[科普中国]-军用雷达

军用雷达是利用电磁波探测目标的军用电子装备。雷达发射的电磁波照射目标并接收其回波，由此来发现目标并测定位置、运动方向和速度及其它特性。

简介雷达是英文Radar的音泽，意为“无线电探测和测距”（Radio Detectiori and Ranging）。它是利用电磁波对障碍物（目标）的反射特性来发现目标的一种电子设备，通常由收发天线、发射机、接收机和显示器组成。其工作原理是：首先由雷达发射机发射出一串短促脉冲式的电磁波（称为人射波）照射目标（譬如一架正在飞行的飞机），并利用雷达接收机接收从目标反射回来的电磁波（称为回波）。然后根据雷达发射电磁波和接收回波的时间差以及电磁波在空间的传播速度，计算出雷达到目标的距离，而目标的方向则由雷达接收回波的天线指向角测出。由此即得到目标所在的空间位置，从而可对目标的距离、角度和速度进行跟踪。因此，雷达能探测到的目标类型非常广泛，包括飞机、舰艇、装甲车辆、导弹、卫星以及建筑物、桥梁、铁路、山川、雨云等。而军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置。军用雷达种类繁多，按其发射接收天线所在位置可分为单基地雷达、双基地雷达和多基地雷达；按其发射波形分为连续波雷达、调频连续波雷达和脉冲波雷达；按其装载的平台可分为地基雷达、机载雷达、舰载雷达和星载雷达；按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达、微波雷达和毫米波雷达；按其探测的目标类型和目的可分为预警雷达、截获雷达、跟踪雷达、制导雷达、寻的雷达、成像雷达和地形回避雷达等；按其最大有效距离可分为视距雷达和超视距雷达。军用雷达是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要传感器。它不但可以预警、截获、跟踪、识别、引导拦截空中、海面、地面和外空的各类飞行目标，而且具有依靠空中或外空平台对地大面积固定目标进行成像的能力。目前其分辨率及测量精度虽不及光学和红外传感器，但军用雷达的全天候、全天时以及大空域高数据率的性能则是其他传感器无法替代的，因而军用雷达在军事领域担负着极其重要的角色，具有广泛的应用前景。1

原理和组成典型的雷达是脉冲雷达，主要由天线、收发转换开关、发射机、接收机、定时器、显示器、电源等部分组成。发射机产生强功率高频振荡脉冲。具有方向性的天线，将这种高频振荡转变成束状的电磁波（简称波束），以光速在空间传播。电磁波在传播过程中遇到目标时，目标受到激励而产生二次辐射，二次辐射中的一小部分电磁波返回雷达，为天线所收集，称为回波信号。接收机将回波信号放大和变换后，送到显示器上显示，从而探测到目标的存在。为了使雷达能够在各个方向的广阔空域内搜索、发现和跟踪目标，通常采用机械转动天线或电子控制波束扫描的方法，使天线的定向波束以一定的方式在空间扫描。定时器用于控制雷达各个部分保持同步工作。收发转换开关可使同一副天线兼作发射和接收之用。电源供给雷达各部分需要的电能。 目标的距离是根据电磁波从雷达传播到目标所需要的时间（即回波信号到达时间的一半）和光速（每秒30万公里）相乘而得的。目标的方位角和仰角是利用天线波束的指向特性测定的。根据目标距离和仰角，可测定目标的高度。当目标与雷达之间存在相对运动时，雷达接收到目标回波的频率就会产生变化。这种频移称为多普勒频移，它的数值与目标运动速度的径向分量成正比。据此，即可测定目标的径向速度。

战术技术性能主要包括:雷达的最大作用距离,最小作用距离，方位角和仰角工作范围，精确度，分辨力，数据率，反干扰能力，生存能力，机动性、可靠性、维修性和环境适应性；以及雷达的工作体制,载波频率,发射功率,信号形式，脉冲重复频率，脉冲宽度,接收机灵敏度,天线的波束形状和扫描方式,显示器的形式和数量等。精确度，指雷达测定目标的方位、距离和高度等数据时偏离其实际值的程度。分辨力，指雷达在方位、距离和仰角上分辨两个相邻目标的能力。反干扰能力，指雷达抑制敌方施放的有源干扰和无源干扰以及自然界存在的地物、海浪与气象干扰的能力。通常采取的反干扰措施有：将各种不同频段、不同类型的雷达组成雷达网，互相利用数据，对干扰飞机进行多站定位；展宽雷达工作频段，快速电子跳频，降低天线副瓣电平，增大发射功率、脉冲压缩、脉冲多普勒滤波等。

分类雷达有多种不同的分类方法。按照任务不同，可分为：

用于警戒和引导的雷达

主要有：①对空情报雷达。用于搜索、监视和识别空中目标。它包括对空警戒雷达、引导雷达和目标指示雷达，还有专门用来探测低空、超低空突防目标的低空雷达。②对海警戒雷达。用于探测海面目标的雷达。一般安装在各种类型的水面舰艇上或架设在海岸、岛屿上。③机载预警雷达。安装在预警机上，用于探测空中各种高度上（尤其是低空、超低空）的飞行目标，并引导己方飞机拦截敌机、攻击敌舰或地面目标。 它具有良好的下视能力和广阔的探测范围。 ④超视距雷达。利用短波在电离层与地面之间的跳跃传播，探测地平线以下的目标（图2）。它能及早发现刚从地面发射的洲际弹道导弹（见洲际导弹）和超低空飞行的战略轰炸机等目标，可为防空系统提供较长的预警时间，但精度较低。⑤弹道导弹预警雷达。用来发现洲际、中程和潜地弹道导弹，并测定其瞬时位置、 速度、发射点、弹着点等弹道参数。

用于武器控制的雷达

主要有：①炮瞄雷达。用于连续测定目标坐标的实时数据，通过射击指挥仪控制火炮瞄准射击。有地面型和舰载型。②导弹制导雷达。用于引导和控制各种战术导弹的飞行。有地面型和舰载型。③鱼雷攻击雷达。安装在鱼雷艇和潜艇上,用于测定目标的坐标,通过指挥仪控制鱼雷攻击。④机载截击雷达。安装在歼击机上，用于搜索、截获和跟踪空中目标，并控制航炮、火箭和导弹瞄准射击。⑤机载轰炸雷达。安装在轰炸机上，用于搜索和识别地面或海面目标，并确定投弹位置。⑥末制导雷达。安装在导弹上，在导弹飞行的末段，自动控制导弹飞向目标。⑦弹道导弹跟踪雷达。在反导武器系统和导弹靶场测量中，用于连续测定飞行中的弹道导弹的坐标、速度，并精确预测其未来位置。 军用雷达

用于侦察的雷达

主要有：①战场侦察雷达。陆军侦察分队用于侦察和监视战场上敌方运动中的人员和车辆。②炮位侦察校射雷达。 地面炮兵用于侦察敌方火炮发射阵地位置，测定己方弹着点的坐标，以校正火炮射击。③活动目标侦察校射雷达。 用于测定地面或海面的活动目标，并测定炮弹炸点或水柱对目标的偏差以校正地炮或岸炮射击。④侦察与地形显示雷达。安装在飞机上，用于侦察地面、海面的活动目标与固定目标和测绘地形。它采用合成孔径天线，具有很高的分辨力；所获得的地形图像，清晰度与光学摄影相接近。

用于航行保障的雷达

主要有：①航行雷达。安装在飞机上，用于观测飞机前方气象情况、空中目标和地形地物，以保障飞机安全飞行。②航海雷达。安装在舰艇上,用于观测岛屿和海岸目标，以确定舰位,并根据所显示的航路情况，引导、监督舰艇航行。③地形跟随与地物回避雷达。安装在飞机上，用于保障飞机低空、超低空飞行安全。它和有关机载设备结合起来，可使飞机在飞行过程中保持一定的安全高度，自动避开地形障碍物。④着陆（舰）雷达。在复杂气象条件下，用于引导飞机安全着陆或着舰。通常架设在机场或航空母舰甲板跑道中段的一侧。

有些雷达上还装有雷达敌我识别系统，用于判定所发现目标的敌我属性。它由配属于各种雷达的询问机和安装在己方各种飞机、舰艇上的应答机（或询问应答机）组成，以密码问答方式完成对目标的识别。

用于气象观测的雷达

可探测空中云、雨的状态，测定云层的高度和厚度，测定不同大气层里的风向、风速和其他气象要素。它包括测雨雷达、测云雷达、测风雷达等。此外,按雷达架设位置的不同,可分为地面雷达、机载雷达、舰载雷达、导弹载雷达、航天雷达、气球载雷达等。按工作频段不同，可分为米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达等。按发射信号形式不同，可分为脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达等。按天线波束扫描控制方式不同，可分为机械扫描雷达、机电扫描雷达、频扫雷达和相控阵雷达等。

简史20世纪20年代末至30年代初，许多国家开展了对雷达的研究。1936年,英国人R.A.沃森-瓦特设计的“本土链”对空警戒雷达，部署在英国泰晤士河口附近（图5）,投入使用。该雷达频率为22～28兆赫，对飞机的探测距离可达 250公里。到1941年,沿英国海岸线部署了完整的雷达警戒网。1938年，英国又研制出最早的机载对海搜索雷达ASV MarkⅡ。同年,美国海军研制出最早的舰载警戒雷达XAF，安装在“纽约”号战列舰上，对飞机的探测距离为137公里,对舰艇的探测距离大于20公里。在此期间，苏联、德国、日本等国也各自研制出本国的雷达用于战争。 20世纪40年代，由于微波多腔磁控管的研制成功和微波技术的发展，出现了微波雷达。它具有测量精度高、体积小、操作灵活等优点，因而雷达的用途逐步扩大到武器控制、炮位侦察、投弹瞄准等方面。美国在1943年中期研制成最早的微波炮瞄雷达AN/SCR-584，工作波长为10厘米，测距精度为±22.8米，测角精度为±0.06度，它与指挥仪配合，大大提高了高炮射击的命中率。1944年,德国发射V-1导弹袭击伦敦时,最初英国击落一枚V-1导弹平均需要发射上千发炮弹，而使用这种炮瞄雷达后，平均仅需50余发炮弹。

50～60年代，航空和空间技术迅速发展，超音速飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等都以雷达作为探测和控制的重要手段。60年代中期以来研制的反洲际弹道导弹系统，使雷达在探测距离、跟踪精度、分辨能力和目标容量等方面获得了进一步提高。

功能军用雷达要完成的基本功能主要是：

（1）目标检测，在雷达观测空域内确定有无感兴趣的目标；

（2）目标参数测量，亦称目标参数估计，用于确定目标位置，运动参数和提取其他目标特征参数；

（3）目标分类、识别，用于确定目标类型，分辨真假目标等。

技术应用为了实现这些日益增高的新要求，各项雷达新技术获得了很大发展，并逐渐应用于各类先进雷达之中。这些新技术主要表现在以下9个方面：

（1）雷达频段的扩展

在频率的高端，向毫米波、红外、激光雷达扩展；在低端则向VHF、UHF与HF（短波）波段扩展。

（2）雷达自动目标识别（ATa）

根据雷达观测数据及从雷达回波中提取的特征，对目标进行分类、识别、判别属性是实现战场管理，精确打击的重要条件，是当今雷达发展重大课题。

（3）雷达成像技术

采用大的瞬时带宽信号，可获得目标的距离高分辨一维像，再利用目标不同部位回波中多普勒频移的差异获得目标在角度上的高分辨率，即利用合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达（ISAR）的原理可获得很高的二维分辨能力，实现目标的距离一角度二维成像，并可能获取目标在地面高度和距离方面的二维像、探测林中隐蔽目标，甚至探测地下目标，这极大地拓展了雷达的应用范围。

（4）超低副瓣天线技术

高增益、超低副瓣天线（最大副瓣低于一40 dB）是雷达抗干扰、抗ARM，抗杂波的关键技术。

（5）超宽带雷达技术

雷达信号的瞬时相对带宽大于25%的雷达称为超宽带雷达。超宽带雷达在目标识别、雷达成像、抗干

扰、抗ARM等方面均有重要意义。

（6）相控阵天线技术

除超低副瓣相控阵天线外，有源相控阵天线，共形相控阵天线和宽带相控阵天线的发展有重要意义。有源相控阵天线中每一个天线单元均有一个发射/接收组件（T/R组件），具有高性能、高可靠、低成本的T/R组件，数字波束形成（DBF），自适应波束形成，大时宽带积信号的数字产生与数字处理等技术正在快速发展，并在相控阵天线的大量采用是降低先进雷达成本的重要措施。

（7）先进的信号处理与数据处理技术

随着计算机、集成电路技术的飞速发展，高速、大容量并行处理的实时处理成为可能。将其用于相控阵天线，可实现自适应数字波束形成。这将天线理论与信号处理相结合，出现了具有多种自适应能力的信号处理天线，为提高雷达的性能提供了新的潜力。

（8）雷达系统建模与仿真技术

利用现今迅速发展的计算机技术和仿真技术，可以在雷达研制过程中的设计阶段，合理确定各项战术技术指标，协调各分系统之间的指标分配、优化雷达系统设计，缩短雷达设计周期；在系统软件优化和系统性能评估中仿真技术更有重要作用。采用先进的雷达系统建模与仿真技术是克服先进雷达研制周期长，技术风险大，成本高的关键措施。

（9）雷达新工艺，新结构，新材料

为实现雷达的高机动能力，解决在一些复杂平台上安装所遇到的体积、重量的限制和恶劣物理环境的影响，解决大功率散热问题等，都要依赖于新工艺，新结构和新材料。同时，这些新技术也是提高雷达性能，缩短雷达研制周期，降低成本的重要措施2。

发展趋势雷达的工作频段将继续向电磁频谱的两端扩展；应用微电子学和固态技术成果，将实现雷达的小型化；利用计算机管理和控制雷达，将实现操作、校准、性能和故障检测的自动化，并发展自适应抗干扰技术；在中小型地面、舰载、机载雷达中，相控阵技术将获得广泛应用,以实现雷达的多功能;将提高雷达对目标实际形象、尺寸大小、运动姿态和诱饵识别的能力，增强雷达抗核袭击和抗反辐射导弹摧毁的能力；并将发展新的雷达体制如多基地雷达、无源雷达、扩频雷达、噪声雷达等。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学