雷达的一些基本介绍

radar,Radar,Radio Detection and Ranging的英文缩写,意思是无线电探测和测距。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测量目标的距离、方向、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理器)和显示器组成。

?警戒雷达、制导雷达、火炮瞄准雷达、机载火控雷达、测高雷达、盲降雷达、地形回避雷达、地形跟踪雷达、成像雷达、气象雷达等。

?圆锥扫描雷达、单脉冲雷达、无源相控阵雷达、有源相控阵雷达、脉冲压缩雷达、频率捷变雷达、MTI雷达、MTD雷达、PD雷达、合成孔径雷达、噪声雷达、冲击雷达、双/多基地雷达、天/地波超视距雷达等。

?米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达、激光/红外雷达等。

?两坐标雷达、三坐标雷达、测速雷达、测高雷达、制导雷达等。

?大家都知道蝙蝠白天躲在黑暗的地方,晚上飞出来寻找食物。然而,为什么它能在黑暗中飞行而不撞到障碍物,比如树或房子?千百年来,人们都说这是因为它的眼睛怕光,但它能在黑暗中看东西。其实这种推测并不十分正确。让我们揭开蝙蝠的秘密。蝙蝠的嘴可以发出我们听不到的声音。这种声音每秒的振荡次数在25000 ~ 70000次之间(人耳每秒能感受到的振动次数约为16 ~ 20000次),超出了人耳能感受到的范围,所以称之为超声波。蝙蝠的听觉器官很特别。它能感觉到这种超声波。当它在黑暗中飞行时,它的嘴经常发出超声波。当声波遇到某个方向的障碍物时,立刻从那个方向反射回来,一部分反射到蝙蝠的耳朵里,它就知道那个方向有障碍物,及时避开。凭经验,它也能知道回声急,障碍物近,回声慢,障碍物远。换句话说,它根据回声的速度来判断障碍物的距离,根据回声的方向来判断障碍物的方向。

?超声波属于机械波,其固有的反射特性可以用来测量距离。同样,同为机械波的声波、水波甚至电磁波(包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、伽马射线)在一定情况下都具有反射特性,雷达使用的就是电磁波。

?电磁波的速度比声波大很多倍,速度是30万公里/秒,想知道这个速度有多快,比如电磁波一秒钟可以绕地球七圈半。另一个有趣的例子是,如果你在录音棚里听唱歌,在你听到歌手的声音之前,声音已经通过电台传播到相当远的地方了。一个离你1000公里远的听众,甚至可以在收音机里听到你面前优美的歌曲。

?所谓定向发射,就是在特定时刻用窄束发射脉冲电磁能量。它有一个重要的优点,就是可以节能。雷达站用小功率就能“看”远,效果不错。比如一个人晚上在大房间看书,不需要用一盏灯把整个大房间都照亮。他只需要一盏台灯就能把光线照在书上,甚至少量的灯泡也足以避免伤害他的眼睛。诚然,此时房间的其余部分是黑暗的,但这并不妨碍阅读,相反,这会让我们更清楚地看到书。

?雷达工作也是如此。因为它把能量集中在一个很小的空间里,所以是“照亮”目标的最佳方式。

?雷达波束应该有多窄?波束越窄,集中在其中的能量越大,发现目标的方向就越正确。假设一架敌机出现在雷达照射的区域。用窄的“针”波束扫描雷达站周围的空间需要多长时间?同时能不能让敌人逃不掉?所花的时间,想必很多。在此期间,任何飞机都可以逃离雷达搜索区域。也就是说,“针”束不合适。波束窄化有一个合理的极限,在于同等程度地满足对雷达的各种要求。对于不同任务的雷达站,解决这个问题的方法是绝对不同的。防空哨雷达站的波束要宽,瞄准火炮的雷达站要窄。在很多情况下,为了满足雷达站特殊任务的需要,波束往往具有特殊的形状。

?从这个角度来看,雷达的基本原理是电磁波的定向发射,电磁波在导体上的反射,电波传播速度的第一正确认识。显然,深入了解和掌握雷达技术是不可或缺的基础。

?通常,无线电广播使用中波或短波。雷达一般工作在超短波或者微波。工作在超短波波段的雷达称为超短波雷达或米波雷达;工作在微波波段的雷达一般称为微波雷达。微波雷达有时又细分为分米波雷达、厘米波雷达和毫米波雷达。

?那么,为什么雷达不能像电台一样工作在中波或短波呢?这是由雷达的工作原理决定的。千里眼只能靠电磁波在目标上的反射来“看见”目标。波浪反射有一个规律:目标越大,反射越强。因此,雷达使用的电磁波波长越短,在飞机或导弹等其他目标上的反射就越强。因此,雷达必须工作在超短波或微波波段,才能有效发挥作用,探测目标。同时,雷达天线是雷达的重要组成部分。如果雷达工作在中波波段,要实现定向发射,必须将几十个甚至上百个能激发电磁波的金属棒排列成阵列天线,这将是一个非常大的天线,在实际应用中既不经济也不可行。所以雷达的工作波长不能太长。

?雷达要想探测到目标,必须要有电磁波。雷达中能在太空中激发电磁波的工具是振子,实际上是金属棒。

?电子在金属棒中来回弹跳的过程叫做电振荡。如果弹跳的过程中没有阻力,这种弹跳会一直持续下去。电子流从金属棒的左端振荡到右端,再从右端回到左端,称为振荡周期,每秒的周期数称为振荡频率。

?金属棒上的电子流速度极快,接近光速,是常数。所以金属越长,电子流来回振荡的时间越长,振荡频率越低。在一个振荡周期中,电子流通过的距离就是波长。很明显,在这段时间内,电子流走过的距离正好是金属棒长度的两倍。换句话说,金属棒的长度正好是波长的一半。因此,这种金属棒常被称为半波振荡器。

?电子流在半波振荡器上的高频电振荡,会在空间激发出同频率的电磁波,以光速离开振荡器,向四面八方飞去;半波振荡器是雷达向太空发射电磁波的装置。相当于在水中搅拌的木块或手电筒的灯泡,起到在水中搅拌水波或向太空发射光波的作用。因为半波振荡器可以向太空发射电磁波,所以有时被称为辐射器。

?电子流在半波振荡器中的来回振荡会遇到阻力。如果不给它提供克服各种阻力的能量,这种振荡很快就会停止。所以雷达里一定有一个机器,可以驱动半波振荡器上的电子流的振荡,按照我们的需要强行进行。这台机器叫雷达发射机。它是半波振荡器的能量来源,相当于手电筒里的电池。

?雷达发射机给半波振荡器提供高频电振荡的能量,半波振荡器在空间激发电磁波。一旦雷达发射机关闭,半波振荡器将停止向太空发射电磁波。所以通过控制发射器的开关,你可以控制电磁波向太空的发射。

?有了发射机和半波振荡器,你就可以向太空发射无线电波。但这种方式发射的无线电波无法用于搜索和探测目标。因为它向太空的各个方向发射无线电波。这些无线电波从各个方向击中目标,并一起反射回来,所以没有办法知道哪个目标在哪个方向。

?如何让雷达只向一个方向发射无线电波?我们知道,如果把手电筒灯泡周围的盖子和反光碗去掉,光秃秃的小灯泡发出的光就没有方向了。有了反光碗和盖子,光线只会朝一个方向射出,反光碗起到了汇聚光波的作用。

?雷达定向发射无线电波的方法和手电筒聚光的方法一样。即不是让半波振荡器直接向太空发射无线电波,而是让它先向一个像大锅一样的反射器发射无线电波,反射器反射的无线电波只会向一个方向发射。这种像大锅一样的反射器叫做抛物面反射器。

?反射器的大小与无线电波的波长密切相关。波长越短,反射器可以越小;波长越长,反射器就越大。否则会对电波的集中产生不好的影响。当然,在同样的波长下,反射器越大,电波的集中度越好。

?半波振子(辐射器)和锅状反射器合二为一,称为雷达天线。这种雷达天线被专门称为抛物面天线。

?对于波长为10cm的微波雷达,其半波振子长度为5cm,抛物面反射器的直径必须达到9m左右,才能使发射的无线电波具有足够的指向性。对于波长为3m的米波雷达,其半波振荡器的长度为1.5m。如果按比例计算,至少要有一个直径270m的大锅,才能让发射的无线电波有足够的指向性。这显然不太实际。因此,对于米波雷达来说,需要另辟蹊径实现电波的定向发射。

?通过实践发现,定向发射也可以通过将几十个甚至上百个半波振子按照一定的规律排列起来实现。而且半波振子数量越多,指向性越好。

?在相同的定向发射性能下,雷达的工作波长越短,雷达天线的尺寸可以越小。但也不能走向另一个极端,说雷达的工作波长越短越好。波长长了,就难了;太短也有缺点。波长过短的无线电波在大气中传播时会遭受很大的损耗。所以,流传不远。所以雷达的工作波长不能太长也不能太短,一般工作在超短波或者微波波段。

?在雷达天线有时间从一个方位转向另一个方位之前,从目标发射的无线电波已经返回到雷达天线。为了知道目标的信息(它的位置、高度、距离等。)从这些反射的无线电波来看,需要有蝙蝠耳朵一样的东西。在雷达上,这部分叫做雷达接收机,是一个特别灵敏的“耳朵”。为了使雷达的探测距离尽可能远,雷达发射机的功率很大。但是从远处目标反射回来的无线电波的功率极小。发射1000Kw的无线电波,到达500km外的战斗机时,从它反射回来的无线电波的功率只是发射功率的极小一部分。当反射的无线电波返回到雷达天线并进入雷达接收器时,反射的无线电波甚至更小。它的功率小于1皮瓦。

?从远处目标反射回来的无线电波信号非常微弱,通常需要放大数百万倍才能在雷达显示屏上观察到。这个放大几百万倍的任务,将由雷达接收机来完成。

?雷达接收机在原理上和普通超外差收音机完全一样。唯一不同的是,它不接收中波或短波无线电广播信号,而是接收目标反射的超短波或微波雷达信号。

?因为雷达的工作频率太高,直接把这么高频率的信号放大几百万倍并不容易。因此,信号进入接收机后,首先要改变其频率,即从较高的超短波或微波波段降低到较低的中频,这就是所谓的变频。降频后的信号被晶体管或电子管组成的多级放大器一次又一次地放大,从而更容易被放大数百万倍。这种经过变频放大的接收机称为超外差接收机。

?用于实时自动显示雷达信息的终端设备是人机界面。雷达显示器通常以雷达图像的形式显示雷达回波中包含的信息,便于操作员理解和操作。传统的雷达图像是接收机直接输出的原始雷达视频或经过信号处理后的雷达视频图像。这叫做展示。计算机处理的雷达数据或综合视频显示的雷达图像称为二次显示。显示器可以同时具有两种显示模式。雷达图像可以插入各种标记信号,如距离标记、角度标记、闸门等。,甚至可以插入或投影叠加的地图背景作为辅助观察手段。为了记录目标信号或选择数据,可以在雷达图像中插入数字数据、标记或符号。雷达显示器还可以综合显示来自其他雷达站或信息源的信息,并添加其他状态和命令指令等。,作为命令和控制显示。与计算机相连的显控台,往往使用键盘、光笔、轨迹球甚至语音输入设备作为人机对话的输入设备。