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雷 达

 

    是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。雷达是英文radar的音译,意为无线电检测和测距。雷达概念形成于20世纪初。雷达的工作原理,是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)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距,且接收回波是在发射脉冲休止期内,所以接收天线和发射天线可用同一副天线,因而在雷达发展中居主要地位。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测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时,雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同,两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时,雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。 
    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厘米波长的雷达,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。

    雷达的波段

    雷达波段(radar frequency band)是指雷达发射电波的频率范围。其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C/S)。大多数雷达工作在超短波及微波波段,其频率范围在30-300000兆赫,相应波长为10米至1毫米,包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。第二次世界大战期间,为了保密,用大写英文字母表示雷达波段。将230—1000兆赫称为P波段、1000—2000兆赫称为L波段、2000—4000兆赫称为S波段、4000-8000兆赫称为C波段、8000—12500兆赫称为X波段、12.5-18千兆赫称Ku波段、18-26.5千兆赫称K波段、26.5-40千兆赫称Ka波段。

    迄今为止对雷达波段的定义有两种截然不同的方式。较老的一种源于二战期间,它基于波长对雷达波段进行划分。它的定义规则如下:
    L波段:最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm,这一波段被定义为L波段(英语Long的字头),后来这一波段的中心波长变为22cm。
    S波段:当波长为10cm的电磁波被使用后,其波段被定义为S波段(英语Short的字头,意为比原有波长短的电磁波)。

    X波段:在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后,3cm波长的电磁波被称为X波段,因为X代表座标上的某点。
    C波段:为了结合X波段和S波段的优点,逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达,该波段被称为C波段(C即Compromise,英语“结合”一词的字头)。
    K波段:在英国人之后,德国人也开始独立开发自己的雷达,他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段(K = Kurtz,德语中“短”的字头)。“不幸”的是,德国人以其日尔曼民族特有的“精确性”选择的波长可以被水蒸气强烈吸收。结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。战后设计的雷达为了避免这一吸收峰,通常使用比K波段波长略长(Ka,即英语K-above的缩写,意为在K波段之上)和略短(Ku,即英语K-under的缩写,意为在K波段之下)的波段。
    P波段:由于最早的雷达使用的是米波,这一波段被称为P波段(P为Previous的缩写,即英语“以往”的字头)。

 

    二战后雷达的波段有三种标准(见上图),德国标准、美国标准和欧洲标准。由于德国和美国的标准提出的较早,现在大多数使用的是欧洲新标准:

欧洲新标准下的部分波段表

波段 类型 波长[cm] 频率[GHz]
A 米波   <0.25
B 米波   0.25-0.5
C 分米波 30-60 0.5-1
D 分米波 15-30 1-2
E 分米波 30-60 2-3
F 分米波 15-30 3-4
G 分米波 7.5-15 4-6
H 厘米波 4-5 6-8
I 厘米波 3-4 8-10
J 厘米波 1.5-3 10-20
K 厘米波 0.75-1.5 20-40
L 毫米波 0.5-0.75 40-60
M 毫米波 0.3-0.5 60-100
    

    中国的雷达波段

    不知为什么,中国有自己的雷达波段标准,而且不同于其他国家的划分,似乎是界于美国与德国的标准之间。

我国现用的微波分波段代号

摘自《微波技术基础》,西电,廖承恩著

波段代号 标称波长[cm] 频率波长[cm] 波长范围[cm]
L 22 1-2 30-15
S 10 2-4 15-7.5
C 5 4-8 7.5-3.75
X 3 8-12 3.75-2.5
Ku 2 12-18 2.5-1.67
K 1.25 18-27 1.67-1.11
Ka 0.8 27-40 1.11-0.75
U 0.6 40-60 0.75-0.5
V 0.4 60-80 0.5-0.375
W 0.3 80-100 0.375-0.3

美国目前使用的无线电频率表