起源

雷達(dá)的出現(xiàn)，是由于一戰(zhàn)期間當(dāng)時英國和德國交戰(zhàn)時，英國急需一種能探測空中金屬物體的雷達(dá)（技術(shù)）能在反空襲戰(zhàn)中幫助搜尋德國飛機。二戰(zhàn)期間，雷達(dá)就已經(jīng)出現(xiàn)了地對空、空對地（搜索）轟炸、空對空（截?fù)簦┗鹂?、敵我識別功能的雷達(dá)技術(shù)。

二戰(zhàn)以后，雷達(dá)發(fā)展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結(jié)合敵我識別的組合系統(tǒng)、結(jié)合計算機的自動火控系統(tǒng)、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標(biāo)探測與跟蹤等新的雷達(dá)體制。

后來隨著微電子等各個領(lǐng)域科學(xué)進步，雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，其內(nèi)涵和研究內(nèi)容都在不斷地拓展。雷達(dá)的探測手段已經(jīng)由從前的只有雷達(dá)一種探測器發(fā)展到了紅外光、紫外光、激光以及其他光學(xué)探測手段融合協(xié)作。

當(dāng)代雷達(dá)的同時多功能的能力使得戰(zhàn)場指揮員在各種不同的搜索/跟蹤模式下對目標(biāo)進行掃描，并對干擾誤差進行自動修正，而且大多數(shù)的控制功能是在系統(tǒng)內(nèi)部完成的。

自動目標(biāo)識別則可使武器系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮作用，空中預(yù)警機和JSTARS這樣的具有戰(zhàn)場敵我識別能力的綜合雷達(dá)系統(tǒng)實際上已經(jīng)成為了未來戰(zhàn)場上的信息指揮中心。

發(fā)展歷史

1842年，奧地利物理學(xué)家多普勒（Christian Andreas Doppler）率先提出利用多普勒效應(yīng)的多普勒式雷達(dá)。

1864年，英國物理學(xué)家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）推導(dǎo)出可計算電磁波特性的公式。

1886年，德國物理學(xué)家赫茲（Heinerich Hertz）展開研究無線電波的一系列實驗。

1888年赫茲成功利用儀器產(chǎn)生無線電波。

1897年湯姆遜（JJ Thomson）展開對真空管內(nèi)陰極射線的研究。

1904年侯斯美爾（Christian Hülsmeyer）發(fā)明電動鏡（telemobiloscope），是利用無線電波回聲探測的裝置，可防止海上船舶相撞。

1906年德弗瑞斯特（De Forest Lee）發(fā)明真空三極管，是世界上第一種可放大信號的主動電子元件。

1916年馬可尼（ Marconi）和富蘭克林（Franklin）開始研究短波信號反射。

1917年羅伯特·沃特森·瓦特（Robert Watson-Watt）成功設(shè)計雷暴定位裝置。

1922年馬可尼在美國電氣及無線電工程師學(xué)會（American Institutes of Electrical and Radio Engineers）發(fā)表演說，題目是可防止船只相撞的平面角雷達(dá)。

1922年美國泰勒和楊建議在兩艘軍艦上裝備高頻發(fā)射機和接收機以搜索敵艦。

1924年英國阿普利頓和巴尼特通過電離層反射無線電波測量賽（ionosphere）的高度。美國布萊爾和杜夫用脈沖波來測量亥維塞層。

1925年貝爾德（John L. Baird）發(fā)明機動式電視（現(xiàn)代電視的前身）。

1925年伯烈特（Gregory Breit）與杜武（Merle Antony Tuve）合作，第一次成功使用雷達(dá)，把從電離層反射回來的無線電短脈沖顯示在陰極射線管上。

1931年美國海軍研究實驗室利用拍頻原理研制雷達(dá)，開始讓發(fā)射機發(fā)射連續(xù)波，三年后改用脈沖波。

1935年法國古頓研制出用磁控管產(chǎn)生16厘米波長的信號，可以在霧天或黑夜發(fā)現(xiàn)其他船只。這是雷達(dá)和平利用的開始。

1935年英國羅伯特·沃特森·瓦特發(fā)明第一臺實用雷達(dá)。

1936年1月英國羅伯特·沃特森·瓦特在索夫克海岸架起了英國第一個雷達(dá)站。英國空軍又增設(shè)了五個，它們在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。

1937年馬可尼公司替英國加建20個鏈向雷達(dá)站。

1937年美國第一個軍艦雷達(dá)XAF試驗成功。

1937年瓦里安兄弟（Russell and Sigurd Varian）研制成高功率微波振蕩器，又稱速調(diào)管（klystron）。

1939年布特（Henry Boot）與蘭特爾（John T. Randall）發(fā)明電子管，又稱共振穴磁控管（resonant-cavity magnetron ）。

1941年蘇聯(lián)最早在飛機上裝備預(yù)警雷達(dá)。

1943年美國麻省理工學(xué)院研制出機載雷達(dá)平面位置指示器，預(yù)警雷達(dá)。

1944年馬可尼公司成功設(shè)計、開發(fā)并生產(chǎn)「布袋式」（Bagful）系統(tǒng)，以及「地氈式」（Carpet）雷達(dá)干擾系統(tǒng)。前者用來截取德國的無線電通訊，而后者則用來裝備英國皇家空軍（RAF）的轟炸機隊。

1945年二次大戰(zhàn)結(jié)束后，全憑裝有特別設(shè)計的真空管──磁控管的雷達(dá)，盟軍得以打敗德國。

1947年美國貝爾電話實驗室研制出線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)。

50年代中期美國裝備了超距預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)，可以探尋超音速飛機。不久又研制出脈沖多普勒雷達(dá)。

1959年美國通用電器公司研制出彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)，可發(fā)跟蹤3000英里外，600英里高的導(dǎo)彈，預(yù)警時間為20分鐘。

1964年美國裝置了第一個空間軌道監(jiān)視雷達(dá)，用于監(jiān)視人造地球衛(wèi)星或空間飛行器。

1971年加拿大伊朱卡等3人發(fā)明全息矩陣?yán)走_(dá)。與此同時，數(shù)字雷達(dá)技術(shù)在美國出現(xiàn)。

1993年美國曼徹斯特市德雷爾·麥吉爾發(fā)明了多塔查克超智能雷達(dá)。

工作原理

各種雷達(dá)的具體用途和結(jié)構(gòu)不盡相同，但基本形式是一致的，包括:發(fā)射機、發(fā)射天線、接收機、接收天線，處理部分以及顯示器。還有電源設(shè)備、數(shù)據(jù)錄取設(shè)備、抗干擾設(shè)備等輔助設(shè)備。

雷達(dá)所起的作用跟眼睛和耳朵相似，當(dāng)然，它不再是大自然的杰作，同時，它的信息載體是無線電波。 事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波，在真空中傳播的速度都是光速C，差別在于它們各自的頻率和波長不同。其原理是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。

測量速度原理是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對運動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標(biāo)。測量目標(biāo)方位原理是利用天線的尖銳方位波束，通過測量仰角靠窄的仰角波束，從而根據(jù)仰角和距離就能計算出目標(biāo)高度。

測量距離原理是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成雷達(dá)與目標(biāo)的精確距離。

分類

雷達(dá)的種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。一般為軍用雷達(dá)。通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類，如預(yù)警雷達(dá)、搜索警戒雷達(dá)、引導(dǎo)指揮雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、測高雷達(dá)、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)、機載雷達(dá)、無線電測高雷達(dá)、雷達(dá)引信、氣象雷達(dá)、航行管制雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)以及防撞和敵我識別雷達(dá)等。

1.按照雷達(dá)信號形式分類，有脈沖雷達(dá)、連續(xù)波雷達(dá)、脈部壓縮雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等。

2.按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達(dá)、圓錐掃描雷達(dá)和隱蔽圓錐掃描雷達(dá)等。

3.按照目標(biāo)測量的參數(shù)分類，有測高雷達(dá)、二坐標(biāo)雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)和敵我識對雷達(dá)、多站雷達(dá)等。

4.按照雷達(dá)采用的技術(shù)和信號處理的方式有相參積累和非相參積累、動目標(biāo)顯示、動目標(biāo)檢測、脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、邊掃描邊跟蹤雷達(dá)。

5.按照天線掃描方式分類，分為機械掃描雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等。

6.按雷達(dá)頻段分，可分為超視距雷達(dá)、微波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。

其中，相控陣?yán)走_(dá)又稱作相位陣列雷達(dá)，是一種以改變雷達(dá)波相位來改變波束方向的雷達(dá)，因為是以電子方式控制波束而非傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)動天線面方式，故又稱電子掃描雷達(dá)相控陣技術(shù)，早在30年代后期就已經(jīng)出現(xiàn)。1937年，美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣?yán)走_(dá)。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨特的優(yōu)點，得到了更進一步的應(yīng)用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，它已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個重要標(biāo)志。從而，大大提高了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能。在21世紀(jì)，相控陣?yán)走_(dá)隨著科技的不斷發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭兵器的特點，其制造和研究將會更上一層樓。

波段劃分

最早用于搜索雷達(dá)的電磁波波長度為23cm，這一波段被定義為L波段（英語Long的字頭），后來這一波段的中心波長度變?yōu)?2cm。 當(dāng)波長為10cm的電磁波被使用后，其波段被定義為S波段(英語Short的字頭，意為比原有波長短的電磁波）。

在主要使用3cm電磁波的火控雷達(dá)出現(xiàn)后，3cm波長的電磁波被稱為X波段，因為X代表坐標(biāo)上的某點。

為了結(jié)合X波段和S波段的優(yōu)點，逐漸出現(xiàn)了使用中心波長為5cm的雷達(dá)，該波段被稱為C波段（C即Compromise，英語“結(jié)合”一詞的字頭）。

在英國人之后，德國人也開始獨立開發(fā)自己的雷達(dá)，他們選擇1.5cm作為自己雷達(dá)的中心波長。這一波長的電磁波就被稱為K波段（K = Kurz，德語中“短”的字頭）。

“不幸”的是，德國人以其日爾曼民族特有的“精確性”選擇的波長可以被水蒸氣強烈吸收。結(jié)果這一波段的雷達(dá)不能在雨中和有霧的天氣使用。戰(zhàn)后設(shè)計的雷達(dá)為了避免這一吸收峰，通常使用頻率略高于K波段的Ka波段（Ka，即英語K－above的縮寫，意為在K波段之上）和略低（Ku，即英語K－under的縮寫，意為在K波段之下）的波段。

最后，由于最早的雷達(dá)使用的是米波，這一波段被稱為P波段（P為Previous的縮寫，即英語“以往”的字頭）。

該系統(tǒng)十分繁瑣、而且使用不便。終于被一個以實際波長劃分的波分波段系統(tǒng)取代，這兩個系統(tǒng)的換算如下。

原 P波段 = 現(xiàn) A/B波段

原 L波段 = 現(xiàn) C/D 波段

原 S波段 = 現(xiàn) E/F 波段

原 C波段 = 現(xiàn) G/H 波段

原 X波段 = 現(xiàn) I/J 波段

原 K波段 = 現(xiàn) K 波段

應(yīng)用

雷達(dá)的優(yōu)點是白天黑夜均能探測遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，并有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟發(fā)展(如氣象預(yù)報、資源探測、環(huán)境監(jiān)測等)和科學(xué)研究(天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等)。星載和機載合成孔徑雷達(dá)已經(jīng)成為當(dāng)今遙感中十分重要的傳感器。以地面為目標(biāo)的雷達(dá)可以探測地面的精確形狀。其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。雷達(dá)在洪水監(jiān)測、海冰監(jiān)測、土壤濕度調(diào)查、森林資源清查、地質(zhì)調(diào)查等方面也顯示出了很好的應(yīng)用潛力。