軍用雷達

雷達是英文Radar的音澤，意為“無線電探測和測距”（Radio Detection and Ranging）。它是利用電磁波對障礙物（目標）的反射特性來發現目標的一種電子設備，通常由收發天線、發射機、接收機和顯示器組成。其工作原理是：首先由雷達發射機發射出一串短促脈衝式的電磁波（稱為人射波）照射目標（譬如一架正在飛行的飛機），並利用雷達接收機接收從目標反射回來的電磁波（稱為回波）。然後根據雷達發射電磁波和接收回波的時間差以及電磁波在空間的傳播速度，計算出雷達到目標的距離，而目標的方向則由雷達接收回波的天線指向角測出。由此即得到目標所在的空間位置，從而可對目標的距離、角度和速度進行跟蹤。因此，雷達能探測到的目標類型非常廣泛，包括飛機、艦艇、裝甲車輛、導彈、衞星以及建築物、橋樑、鐵路、山川、雨雲等。而軍用雷達是專門為特定的軍事用途而設計製造的無線電探測和定位裝置。軍用雷達種類繁多，按其發射接收天線所在位置可分為單基地雷達、雙基地雷達和多基地雷達；按其發射波形分為連續波雷達、調頻連續波雷達和脈衝波雷達；按其裝載的平台可分為地基雷達、機載雷達、艦載雷達和星載雷達；按其使用的波長可分為短波雷達、米波雷達、分米波雷達、微波雷達和毫米波雷達；按其探測的目標類型和目的可分為預警雷達、截獲雷達、跟蹤雷達、制導雷達、尋的雷達、成像雷達和地形迴避雷達等；按其最大有效距離可分為視距雷達和超視距雷達。軍用雷達是獲取陸、海、空、天戰場全天候、全天時戰略和戰術情報的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陸武器系統和指揮自動化系統的首要傳感器。它不但可以預警、截獲、跟蹤、識別、引導攔截空中、海面、地面和外空的各類飛行目標，而且具有依靠空中或外空平台對地大面積固定目標進行成像的能力。目前其分辨率及測量精度雖不及光學和紅外傳感器，但軍用雷達的全天候、全天時以及大空域高數據率的性能則是其他傳感器無法替代的，因而軍用雷達在軍事領域擔負着極其重要的角色，具有廣泛的應用前景。 ^[1] 

典型的雷達是脈衝雷達，主要由天線、收發轉換開關、發射機、接收機、定時器、顯示器、電源等部分組成。發射機產生強功率高頻振盪脈衝。具有方向性的天線，將這種高頻振盪轉變成束狀的電磁波（簡稱波束），以光速在空間傳播。電磁波在傳播過程中遇到目標時，目標受到激勵而產生二次輻射，二次輻射中的一小部分電磁波返回雷達，為天線所收集，稱為回波信號。接收機將回波信號放大和變換後，送到顯示器上顯示，從而探測到目標的存在。為了使雷達能夠在各個方向的廣闊空域內搜索、發現和跟蹤目標，通常採用機械轉動天線或電子控制波束掃描的方法，使天線的定向波束以一定的方式在空間掃描。定時器用於控制雷達各個部分保持同步工作。收發轉換開關可使同一副天線兼作發射和接收之用。電源供給雷達各部分需要的電能。 　目標的距離是根據電磁波從雷達傳播到目標所需要的時間（即回波信號到達時間的一半）和光速（每秒30萬公里）相乘而得的。目標的方位角和仰角是利用天線波束的指向特性測定的。根據目標距離和仰角，可測定目標的高度。當目標與雷達之間存在相對運動時，雷達接收到目標回波的頻率就會產生變化。這種頻移稱為多普勒頻移，它的數值與目標運動速度的徑向分量成正比。據此，即可測定目標的徑向速度。

主要包括:雷達的最大作用距離,最小作用距離，方位角和仰角工作範圍，精確度，分辨力，數據率，反干擾能力，生存能力，機動性、可靠性、維修性和環境適應性；以及雷達的工作體制,載波頻率,發射功率,信號形式，脈衝重複頻率，脈衝寬度,接收機靈敏度,天線的波束形狀和掃描方式,顯示器的形式和數量等。精確度，指雷達測定目標的方位、距離和高度等數據時偏離其實際值的程度。分辨力，指雷達在方位、距離和仰角上分辨兩個相鄰目標的能力。反干擾能力，指雷達抑制敵方施放的有源干擾和無源干擾以及自然界存在的地物、海浪與氣象干擾的能力。通常採取的反干擾措施有：將各種不同頻段、不同類型的雷達組成雷達網，互相利用數據，對干擾飛機進行多站定位；展寬雷達工作頻段，快速電子跳頻，降低天線副瓣電平，增大發射功率、脈衝壓縮、脈衝多普勒濾波等。

雷達有多種不同的分類方法。按照任務不同，可分為：

主要有：①對空情報雷達。用於搜索、監視和識別空中目標。它包括對空警戒雷達、引導雷達和目標指示雷達，還有專門用來探測低空、超低空突防目標的低空雷達。②對海警戒雷達。用於探測海面目標的雷達。一般安裝在各種類型的水面艦艇上或架設在海岸、島嶼上。③機載預警雷達。安裝在預警機上，用於探測空中各種高度上（尤其是低空、超低空）的飛行目標，並引導己方飛機攔截敵機、攻擊敵艦或地面目標。 它具有良好的下視能力和廣闊的探測範圍。 ④超視距雷達。利用短波在電離層與地面之間的跳躍傳播，探測地平線以下的目標（圖2）。它能及早發現剛從地面發射的洲際彈道導彈（見洲際導彈）和超低空飛行的戰略轟炸機等目標，可為防空系統提供較長的預警時間，但精度較低。⑤彈道導彈預警雷達。用來發現洲際、中程和潛地彈道導彈，並測定其瞬時位置、 速度、發射點、彈着點等彈道參數。

主要有：①炮瞄雷達。用於連續測定目標座標的實時數據，通過射擊指揮儀控制火炮瞄準射擊。有地面型和艦載型。②導彈制導雷達。用於引導和控制各種戰術導彈的飛行。有地面型和艦載型。③魚雷攻擊雷達。安裝在魚雷艇和潛艇上,用於測定目標的座標,通過指揮儀控制魚雷攻擊。④機載截擊雷達。安裝在殲擊機上，用於搜索、截獲和跟蹤空中目標，並控制航炮、火箭和導彈瞄準射擊。⑤機載轟炸雷達。安裝在轟炸機上，用於搜索和識別地面或海面目標，並確定投彈位置。⑥末制導雷達。安裝在導彈上，在導彈飛行的末段，自動控制導彈飛向目標。⑦彈道導彈跟蹤雷達。在反導武器系統和導彈靶場測量中，用於連續測定飛行中的彈道導彈的座標、速度，並精確預測其未來位置。 軍用雷達

主要有：①戰場偵察雷達。陸軍偵察分隊用於偵察和監視戰場上敵方運動中的人員和車輛。②炮位偵察校射雷達。 地面炮兵用於偵察敵方火炮發射陣地位置，測定己方彈着點的座標，以校正火炮射擊。③活動目標偵察校射雷達。 用於測定地面或海面的活動目標，並測定炮彈炸點或水柱對目標的偏差以校正地炮或岸炮射擊。④偵察與地形顯示雷達。安裝在飛機上，用於偵察地面、海面的活動目標與固定目標和測繪地形。它採用合成孔徑天線，具有很高的分辨力；所獲得的地形圖像，清晰度與光學攝影相接近。

主要有：①航行雷達。安裝在飛機上，用於觀測飛機前方氣象情況、空中目標和地形地物，以保障飛機安全飛行。②航海雷達。安裝在艦艇上,用於觀測島嶼和海岸目標，以確定艦位,並根據所顯示的航路情況，引導、監督艦艇航行。③地形跟隨與地物迴避雷達。安裝在飛機上，用於保障飛機低空、超低空飛行安全。它和有關機載設備結合起來，可使飛機在飛行過程中保持一定的安全高度，自動避開地形障礙物。④着陸（艦）雷達。在複雜氣象條件下，用於引導飛機安全着陸或着艦。通常架設在機場或航空母艦甲板跑道中段的一側。

有些雷達上還裝有雷達敵我識別系統，用於判定所發現目標的敵我屬性。它由配屬於各種雷達的詢問機和安裝在己方各種飛機、艦艇上的應答機（或詢問應答機）組成，以密碼問答方式完成對目標的識別。

可探測空中雲、雨的狀態，測定雲層的高度和厚度，測定不同大氣層裏的風向、風速和其他氣象要素。它包括測雨雷達、測雲雷達、測風雷達等。此外,按雷達架設位置的不同,可分為地面雷達、機載雷達、艦載雷達、導彈載雷達、航天雷達、氣球載雷達等。按工作頻段不同，可分為米波雷達、分米波雷達、釐米波雷達、毫米波雷達等。按發射信號形式不同，可分為脈衝雷達、連續波雷達、脈衝壓縮雷達等。按天線波束掃描控制方式不同，可分為機械掃描雷達、機電掃描雷達、頻掃雷達和相控陣雷達等。

20世紀20年代末至30年代初，許多國家開展了對雷達的研究。1936年,英國人R.A.沃森-瓦特設計的“本土鏈”對空警戒雷達，部署在英國泰晤士河口附近（圖5）,投入使用。該雷達頻率為22～28兆赫，對飛機的探測距離可達 250公里。到1941年,沿英國海岸線部署了完整的雷達警戒網。1938年，英國又研製出最早的機載對海搜索雷達ASV MarkⅡ。同年,美國海軍研製出最早的艦載警戒雷達XAF，安裝在“紐約”號戰列艦上，對飛機的探測距離為137公里,對艦艇的探測距離大於20公里。在此期間，蘇聯、德國、日本等國也各自研製出本國的雷達用於戰爭。 20世紀40年代，由於微波多腔磁控管的研製成功和微波技術的發展，出現了微波雷達。它具有測量精度高、體積小、操作靈活等優點，因而雷達的用途逐步擴大到武器控制、炮位偵察、投彈瞄準等方面。美國在1943年中期研製成最早的微波炮瞄雷達AN/SCR-584，工作波長為10釐米，測距精度為±22.8米，測角精度為±0.06度，它與指揮儀配合，大大提高了高炮射擊的命中率。1944年,德國發射V-1導彈襲擊倫敦時,最初英國擊落一枚V-1導彈平均需要發射上千發炮彈，而使用這種炮瞄雷達後，平均僅需50餘發炮彈。

50～60年代，航空和空間技術迅速發展，超音速飛機、導彈、人造衞星和宇宙飛船等都以雷達作為探測和控制的重要手段。60年代中期以來研製的反洲際彈道導彈系統，使雷達在探測距離、跟蹤精度、分辨能力和目標容量等方面獲得了進一步提高。

軍用雷達要完成的基本功能主要是：

（1）目標檢測，在雷達觀測空域內確定有無感興趣的目標；

（2）目標參數測量，亦稱目標參數估計，用於確定目標位置，運動參數和提取其他目標特徵參數；

（3）目標分類、識別，用於確定目標類型，分辨真假目標等。

為了實現這些日益增高的新要求，各項雷達新技術獲得了很大發展，並逐漸應用於各類先進雷達之中。這些新技術主要表現在以下9個方面：

（1）雷達頻段的擴展

在頻率的高端，向毫米波、紅外、激光雷達擴展；在低端則向VHF、UHF與HF（短波）波段擴展。

（2）雷達自動目標識別（ATa）

根據雷達觀測數據及從雷達回波中提取的特徵，對目標進行分類、識別、判別屬性是實現戰場管理，精確打擊的重要條件，是當今雷達發展重大課題。

（3）雷達成像技術

採用大的瞬時帶寬信號，可獲得目標的距離高分辨一維像，再利用目標不同部位回波中多普勒頻移的差異獲得目標在角度上的高分辨率，即利用合成孔徑雷達（SAR）和逆合成孔徑雷達（ISAR）的原理可獲得很高的二維分辨能力，實現目標的距離一角度二維成像，並可能獲取目標在地面高度和距離方面的二維像、探測林中隱蔽目標，甚至探測地下目標，這極大地拓展了雷達的應用範圍。

（4）超低副瓣天線技術

高增益、超低副瓣天線（最大副瓣低於一40 dB）是雷達抗干擾、抗ARM，抗雜波的關鍵技術。

（5）超寬帶雷達技術

雷達信號的瞬時相對帶寬大於25%的雷達稱為超寬帶雷達。超寬帶雷達在目標識別、雷達成像、抗幹

擾、抗ARM等方面均有重要意義。

（6）相控陣天線技術

除超低副瓣相控陣天線外，有源相控陣天線，共形相控陣天線和寬帶相控陣天線的發展有重要意義。有源相控陣天線中每一個天線單元均有一個發射/接收組件（T/R組件），具有高性能、高可靠、低成本的T/R組件，數字波束形成（DBF），自適應波束形成，大時寬帶積信號的數字產生與數字處理等技術正在快速發展，並在相控陣天線的大量採用是降低先進雷達成本的重要措施。

（7）先進的信號處理與數據處理技術

隨着計算機、集成電路技術的飛速發展，高速、大容量並行處理的實時處理成為可能。將其用於相控陣天線，可實現自適應數字波束形成。這將天線理論與信號處理相結合，出現了具有多種自適應能力的信號處理天線，為提高雷達的性能提供了新的潛力。

（8）雷達系統建模與仿真技術

利用現今迅速發展的計算機技術和仿真技術，可以在雷達研製過程中的設計階段，合理確定各項戰術技術指標，協調各分系統之間的指標分配、優化雷達系統設計，縮短雷達設計週期；在系統軟件優化和系統性能評估中仿真技術更有重要作用。採用先進的雷達系統建模與仿真技術是克服先進雷達研製週期長，技術風險大，成本高的關鍵措施。

（9）雷達新工藝，新結構，新材料

為實現雷達的高機動能力，解決在一些複雜平台上安裝所遇到的體積、重量的限制和惡劣物理環境的影響，解決大功率散熱問題等，都要依賴於新工藝，新結構和新材料。同時，這些新技術也是提高雷達性能，縮短雷達研製週期，降低成本的重要措施 ^[2]  。

雷達的工作頻段將繼續向電磁頻譜的兩端擴展；應用微電子學和固態技術成果，將實現雷達的小型化；利用計算機管理和控制雷達，將實現操作、校準、性能和故障檢測的自動化，並發展自適應抗干擾技術；在中小型地面、艦載、機載雷達中，相控陣技術將獲得廣泛應用,以實現雷達的多功能;將提高雷達對目標實際形象、尺寸大小、運動姿態和誘餌識別的能力，增強雷達抗核襲擊和抗反輻射導彈摧毀的能力；並將發展新的雷達體制如多基地雷達、無源雷達、擴頻雷達、噪聲雷達等。