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      雷 達

       

          是利用微波波段電磁波探測目標的電子設備。雷達是英文radar的音譯,意為無線電檢測和測距。雷達概念形成于20世紀初。雷達的工作原理,是設備的發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;雷達天線接收此反射波,送至接收設備進行處理,提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離,距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。雷達分為連續波雷達和脈沖雷達兩大類。脈沖雷達因容易實現精確測距,且接收回波是在發射脈沖休止期內,所以接收天線和發射天線可用同一副天線,因而在雷達發展中居主要地位。測量距離實際是測量發射脈沖與回波脈沖之間的時間差,因電磁波以光速傳播,據此就能換算成目標的精確距離。目標方位是利用天線的尖銳方位波束測量。仰角靠窄的仰角波束測量。根據仰角和距離就能計算出目標高度。當雷達和目標之間有相對運動時,雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同,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與目標之間的距離變化率。當目標與干擾雜波同時存在于雷達的同一空間分辨單元內時,雷達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。雷達的優點是白天黑夜均能探測遠距離的目標,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,而且廣泛應用于社會經濟發展(如氣象預報、資源探測、環境監測等)和科學研究(天體研究、大氣物理、電離層結構研究等)。星載和機載合成孔徑雷達已經成為當今遙感中十分重要的傳感器。其空間分辨力可達幾米到幾十米,且與距離無關。雷達在洪水監測、海冰監測、土壤濕度調查、森林資源清查、地質調查等方面顯示了很好的應用潛力。 
          1922年美國泰勒和楊建議在兩艘軍艦上裝備高頻發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層的高度。美國布萊爾和杜夫用脈沖波來測量亥維塞層。1931年美國海軍研究實驗室利用拍頻原理研制雷達,開始讓發射機發射連續波,三年后改用脈沖波。1935年法國古頓研制出用磁控管產生16厘米波長的雷達,可以在霧天或黑夜發現其他船只。這是雷達和平利用的開始。1936年1月英國W·瓦特在索夫克海岸架起了英國第一個雷達站。英國空軍又增設了五個,它們在第二次世界大戰中發揮了重要作用。1937年美國第一個軍艦雷達XAF試驗成功。 1941年蘇聯最早在飛機上裝備預警雷達。1943年美國麻省理工學院研制出機載雷達平面位置指示器,可將運動中的飛機柏攝下來,他膠發明了可同時分辨幾十個目標的微波預警雷達。1947年美國貝爾電話實驗室研制出線性調頻脈沖雷達。50年代中期美國裝備了超距預警雷達系統,可以探尋超音速飛機。不久又研制出脈沖多普勒雷達。1959年美國通用電器公司研制出彈道導彈預警雷達系統,可發跟蹤3000英里外,600英里高的導彈,預警時間為20分鐘。1964年美國裝置了第一個空間軌道監視雷達,用于監視人造地球衛星或空間飛行器。1971年加拿大伊朱卡等3人發明全息矩陣雷達。與此同時,數字雷達技術在美國出現。
          雷達按照用途可以分為軍用雷達和民用雷達,軍用雷達包括警戒雷達,制導雷達,敵我識別等;而民用雷達包括導航雷達,氣象雷達,測速雷達等。

          雷達的波段

          雷達波段(radar frequency band)是指雷達發射電波的頻率范圍。其度量單位是赫茲(Hz)或周/秒(C/S)。大多數雷達工作在超短波及微波波段,其頻率范圍在30-300000兆赫,相應波長為10米至1毫米,包括甚高頻(VHF)、特高頻(UHF)、超高頻(SHF)、極高頻(EHF)4個波段。第二次世界大戰期間,為了保密,用大寫英文字母表示雷達波段。將230—1000兆赫稱為P波段、1000—2000兆赫稱為L波段、2000—4000兆赫稱為S波段、4000-8000兆赫稱為C波段、8000—12500兆赫稱為X波段、12.5-18千兆赫稱Ku波段、18-26.5千兆赫稱K波段、26.5-40千兆赫稱Ka波段。

          迄今為止對雷達波段的定義有兩種截然不同的方式。較老的一種源于二戰期間,它基于波長對雷達波段進行劃分。它的定義規則如下:
          L波段:最早用于搜索雷達的電磁波波長為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變為22cm。
          S波段:當波長為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)。

          X波段:在主要使用3cm電磁波的火控雷達出現后,3cm波長的電磁波被稱為X波段,因為X代表座標上的某點。
          C波段:為了結合X波段和S波段的優點,逐漸出現了使用中心波長為5cm的雷達,該波段被稱為C波段(C即Compromise,英語“結合”一詞的字頭)。
          K波段:在英國人之后,德國人也開始獨立開發自己的雷達,他們選擇1.5cm作為自己雷達的中心波長。這一波長的電磁波就被稱為K波段(K = Kurtz,德語中“短”的字頭)!安恍摇钡氖,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。結果這一波段的雷達不能在雨中和有霧的天氣使用。戰后設計的雷達為了避免這一吸收峰,通常使用比K波段波長略長(Ka,即英語K-above的縮寫,意為在K波段之上)和略短(Ku,即英語K-under的縮寫,意為在K波段之下)的波段。
          P波段:由于最早的雷達使用的是米波,這一波段被稱為P波段(P為Previous的縮寫,即英語“以往”的字頭)。

       

          二戰后雷達的波段有三種標準(見上圖),德國標準、美國標準和歐洲標準。由于德國和美國的標準提出的較早,現在大多數使用的是歐洲新標準:

      歐洲新標準下的部分波段表

      波段 類型 波長[cm] 頻率[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
          

          中國的雷達波段

          不知為什么,中國有自己的雷達波段標準,而且不同于其他國家的劃分,似乎是界于美國與德國的標準之間。

      我國現用的微波分波段代號

      摘自《微波技術基礎》,西電,廖承恩著

      波段代號 標稱波長[cm] 頻率波長[cm] 波長范圍[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

      美國目前使用的無線電頻率表

       
         

       

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