雷達在陸地、空中和海上的應用（一）

使用多年的雷達技術仍是當今軍隊的關鍵戰術。那雷達技術的基本原理是什么？本文就帶你從入門開始了解雷達。

雷達是無線電探測和測距的統稱，其歷史可以追溯到20世紀早期。它最初是為軍事服務開發的，后來在第二次世界大戰中被用于戰爭。自早期以來，雷達技術已經發生了巨大的變化。如今，雷達不僅應用于軍事，還有許多民用用途。

像上面所說的，雷達技術最初是為軍事目的而開發的。今天，陸地、空中和海上的軍事應用都依賴于雷達，因此軍事服務仍是它的主要應用領域。其中包括威脅探測，導彈制導，空中和海上導航等。

盡管雷達技術隨著時間的推移而改變，但其總體概念仍保持不變。典型的雷達系統由發射器和接收器組成。發射器的作用是向目標物體方向發射信號，該目標可以在離發射器很遠的位置。因此這個信號必須足夠強，以到達預定目標的位置。

當發射信號到達目標時，部分信號被反射，然后被雷達接收器檢測到，這種反射信號也稱為回波。為了成功探測遠程目標，雷達接收器必須高度靈敏。一旦接收器檢測到反射信號，就可以獲得關于目標的各種類型的信息。這些信息包括目標的大小、距離、位置和速度。圖1為一個基本的雷達系統。

1、典型雷達系統運行情況

雷達也在不同的頻段上工作。下表列出了不同的雷達頻段。

雷達方程

接收器輸入端的檢測信號明顯弱于發送信號。該接收信號的功率級由幾個因素決定，可以通過以下方程（也稱為雷達方程）進行數學定義：

pt＝傳輸功率

G＝天線增益

λ＝發射信號的波長

σ＝雷達截面

R＝天線與目標之間的距離（距離）

該方程表明發射和接收天線是相同的，通常被稱為單基地雷達系統。雙基地雷達系統使用獨立的天線進行發射和接收。

當發射信號擊中目標時，能量被分散到各個方向，部分能量重新折回雷達系統。雷達散射截面（RCS）是一個重要的雷達參數，它決定了目標反射能量的大小。RCS的單位是m2。

因此，雷達接收器必須非常靈敏，以便能夠檢測遠距離目標反射的信號。由于所有接收器都會產生一定量的噪聲，當信號通過接收器時，信噪比會降低。成功檢測反射信號需要使接收器輸出最小信噪比。

最小信噪比對應信號的最小功率級，該信號可應用于接收器的輸入以進行適當的檢測。如果已知最小功率級，就可以重新排列雷達方程，以確定雷達系統的最大射程。該方程式如下：

PEmin ＝接收器輸入端的最小功率電平

應說明的是，圖中所示的最大目標距離方程用簡化術語描述了雷達性能。而傳播效果等其他因素也會影響性能。

確定范圍和徑向速度

范圍由發射信號傳播到目標再返回接收器所需要的時間來確定。目標的徑向速度與多普勒頻移有關。從本質上說，移動目標所產生的返回信號頻率與發送信號頻率不同。該頻率稱為多普勒頻率（fd），可以通過以下方程來定義：

v＝目標的徑向速度

fo＝發送信號的頻率

C＝光速

正多普勒頻率表示接近雷達系統目標，負多普勒頻率表示遠離目標。因此，當目標接近雷達系統時，接收信號的頻率等于發射信號的頻率加上多普勒頻率。當目標遠離雷達時，接收信號的頻率等于發射信號的頻率減去多普勒頻率。

連續波雷達信號

發射連續波信號的雷達系統可以確定目標速度，速度是由多普勒頻率決定的，基于連續波的雷達系統雖然能確定目標速度，但由于缺乏定時基準，無法獲取目標距離信息。

頻率調制連續波信號本質上是一個頻率變化的波形。與連續波信號相比，利用頻率調制連續波信號的雷達系統可以確定目標的速度和距離。

脈沖射頻信號

脈沖射頻信號是雷達應用中較為常見的信號形式，脈沖射頻信號可以描述為周期性的射頻能量爆發，因為信號是在一段時間內“打開”，然后在另一段時間內“關閉”。

圖2為理想脈沖，圖3為理想脈沖射頻信號。脈沖有許多特性定義，如峰值功率、平均功率、脈沖重復頻率、脈沖重復間隔、脈沖寬度、占空比、上升時間和下降時間。這些脈沖特性對雷達系統本身的性能非常重要。

2、理想脈沖

3、脈沖調制射頻信號是雷達應用中常用的一種信號

脈沖重復頻率是產生脈沖的速率。與它成反比的脈沖重復間隔可以描述為脈沖之間的時間間隔。雷達參數的最大明確范圍也非常重要，它由脈沖重復間隔確定。最大明確范圍可以定義為脈沖到達目標的最大距離，以便在發送下一個脈沖之前接收到回波。位于該距離之外的目標可能導致模糊的回波響應，因為在先前發送的脈沖被反射回接收器之前，會先發送新的脈沖。因此，增加脈沖重復間隔會增加明確的范圍，其數學定義如下：

C＝光速

分辨率是雷達的另一個重要參數。分辨率決定了雷達系統能在多大程度上區分兩個不同的目標。換句話說，兩個彼此接近的目標可能與雷達系統有一定距離，一個具有足夠分辨率的雷達系統將能夠區分兩個目標。但是，如果分辨率不夠，雷達系統只能看到一個錯誤目標，而不能正確看到兩個獨立的目標。

減小發射信號的脈沖寬度可以提高雷達系統的分辨率。然而，減小脈沖寬度也會對可傳輸的功率量產生限制，從而限制雷達系統的范圍。通過增加發射信號的脈沖寬度，可以實現較長的距離。短脈沖允許更好的分辨率，而長脈沖允許更長的范圍，因此，雷達性能方面的權衡非常重要。