年代越南战争期间，在雷达开发工作中出现了一个有趣的副产品，就是用甚高频宽带雷达探测地下坑道。此后，这种雷达一直供探测地下管道和电线电缆等民事应用。
在空间应用方面，雷达用来帮助“阿波罗”飞船在月球上着陆，在卫星方面雷达被用作高度计，测量大地及其表面的不平度。
此时期已经投入正常运转的AN/FPS-108型“丹麦眼镜蛇雷达”是一部有代表性的大型高分辨力相控阵雷达，美国将该雷达用于观测和跟踪苏联堪察加半岛下靶场上空的多个再入弹道导弹的弹头。“鱼叉”和“战斧”系统中用的巡航导弹制导雷达也是这个时期出现的。4.20世纪80年代的雷达
这个年代相控阵技术已大量用于战术雷达，这期间研制成功的雷达主要是相控阵雷达，包括美国陆军的“爱国者”、海军的“宙斯盾”和空军的B-1B系统，它们都已进入了批量生产。●丹麦“眼镜蛇”雷达
L频段和L频段以下的固态发射机已经实用；美国的AN/TPS-59、AN/FPS-117和英国的Martello（有的资料译名为“圆堡”）等L频段三坐标雷达中，晶体三极管发射组件分布于旋转阵列天线阵的各行内；在UHF频段固态发射机方面，美国空军的PAVEPAWS即AN/FPS-115全固态大型相控阵雷达的每个天线单元都带有UHF频段固态发射/接收组件。美国海军中程警戒雷达AN/SPS-40也用集中式UHF固态发射机取代了原来的真空管发射机；在VHF频段，则有美国空间监视（SPASUR）项目的卫星监视系统。●ANFPS-117雷达
气象雷达应用了脉冲多普勒处理技术，在降雨测量中可以包括风速成分，出现了脉冲多普勒气象雷达。
在此10年内，由于甚高速集成电路（VHSIC）开始实用，为实现大幅度改进信号处理能力创造了条件；使雷达能够从获取简单的目标位置数据，进展到获取有关目标特性的更多信息。●ANTPS-59雷达
尽管冷战结束，但局部战争仍然不断，特别是由于海湾战争等高技术局部战争的实践与刺激，雷达又进入了一个新的发展时期。●FPS-115雷达
由于信息技术与空间技术的快速发展与进步，在近期战争中，军事技术先进的国家已开始执行以信息为主导的向对方纵深要害地带实施精准打击的战争打法。因此，在雷达方面，特别是升空雷达方面引起的重大发展和对空防御雷达面临的严重挑战，主要表现在以下主要内容：●载有合成孔径雷达的卫星（1）有人驾驶飞机载、无人机（UAV）载、卫星载的合成孔径雷达（SAR），已成为对敌方纵深要地与军事调动实施精准打击前的侦察与成像探测和打击后的战果评估，以确定下一轮打击的有效手段。
1991年第一次海湾战争中，美国首次应用了安装在E-8型飞机上的空军/陆军联合监视目标攻击雷达系统（JointSTARS或JSTARS）。在代号为“沙漠风暴”的整个战争期间，此系统探测、定位和跟踪了价值很高的对方地面上固定与运动的目标，如“飞毛腿”导弹发射架、行军中的部队、渡河位置、后勤部队位置、部队集结区以及退却路线等，给联军的战场空中指挥与控制中心提供了重要信息，对迅速进行战术决策与指挥攻击机实施打击起了重要作用。●E-8型飞机安装了目标攻击雷达系统
联合监视目标攻击雷达系统是一部远距离（不小于250千米）、空中对地面监视的系统，可用来全天候对地面目标定位、分类与跟踪。在己方空域内，可探测与跟踪对方领域内前线与后方纵深地区内的行动；并且还对直升机、旋转的天线和大型慢速飞机有一定的探测能力。
此系统中所用的雷达是AN/APY-3型，具有合成孔径成像/地面动目标显示功能，工作于X频段（8～10吉赫）的相控阵雷达。7.62米x0.6米的相控阵天线，安装于飞机前部座舱下面狭长的天线罩内。天线波束在方位上电子扫描，视场达120°，而在俯仰方向机械扫描。当载机飞行于9150～12200米高空时，雷达探测覆盖面积达5万平方千米。雷达的主要工作方式有大面积监视、固定目标指示、合成孔径成像、活动目标指示、目标分类等五种，在以合成孔径雷达方式成像时，像素分辨力为3.7米×3.7米。
整套JSTARS系统包括一架装备AN/APY-3雷达的E-8飞机和美国陆军的标准型机动式地面站。雷达获取的目标和战场数据既可提供给飞机上的空军操作人员，也可经数据链提供给地面站内的陆军操作人员。E-8飞机上处理数据的操作人员多达18～28人。●E-8预警机
在20世纪末的高技术常规战争中，利用人造卫星在对方纵深地区执行侦察任务的重大技术贡献是1988年12月由航天飞机发射的美国军事上第一颗实用的“军事测距系统（我国常译为‘长曲棍球’）”。合成孔径雷达成像卫星“长曲棍球”，在1991年1月至2月海湾战争中，与3颗锁眼式KH-11光学与红外成像卫星组成的低轨（轨道低于1000千米）侦察成像卫星星座，成功地把对伊拉克观测的情报图像传给美军各级军事长官。“长曲棍球”卫星SAR成像侦察不但是全天候的，还弥补了KH-11光学、红外成像卫星受气象条件影响的不足；它和E-8与无人机合成孔径雷达成像侦察相比，有星座规模小，对侦察区再访问率低、实时性差的缺点，但它有不受距离限制，适用于广泛地域的成像侦察，并具有对远洋海域中的舰船探测与识别能力和平台的安全性相对较高等优点。低轨卫星SAR侦察平台与机载、无人机载SAR侦察平台相结合的运用，可获得全空域、全天候、实时的全战区精确图像情报，是当代侦察技术与雷达技术的革命性和跨越性发展。●“长曲棍球”卫星
美国于1991年3月8日又用“大力神”火箭发射了“长曲棍球”Ⅱ卫星，1999年3月至6月，北约对南斯拉夫发动的代号为“联盟行动”的军事打击中，使用了2颗“长曲棍球”雷达成像卫星，3颗KH-11光学与红外成像卫星组成星座实施侦察。（2）多功能相控阵雷达已成为21世纪机载火控雷达发展的主要方向。●F-22搭载的APG-77雷达
近代空战中“先敌发现、先敌攻击、先敌杀伤”，已成为空战中获胜的主要手段之一。要做到这点，除了己方战斗机的雷达截面积要设计、制造得足够小之外，还需要己方的机载火控雷达的威力足够大，能比敌机先发现对方。因此，20世纪90年代以来，美、俄等军事大国都把多功能机载相控阵雷达作为新一代战斗机火控雷达的首选类型。美国四代机—为争夺空中优势的隐身战斗机F-22就采用了X频段（8～12吉赫）的AN/APG-77型有源天线、多功能相控阵火控雷达，对雷达截面积平方米目标的检测距离可达约201千米。●F-15机载雷达
直径约为1米的机载电扫描有源天线阵（AESA），有源天线单元约2000个，每个天线发射组件功率为10瓦。该雷达也作为电子支援设备（ESM）对目标进行被动或称无源（Passive）探测，以保持飞机在大多数时间静默；还可执行欺骗式干扰，如距离门拖引（RGPO）和速度门拖引（VCPO）等功能和飞机编队内的数据链（IFDL）等任务。F-22成功的机载电扫描天线的概念不但应用于后来研究的多功能隐身攻击机F/A-35中，而且也推广应用于F/15多阶段改进计划型（F-15MSIP）与F-16批号60（Block60）机型等旧有飞机的技术更新中。
俄罗斯后来开发的Su-47前掠翼战斗机的前半球雷达截面积已低至约0.3平方米。
Su-35、Su-47均可能装备雷达截面积3平方米，目标探测距离达180千米、天线直径为980毫米的Sokol或Zhuk-MS型X频段相控阵火控雷达，并在飞机尾部装有对3平方米目标，探测距离达80千米，天线直径为440毫米的X频段FARAON型相控阵雷达。●SOKOL雷达天线●Su-47头部雷达舱很小（3）近期战争对雷达的挑战，主要表现在：
①对防空雷达的挑战。由于雷达在防空系统中的重要作用，每次新发生的战争都伴随着新形式电子战手段和对雷达攻击升级的挑战。近期战争中，空袭中首要的任务之一就是压制敌方的防空，其手段除了包括传统的电子干扰、飞机直接攻击与反辐射导弹攻击等手段在技术上与战术上不断升级与发展外，1991年海湾战争以来又出现了性能上快速进步的隐身战斗机以及一次性使用的空射战术性能诱饵。后者的目的是通过向对方雷达控制的防空系统投放密集诱饵实施欺骗，诱使对方地空导弹进行无效的发射，与对方飞机进行无效的起飞拦截，消耗、牵制对方防空力量，提高己方攻击机的生存能力；并可使对方暴露地空导弹雷达的位置。而易遭反辐射导弹的打击。1991年海湾战争时，由美国战斗攻击机投放的ADM-141型空射诱饵，可在高度30～1.2万米的空中发射，在最大高度、最小速度时的射程为138千米，这种长度为2～34米的诱饵还可用主动与被动方式增强诱饵的雷达回波。●ADM-141空射诱饵●“飞毛腿”导弹
在目前多手段并用电子战介入的战争环境中，不但对雷达观察隐身目标的能力、反辐射导弹（ARM）与电子战（EW）条件下的生存能力和工作有效性提出了很高的要求，而且对雷达测量目标特征参数和进行目标分类、目标识别也有了更强烈的需求。
②弹道导弹防御的难题促进了雷达技术新时代的发展。1991年的海湾战争，使得战术弹道导弹的防御问题成为军事上急待解决的重点。在这场战争中，伊拉克发射了生产的技术水平并不先进，且无突防措施掩护的“侯赛因”（一般称其引进的苏联原型名称“飞毛腿”）地地近程战术弹道导弹约88枚，攻击沙特阿拉伯与以色列。1991年1枚导弹击中了沙特阿拉伯宰赫兰的一座军营，造成美国士兵28人死亡、100多人受伤，损失惨重。迫使美国用当时最先进的防空系统——“爱国者”（PATRIOT）应急改进为对近程战术弹道导弹拦截的地空导弹系统PAC-2进行布防，但未明显降低被攻击城市的民用设施损失与居民伤亡。
这是因为PAC-2只能在来袭导弹落点附近击中来袭导弹，即使保护了要害设施，坠落的却会有攻、防两枚导弹的残体，反而会带来地面更大的损失。
实战中，除了拦截导弹的因素外，PAC-2原防空系统的制导雷达MPQ-53，对“飞毛腿”导弹的探测能力不强也是原因之一。一个PAC-2导弹连的作战记录是：在约100千米以上距离发现来袭的“飞毛腿”导弹；与来袭导弹交战约在距离16～32千米、高度约3万米处，实际拦截距离为距PAC-210kin-30千米处。致使击中来袭导弹后，碎片也会使受保护的城市遭受不小的损失。
因此PAC-2只能作为保护个别军事目标的“点”防御系统，而不能作为保护城市大范围内安全的“面”防御系统，可以说1991年的海湾战争也进一步刺激了世界范围对能在远距离拦截弹道导弹的“面”防御系统的需求。近年来致力于此方面雷达的有关工作有：●“爱国者”导弹系统的相控雷达车
美国国家导弹防御（NMD）系统在雷达方面进行的作法是，采用预警雷达与新型X频段雷达两种协同工作。尚在计划中的NMD系统内主要雷达，将包括15部大型相控阵雷达，其中6部为工作频率420～450兆赫的早期预警雷达，9部为新型X频段大型相控阵雷达。●MPQ-53雷达
已有的早期预警雷达包括2部在20世纪80年代研制成功的FPS-115，即代号为PAVEPAWS（中国译名为“铺路爪”）的全固态有源相控阵雷达和20世纪60年代初建造的弹道导弹早期预警系统（BMEWS）3部老式雷达于20世纪90年代开始逐步改造成同时能对多发、多方向来袭导弹监视与跟踪的相控阵雷达。NMD计划中，最引人注目的是正在研制与试验中，名为陆基雷达（GBR）的新型X频段有源相控阵雷达。天线直径预计为12.5米，在123平方米的单面阵天线面积内，预计分布有8.1万个发射/接收组件。每个发射组件的峰值功率为10瓦，平均功率为2.1瓦。天线波束电子扫描范围在方位与仰角的视野均只有50°，但可机械转动，左右转动范围达±178°，俯仰范围为0°～90°。●美国铺路爪预警雷达●路基X波段雷达原型
GBR是为区分多批来袭导弹弹头与诱饵及其他假目标，而能有选择地对真弹头正确跟踪而特别设计的新型X频段相控阵雷达。其突出的特点是高的多普勒分辨能力与非常高的空间（角度与距离）分辨力结合，不但可以区分距离或方位上相互靠得很近的目标和滤除有源与无源电子干扰；而且对来袭导弹具有的成像分辨能力可以辨识目标与诱饵，代表了相控阵雷达技术和信号处理技术在新时代发展的水平。
美国研制的战区弹道导弹防御（TMD）系统，对雷达技术有高性能需求的是面防御系统中负责对来袭导弹在大气层外远距离拦截的多功能性。
现在，美国正在研制中的TMD面防御系统，有以陆地为基地与以舰船为基地两种。两种系统都由在大气层外远距离的空间进行高空拦截和在大气层内近距离拦截两个层次的分系统组成，以确保防区安全。研制中的陆基系统包括新型的高空区域防御（THAAD）系统和由“爱国者”改进的3型（PAC-3）大气层内近距离拦截系统组成，海基系统包括新型的海军战区广域战术弹道导弹防御（TBMD）高空远距离拦截系统和山海军导弹巡洋舰与驱逐舰上原有宙斯盾防空系统改装的低空拦截系统（NAD）。●GBR雷达
雷达方面，陆基与海基系统的低空拦截系统多功能相控阵雷达如上所述，是采用已有型号改进的；而高空、远距离拦截用的是新型的X频段相控阵雷达。陆基高空区域防御（THAAD）X频段多功能相控阵雷达，代号也为GBR。
上述研制中的THAAD的X频段有源天线多功能相控阵雷达，又称THAAD的GBR，利用了NMD的GBR在有源天线等方面的研制成果，但天线阵面比前者缩小了很多。
频段：9～10吉赫
性质：固态有源相控阵（单元数25344）
探测距离：＞1000千米
方位覆盖角：110°（方位）
天线尺寸：10平方米（矩形）
波束宽度：水平约0.5°，垂直约1°
峰值发射功率：150～200千瓦
信号带宽：1000兆赫
部署方式：拖车机动式
THAAD的GBR也具有相当高的空间分辨力与目标辨识的能力。
俄罗斯在20世纪90年代研制的弹道导弹防御系统地空导弹制导雷达，技术上与美国基本相同，雷达采用C频段或X频段机动型、多功能相控阵雷达。零点几度的窄天线波束和宽达几百兆赫的发射信号带宽（如A-235系统的带宽达300兆赫）具有很高的空间分辨能力。●车载THAAD雷达（4）毫米波大型宽带雷达已用于弹道导弹和空间目标的目标特性测量与研究的领域。毫米波雷达具有比目前广泛使用的微波雷达可以实现更宽的信号带宽、更高的反映目标径向速度的多普勒频率测量能力、更高的空间分辨能力、更好的小尺寸目标的检测能力。因此具有优良的空间目标探测、分类、辨识潜力。20世纪90年代，行波管、回旋速调管等毫米波高功率器件达到实用水平后，美、俄等国已研制出大型毫米波目标特性测量雷达，如美国的工作于34吉赫、峰值发射功率达60千瓦、最大发射信号带宽达1吉赫、采用行波管发射机代号为MMW的Ka频段单脉冲靶场测量雷达（图1.18）；工作于93～95吉赫、峰值发射功率达80千瓦、最大发射信号带宽为600兆赫、采用回旋速调管发射机，用于对某些低可观测性目标探测的W频段相参、单脉冲先进雷达WARLOR；俄罗斯的工作于34吉赫、峰值发射功率达1MW、发射信号带宽达100兆赫，用于靶场上对外空多目标测量的Ka频段“RUZA”型大型相控阵雷达。
第三节 雷达的工作原理
雷达的原理是雷达设备的发射机通过天线把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；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（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。
一、雷达的基本组成
以脉冲雷达为例说明。脉冲雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机、数据处理机和显示器等若干分系统构成。●雷达天线
发射机产生的雷达信号（通常是重复的窄脉冲串）经由天线辐射到空间，收发开关使天线时分复用于发射和接收。反射物或目标截获并反射一部分雷达信号，其中少量信号沿着雷达的方向返回。雷达天线收集回波信号，经接收机加以放大和滤波，再经信号处理机处理。如果经接收机、信号处理机处理后输出信号幅度足够大，则目标可以被检测（发现）。雷达通常测定目标的方位和距离，但回波信号也包含目标特性的信息。显示器显示经接收机、信号处理机处理后的输出信号，雷达操作员根据显示器的显示判断目标存在与否，或者采用电子设备处理输出的结果，电子设备可以自动判断目标存在与否，并根据发现目标后一段时间内的检测结果建立目标轨迹，后一项功能通常由数据处理机完成。1.发射机
雷达发射机产生辐射所需强度的脉冲信号，脉冲的波形由调制器产生，其波形是具有一定脉冲宽度和重复周期的高频脉冲，当然，某些雷达也采用更加复杂调制的波形。发射机可以是功率放大器，如速调管、行波管、正交场放大器或固态器件等；也可以是功率振荡器件，如磁控管等。
典型的地面对空监视雷达发射机的平均功率是几千瓦，近程雷达的平均功率是毫瓦数量级，而探测空间物体的雷达和高频超视距雷达的平均功率可达兆瓦数量级。基本雷达方程说明，雷达的探测距离与发射功率4次方根成正比。所以，为了将探测距离提高1倍，发射机功率要提高到原来的工6倍。这样的比例关系说明，为提高雷达探测距离应使用的发射功率总量通常要受到实际条件和经济条件的限制。●机载雷达阵列后方是雷达波发射机
发射机不仅要能产生大功率、高稳定的波形，而且常常还要在很宽的频率范围内高效、长时间无故障地工作。发射机输出的能量用波导或其他形式的传输线馈送到天线，经由天线辐射到空间。2.天线
通常，发射机能量由天线聚成一个窄波束辐射到空中。脉冲雷达的天线一般都具有很强的方向性，以便集中辐射能量获得较大的观测距离。同时，天线的方向性越强，天线波束宽度越窄，雷达测角的精度和分辨力也越高。在雷达中，机械控制的抛物面反射面天线和电扫描的平面相控阵天线都得到了广泛的应用。●雷达天线
雷达的天线是收发共用的，天线的切换需要依靠高速开关装置。在发射时，天线与发射机接通，并与接收机断开，以免强大的发射功率进入接收机将接收机高放混频部分烧毁；在接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免微弱的接收功率因发射机旁路而减弱。这种切换装置称为天线收发开关。天线收发开关属于高频馈线中的一部分，通常由高频传输线和放电管组成，或用环行器及隔离器等来实现。3.接收机
天线收集到的回波信号送往接收机。现代雷达接收机几乎都是超外差式，超外差接收机混频器利用本振（LO）将射频（RF）信号转变为中频（IF）信号，在中频对信号进行放大、滤波等。雷达接收机通常由高频放大、混频、中频放大、检波、视频放大等电路所组成。●X波段雷达天线
接收机的首要任务是把微弱的回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时，接收机内部的噪声应尽量小以保证接收机的高灵敏度。因此，接收机的第一级常采用低噪声高频放大器。通常在接收机中也进行一部分信号处理，例如中频放大器的频率特性应设计为发射信号的匹配滤波器，这样就能在中频放大器输出端获得最大的峰值信号噪声功率比（信噪比，即SNR）。对于需要进行较复杂信号处理的雷达，例如需分辨固定杂波和运动目标回波的动目标显示（MTI）雷达，则还需要在典型接收机后接信号处理机。●美国雷神公司生产的ALR-67（V）3型雷达告警接收机
对于普通脉冲雷达而言，中频处理之后可以直接通过包络检波器获取视频信号。视频放大器将信号电平提高到便于显示它所含有信息的程度。在视频放大器的输出端建立一个用于检测判决的门限，若接收机的输出超过该门限则判定有目标。判决可由操作员作出，也可无须操作员的干预而由自动检测设备得出。4.信号处理机
雷达的信号处理究竟主要由哪些部分构成，这个问题一直没有得到普遍的认同。并不是所有雷达都包括信号处理部分。
早期雷达基本不需要单独的信号处理机，全部雷达回波的处理都由雷达接收机完成。雷达接收机进行高频放大、混频、中频放大后就进行检波、视频放大，然后送显示器显示。●雷达回波图
现代雷达（主要是相参雷达）基本上在接收机包络检波前先进行相位检波（又叫相干检波），然后对检波后的同相支路（I通道）信号及正交支路（Q通道）进行信号处理。通常认为，信号处理是消除不需要的信号、杂波及干扰，并通过或加强所关注的目标产生的回波信号。信号处理是在检测判决之前完成的，不同雷达对信号处理的要求不同。信号处理可以包括动目标显示（MTI）以及脉冲多普勒雷达的多普勒滤波等，有时也包括复杂信号的脉冲压缩处理。现代雷达一般在信号处理之后再进行包络检波，获得视频信号。5.数据处理机
检测判决之后的处理称为数据处理。同信号处理机一样，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，简单的数据录取、数据处理工作可以由操作员人工实现，因此不需要专门的数据处理机。
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，而目标识别则是另一实例。最好在能滤除大部分无用信号的雷达中使用自动跟踪系统，这时跟踪系统只需处理目标数据而不涉及杂波。输入端如果还有杂波剩余，则可以采用恒虚警（CFAR）技术来处理。6.显示器
早期显示器可以直接显示由雷达接收机输出的原始视频回波。在通常情况下，接收机中频输出后经检波器取出脉冲调制波形，由视频放大器放大后送到显示器。例如，在平面位置显示器（PPI）上可根据目标亮弧的位置测读目标的距离和方位角两个坐标。
现代雷达的显示器还可以显示经过处理的信息。例如，自动检测和跟踪（ADT）设备先将原始视频信号（接收机或信号处理机输出）按距离方位分辨单元分别积累，而后经门限检测，取出较强的回波信号而消去大部分噪声；对门限检测后的每个目标建立航迹跟踪；最后，按照需要将经过上述处理的回波信息加到终端显示器去。自动检测和跟踪设备的各种功能常要依靠数字计算机来完成。●雷达显示器
二、目标的雷达截面积
雷达是通过接收目标反射的电磁波获得目标信息的。目标的大小和性质不同，对雷达电磁波的散射特性就不同，雷达所能接收到的反射电磁波能量也不一样，因而雷达对不同目标的探测距离各异。为了便于讨论问题、统一表征目标的散射特性和估算雷达作用距离，人们把实际目标等效为一个垂直电波入射方向的截面积，并且这个截面积所截获的入射功率向各个方向均匀散射时，在雷达处产生的电磁波回波功率密度与实际目标所产生的功率密度相同。这个等效面积就称为雷达截面积（RCS）。通常，目标的雷达截面积越大则反射的电磁波信号功率就越强。●隐身飞机造型设计就是为了尽量减少雷达截面积
虽然自20世纪50年代起人们就开始研究电磁波从各种形状和不同尺寸的物体上的反射，但是，时至今日，要精确地计算和预测雷达截面积仍很困难。不过，人们可以从大量的实际测试中对一般目标得出一个大致的平均值。
三、目标位置测量
雷达是以脉冲方式工作的，以一定的重复频率发射脉冲，在天线的扫描过程中，如果天线的辐射区内存在目标，那么雷达就可以接收到目标的反射回波。反射回波是发射脉冲照射到目标上产生的，然后再返回到雷达处口。
目标的角位置是指目标的方位角和俯仰角，在雷达技术中，这两个角的大小是利用天线的方向性来进行测量的。
对大多数两坐标雷达来说，雷达天线在方位上做机械旋转，天线波束在方位上扫描。当天线波束扫过目标时，雷达回波在时间顺序上从无到有，由小变大，再由大变小，然后消失，即天线波束形状对雷达回波幅度进行了调整。
在波束扫描过程中，只有当波束的轴线对准目标，也就是天线法向对准目标时，回波强度才达到最大。当回波最大时，天线位置传感器（如光电轴角编码器、旋转变压器、同频电机和电容传感器等）所指示的方位角即为目标的方位角，这就是所谓最大回波法的测角原理。
另一种测角方法是顺序比较法，即利用相互交叉的两个波束左右交替扫描目标，只有天线方向轴对准目标时，左右两波束接收的回波强度才相等。两波束接收的回波强度相等时，天线所指角度就是目标的角坐标。
如果利用相互覆盖的两个接收波束同时对它们所收到的信号进行幅度比较，那么采用内插方法也可得到目标的角度位置，这种方法又称为单脉冲测角法，它在大多数精密跟踪雷达中获得了广泛的应用。
如果波束在垂直方向上扫描，用上述方法同样可以测定目标的俯仰角。和测距一样，测角也是假设电磁波是以直线传播的。●雷达天线旋转工作
第四节 雷达的应用
因为防御重型军用轰炸机的需要，在20世纪30年代发明了雷达。对雷达军事上的需要或许是雷达最重要的应用及其主要进展（包括民用雷达的进展）的来源。
一、军事应用
军用雷达的主要用途曾是地面、海面和机载空中防御。离开雷达，实施成功的空中防御是不切实际的。在空中防御中，雷达用来进行远程监视、低海拔“弹出”目标的短距探测、武器控制、导弹制导、非合作目标识别和战斗损伤评估。许多武器中的近炸引信也是雷达的一个例子。对军用防空雷达成功的一个极好度量是在反抗其有效性的方法上花费的大量金钱。这包括电子对抗措施和其他方面的电子战、寻的雷达信号的反辐射导弹及低截面积飞机和舰船。雷达在军事上也用在对地面、海面的侦察及海洋监视中。
在战场上，要求雷达具有执行空中监视（包括对飞机、直升机、导弹和无人机的监视）、空中拦截武器控制、敌方武器定位（迫击炮、火炮和火箭）、入侵人员检测和空中交通管制等任务的功能。●武器定位雷达
自从20世纪50年代末出现弹道导弹的威胁后，使用雷达进行弹道导弹防御一直受到关注。远程、高超声速和弹道导弹的小目标尺寸使这个问题具有挑战性。在太空没有防御飞机时的自然杂波问题，但是弹道导弹会出现在大量的外部诱饵中，还伴有其他的由袭击者所发射的用来伴随载有战斗部的再入体的对抗措施。基本的弹道导弹防御问题变成更是目标识别问题，而不是探测和跟踪问题。弹道导弹迫近的预警需要，导致执行这种任务功能的一些不同类型雷达的出现。类似的，也部署了能探测和跟踪卫星的雷达。●超视距雷达
雷达的一个非军用的相关任务是探测和拦截毒品运输。有几种类型的雷达可满足这种需要，包括远程高频超视距雷达。
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