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起源

雷(lei)(lei)達的出現，是由(you)于一戰期間(jian)當時英(ying)國(guo)和德(de)(de)國(guo)交戰時，英(ying)國(guo)急需一種(zhong)能(neng)探(tan)測空(kong)(kong)中金屬物(wu)體的雷(lei)(lei)達（技(ji)術）能(neng)在反空(kong)(kong)襲戰中幫助搜(sou)(sou)尋德(de)(de)國(guo)飛機。二戰期間(jian)，雷(lei)(lei)達就已經出現了(le)地(di)對空(kong)(kong)、空(kong)(kong)對地(di)（搜(sou)(sou)索(suo)）轟(hong)炸(zha)、空(kong)(kong)對空(kong)(kong)（截擊）火控、敵我識別功(gong)能(neng)的雷(lei)(lei)達技(ji)術。

二(er)戰以(yi)后，雷(lei)(lei)達發展了單脈(mo)沖(chong)角度跟蹤(zong)、脈(mo)沖(chong)多普勒信號處理、合(he)成孔(kong)徑和(he)脈(mo)沖(chong)壓(ya)縮(suo)的(de)(de)高分(fen)辨率、結合(he)敵我識別(bie)的(de)(de)組合(he)系(xi)統、結合(he)計算機的(de)(de)自動火(huo)控系(xi)統、地(di)(di)形回避和(he)地(di)(di)形跟隨、無(wu)源(yuan)或有(you)源(yuan)的(de)(de)相位陣列(lie)、頻率捷變、多目(mu)標探測與跟蹤(zong)等新的(de)(de)雷(lei)(lei)達體制。

后來(lai)隨(sui)著微(wei)電子等各個領域科學進步，雷達技術的(de)不斷發展(zhan)，其(qi)內涵和(he)研究內容都(dou)在不斷地拓(tuo)展(zhan)。雷達的(de)探(tan)(tan)(tan)測(ce)手段已經由從前(qian)的(de)只有雷達一種探(tan)(tan)(tan)測(ce)器發展(zhan)到了紅外光、紫外光、激光以及其(qi)他光學探(tan)(tan)(tan)測(ce)手段融合協(xie)作(zuo)。

當代雷(lei)達的同(tong)時多功(gong)能的能力(li)使得戰場指揮員(yuan)在各種(zhong)不同(tong)的搜索(suo)/跟(gen)蹤模式下對(dui)目標進行掃(sao)描，并對(dui)干擾誤差(cha)進行自(zi)動(dong)修(xiu)正，而且(qie)大多數的控制功(gong)能是在系統內部完成的。

自(zi)動目標識別則可使武器(qi)系(xi)統最大限度地發揮(hui)(hui)作(zuo)用(yong)，空中(zhong)預警機和JSTARS這(zhe)樣的(de)具(ju)有戰(zhan)場敵(di)我識別能力的(de)綜合(he)雷(lei)達系(xi)統實際上(shang)已經成(cheng)為了(le)未來(lai)戰(zhan)場上(shang)的(de)信息(xi)指揮(hui)(hui)中(zhong)心。

發展歷史

1842年，奧地利物理學家多普勒(le)（Christian Andreas Doppler）率先提(ti)出(chu)利用(yong)多普勒(le)效應的多普勒(le)式雷(lei)達。

1864年，英國(guo)物理學家(jia)麥克(ke)斯韋（James Clerk Maxwell）推導(dao)出可(ke)計算(suan)電磁波特性(xing)的公式。

1886年(nian)，德國(guo)物(wu)理(li)學家赫茲（Heinerich Hertz）展開研究無線(xian)電波的(de)一系列實驗。

1888年赫茲成(cheng)功利用儀(yi)器產生(sheng)無線電(dian)波。

1897年湯姆遜（JJ Thomson）展開對真空管(guan)內陰極(ji)射線的研究。

1904年侯斯美爾（Christian Hülsmeyer）發明電(dian)動鏡（telemobiloscope），是利用無(wu)線電(dian)波回聲探測的裝置，可防止(zhi)海上船舶相撞。

1906年德弗瑞(rui)斯特（De Forest Lee）發(fa)明真空三極(ji)管，是世界上(shang)第一種可放大信號(hao)的主動電(dian)子元(yuan)件。

1916年(nian)馬可尼（ Marconi）和富(fu)蘭克林（Franklin）開始研究短波信(xin)號反射。

1917年羅伯特(te)·沃特(te)森·瓦特(te)（Robert Watson-Watt）成功設計(ji)雷暴定位裝置。

1922年馬(ma)可尼(ni)在美國(guo)電氣及無線電工程師學會（American Institutes of Electrical and Radio Engineers）發表演(yan)說，題(ti)目是可防(fang)止船(chuan)只相撞的平(ping)面角雷達。

1922年美國泰勒和(he)楊建議(yi)在兩艘(sou)軍(jun)艦(jian)上(shang)裝備(bei)高頻發射機和(he)接收機以搜索敵(di)艦(jian)。

1924年(nian)英(ying)國阿普利頓和(he)巴尼特(te)通過電離(li)層反射無線(xian)電波測量賽(sai)（ionosphere）的高度。美國布萊爾和(he)杜夫用脈沖波來測量亥維塞層。

1925年(nian)貝爾(er)德（John L. Baird）發明機(ji)動式電(dian)視（現代電(dian)視的前身）。

1925年(nian)伯烈特（Gregory Breit）與(yu)杜武（Merle Antony Tuve）合作，第一次成功(gong)使(shi)用雷達，把從電離層反射回來(lai)的無線電短脈沖顯(xian)示在陰極射線管上(shang)。

1931年(nian)美國海(hai)軍研究(jiu)實驗室利用拍頻原理研制雷(lei)達，開始讓發射機(ji)發射連續波(bo)，三年(nian)后改用脈沖波(bo)。

1935年法國古頓研制出用(yong)磁控管(guan)產生16厘(li)米波長(chang)的(de)信號，可以在霧天或(huo)黑夜發現其他船只。這是雷達和平利用(yong)的(de)開始。

1935年英國羅伯(bo)特(te)(te)·沃(wo)特(te)(te)森·瓦特(te)(te)發明第一(yi)臺實用雷達。

1936年1月英(ying)國羅(luo)伯(bo)特·沃特森(sen)·瓦特在索(suo)夫克海岸架起了英(ying)國第一個雷(lei)達站。英(ying)國空軍又增(zeng)設了五個，它們在第二次(ci)世界大戰中發揮(hui)了重(zhong)要(yao)作用(yong)。

1937年馬可尼公司替英(ying)國加建20個鏈向雷達(da)站。

1937年美(mei)國第一個軍(jun)艦雷達XAF試(shi)驗成(cheng)功。

1937年瓦里安(an)兄弟（Russell and Sigurd Varian）研(yan)制成(cheng)高(gao)功率微(wei)波振蕩器，又稱(cheng)速調管(guan)（klystron）。

1939年布特（Henry Boot）與蘭特爾（John T. Randall）發明電子管，又(you)稱(cheng)共振穴磁控管（resonant-cavity magnetron ）。

1941年蘇聯(lian)最早在飛機上裝備預警(jing)雷(lei)達。

1943年美國麻省(sheng)理(li)工學院(yuan)研(yan)制出機(ji)載雷(lei)達(da)平面位置(zhi)指示器，預(yu)警雷(lei)達(da)。

1944年馬可尼(ni)公司(si)成功設(she)計、開發并生產「布(bu)袋式」（Bagful）系統，以(yi)及「地氈式」（Carpet）雷(lei)達干擾系統。前者用來截(jie)取德國的無線電通訊，而后者則用來裝(zhuang)備(bei)英國皇家空軍（RAF）的轟(hong)炸機隊。

1945年(nian)二次大戰結束后，全憑裝(zhuang)有特(te)別設(she)計(ji)的真空管(guan)──磁控管(guan)的雷達，盟軍得(de)以打(da)敗德國(guo)。

1947年美國貝爾(er)電話實驗室研制出線性調頻脈沖雷達。

50年代中期(qi)美國裝備了超(chao)(chao)距預(yu)警雷達系統，可(ke)以(yi)探尋超(chao)(chao)音(yin)速飛機。不久又研制出脈沖多普(pu)勒(le)雷達。

1959年美國通用電(dian)器公司研(yan)制出彈道導彈預警雷達(da)系統，可(ke)發(fa)跟蹤3000英里(li)外(wai)，600英里(li)高的(de)導彈，預警時間為20分鐘。

1964年美國裝置了(le)第一個空(kong)間軌道監(jian)視雷達，用(yong)于監(jian)視人造地球衛星或(huo)空(kong)間飛行器。

1971年加拿大(da)伊朱卡等(deng)3人發明全(quan)息矩陣雷達(da)。與此(ci)同時(shi)，數(shu)字(zi)雷達(da)技術(shu)在美國出現。

1993年美國曼徹斯特市德雷爾·麥吉爾發明了(le)多塔(ta)查(cha)克(ke)超智能雷達。

工作原理

各種雷達的具體用途和結構不盡相同，但基本形式是一致的，包括(kuo):發射(she)機、發射(she)天線、接收機、接收天線，處理部(bu)分以及(ji)顯示器。還有電(dian)源設備(bei)、數據錄取設備(bei)、抗干擾設備(bei)等輔助(zhu)設備(bei)。

雷(lei)達(da)所起的(de)作用(yong)跟(gen)眼睛和耳朵(duo)相(xiang)似，當然(ran)，它(ta)不(bu)再是(shi)大(da)自然(ran)的(de)杰作，同時，它(ta)的(de)信(xin)息載體是(shi)無線(xian)電波(bo)。 事實上(shang)(shang)，不(bu)論是(shi)可見光或是(shi)無線(xian)電波(bo)，在本(ben)質上(shang)(shang)是(shi)同一種東西(xi)，都(dou)是(shi)電磁(ci)波(bo)，在真空中傳播(bo)的(de)速度(du)都(dou)是(shi)光速C，差別在于(yu)它(ta)們各自的(de)頻率(lv)和波(bo)長不(bu)同。其原理(li)(li)是(shi)雷(lei)達(da)設備的(de)發射機通(tong)過(guo)天線(xian)把電磁(ci)波(bo)能量射向(xiang)(xiang)空間某一方向(xiang)(xiang)，處(chu)在此方向(xiang)(xiang)上(shang)(shang)的(de)物體反射碰到的(de)電磁(ci)波(bo)；雷(lei)達(da)天線(xian)接收此反射波(bo)，送至接收設備進行處(chu)理(li)(li)，提取有關該物體的(de)某些信(xin)息（目標物體至雷(lei)達(da)的(de)距離，距離變(bian)化率(lv)或徑向(xiang)(xiang)速度(du)、方位、高度(du)等）。

測量速度原(yuan)理是雷(lei)達(da)根據自(zi)身和(he)(he)目(mu)標(biao)之間有(you)相(xiang)對運動產生的頻(pin)率多(duo)普勒效應。雷(lei)達(da)接收到的目(mu)標(biao)回(hui)波(bo)頻(pin)率與雷(lei)達(da)發射頻(pin)率不同(tong)，兩者的差值稱為多(duo)普勒頻(pin)率。從多(duo)普勒頻(pin)率中可提取的主要(yao)信息(xi)之一是雷(lei)達(da)與目(mu)標(biao)之間的距(ju)離變化率。當(dang)目(mu)標(biao)與干擾(rao)雜(za)(za)波(bo)同(tong)時存在(zai)于雷(lei)達(da)的同(tong)一空間分辨單(dan)元(yuan)內時，雷(lei)達(da)利用它們之間多(duo)普勒頻(pin)率的不同(tong)能從干擾(rao)雜(za)(za)波(bo)中檢測和(he)(he)跟蹤目(mu)標(biao)。測量目(mu)標(biao)方位原(yuan)理是利用天(tian)線的尖銳(rui)方位波(bo)束，通(tong)過測量仰角靠窄的仰角波(bo)束，從而(er)根據仰角和(he)(he)距(ju)離就能計(ji)算出目(mu)標(biao)高(gao)度。

測(ce)量距(ju)離原理是測(ce)量發射脈沖與回(hui)波脈沖之間的時間差，因電磁(ci)波以光速傳播，據此就(jiu)能換算成雷達(da)與目(mu)標的精確距(ju)離。

分類

雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)的種(zhong)類(lei)繁多，分類(lei)的方(fang)法也非常(chang)復(fu)雜(za)。一般為(wei)軍用(yong)雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)。通常(chang)可以按照雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)的用(yong)途分類(lei)，如預警雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、搜索警戒(jie)雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、引導指揮雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、炮瞄雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、測(ce)高(gao)雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、戰(zhan)場監視雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、機(ji)載雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、無(wu)線電測(ce)高(gao)雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)引信、氣象雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、航行管制雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)、導航雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)以及防(fang)撞(zhuang)和敵我識別(bie)雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)(da)等。

1.按照雷(lei)達(da)信號形(xing)式分類，有脈沖雷(lei)達(da)、連續波雷(lei)達(da)、脈部(bu)壓縮雷(lei)達(da)和(he)頻(pin)率捷變雷(lei)達(da)等。

2.按(an)照角跟蹤方式分類(lei)，有單脈沖雷達(da)、圓錐掃描雷達(da)和隱蔽圓錐掃描雷達(da)等(deng)。

3.按照目標(biao)(biao)測量的(de)參(can)數分(fen)類，有(you)測高(gao)雷(lei)達(da)、二(er)坐(zuo)標(biao)(biao)雷(lei)達(da)、三坐(zuo)標(biao)(biao)雷(lei)達(da)和(he)敵我識(shi)對雷(lei)達(da)、多站雷(lei)達(da)等。

4.按照雷(lei)達(da)(da)采用的技術和(he)信號處理的方式有相參積累(lei)和(he)非相參積累(lei)、動目標顯示、動目標檢測(ce)、脈沖多普勒雷(lei)達(da)(da)、合成孔徑雷(lei)達(da)(da)、邊掃描(miao)邊跟蹤雷(lei)達(da)(da)。

5.按照天線掃(sao)描方式(shi)分(fen)類，分(fen)為(wei)機(ji)械(xie)掃(sao)描雷(lei)達、相控陣雷(lei)達等。

6.按雷(lei)達(da)(da)(da)頻段分(fen)(fen)，可(ke)分(fen)(fen)為超視距雷(lei)達(da)(da)(da)、微波雷(lei)達(da)(da)(da)、毫米(mi)波雷(lei)達(da)(da)(da)以及激光雷(lei)達(da)(da)(da)等。

其中(zhong)(zhong)(zhong)，相(xiang)控(kong)(kong)陣雷(lei)(lei)達又(you)稱作(zuo)(zuo)相(xiang)位(wei)陣列雷(lei)(lei)達，是一(yi)(yi)種(zhong)以(yi)改變雷(lei)(lei)達波相(xiang)位(wei)來改變波束方(fang)(fang)向的(de)雷(lei)(lei)達，因為(wei)是以(yi)電(dian)子方(fang)(fang)式控(kong)(kong)制(zhi)波束而非傳(chuan)統(tong)的(de)機械轉動天(tian)線(xian)面方(fang)(fang)式，故(gu)又(you)稱電(dian)子掃描雷(lei)(lei)達相(xiang)控(kong)(kong)陣技術，早在(zai)30年(nian)代(dai)后期就已經出現。1937年(nian)，美國首先開(kai)始這項研(yan)(yan)究(jiu)工作(zuo)(zuo)。但一(yi)(yi)直到50年(nian)代(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)期才(cai)研(yan)(yan)制(zhi)出2部(bu)實用(yong)型(xing)艦(jian)載(zai)相(xiang)控(kong)(kong)陣雷(lei)(lei)達。80年(nian)代(dai)，相(xiang)控(kong)(kong)陣雷(lei)(lei)達由于具有(you)很(hen)多(duo)獨特的(de)優點(dian)，得到了更(geng)進(jin)一(yi)(yi)步的(de)應用(yong)。在(zai)已裝備和(he)正在(zai)研(yan)(yan)制(zhi)的(de)新一(yi)(yi)代(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)、遠(yuan)程(cheng)防(fang)(fang)空導(dao)彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)(qi)系統(tong)中(zhong)(zhong)(zhong)多(duo)采用(yong)多(duo)功能(neng)相(xiang)控(kong)(kong)陣雷(lei)(lei)達，它已成為(wei)第三代(dai)中(zhong)(zhong)(zhong)、遠(yuan)程(cheng)防(fang)(fang)空導(dao)彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)(qi)系統(tong)的(de)一(yi)(yi)個重要(yao)標(biao)志。從而，大大提高了防(fang)(fang)空導(dao)彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)(qi)系統(tong)的(de)作(zuo)(zuo)戰(zhan)性能(neng)。在(zai)21世紀，相(xiang)控(kong)(kong)陣雷(lei)(lei)達隨著科技的(de)不斷發展和(he)現代(dai)戰(zhan)爭(zheng)兵器(qi)(qi)的(de)特點(dian)，其制(zhi)造(zao)和(he)研(yan)(yan)究(jiu)將會更(geng)上一(yi)(yi)層(ceng)樓。

波段劃分

最早用于搜索雷達(da)的(de)電磁(ci)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)長(chang)度為(wei)(wei)23cm，這一波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)被(bei)(bei)定義(yi)為(wei)(wei)L波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)（英(ying)語Long的(de)字(zi)頭(tou)），后來這一波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)的(de)中心波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)長(chang)度變為(wei)(wei)22cm。 當波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)長(chang)為(wei)(wei)10cm的(de)電磁(ci)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)被(bei)(bei)使用后，其波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)被(bei)(bei)定義(yi)為(wei)(wei)S波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)段(duan)(英(ying)語Short的(de)字(zi)頭(tou)，意(yi)為(wei)(wei)比(bi)原(yuan)有波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)長(chang)短的(de)電磁(ci)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)）。

在主要使用(yong)3cm電(dian)磁(ci)波(bo)(bo)的(de)火控雷(lei)達出現后，3cm波(bo)(bo)長的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)(bo)被稱為(wei)X波(bo)(bo)段(duan)，因為(wei)X代表(biao)坐標上(shang)的(de)某(mou)點。

為(wei)了(le)結合X波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)和S波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)的(de)優點(dian)，逐(zhu)漸出現了(le)使用中心(xin)波(bo)(bo)(bo)長(chang)為(wei)5cm的(de)雷達，該(gai)波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)被稱為(wei)C波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)（C即Compromise，英語“結合”一詞(ci)的(de)字頭）。

在英國人之后，德國人也開始獨立(li)開發自(zi)己(ji)的雷(lei)達(da)(da)，他們(men)選(xuan)擇(ze)1.5cm作為自(zi)己(ji)雷(lei)達(da)(da)的中心波長。這一波長的電(dian)磁波就被稱(cheng)為K波段（K = Kurz，德語中“短”的字頭）。

“不幸”的(de)(de)(de)(de)(de)是，德國(guo)人以其日爾曼民(min)族特有的(de)(de)(de)(de)(de)“精確性”選擇的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)長可(ke)以被水(shui)蒸氣(qi)強烈吸收。結果這(zhe)一波(bo)(bo)段(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)雷達(da)不能在雨中和(he)(he)有霧的(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)氣(qi)使用(yong)。戰后設計的(de)(de)(de)(de)(de)雷達(da)為了避免這(zhe)一吸收峰，通常使用(yong)頻率略(lve)高(gao)于K波(bo)(bo)段(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)Ka波(bo)(bo)段(duan)(duan)（Ka，即英(ying)語(yu)K－above的(de)(de)(de)(de)(de)縮(suo)寫(xie)，意為在K波(bo)(bo)段(duan)(duan)之(zhi)(zhi)上）和(he)(he)略(lve)低（Ku，即英(ying)語(yu)K－under的(de)(de)(de)(de)(de)縮(suo)寫(xie)，意為在K波(bo)(bo)段(duan)(duan)之(zhi)(zhi)下(xia)）的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)段(duan)(duan)。

最后，由(you)于最早的雷達使用(yong)的是米波(bo)，這一(yi)波(bo)段(duan)被稱為P波(bo)段(duan)（P為Previous的縮寫，即英語“以往”的字頭）。

該系(xi)統(tong)十分繁瑣、而且(qie)使用不便。終于(yu)被一個以實(shi)際波(bo)長劃分的波(bo)分波(bo)段系(xi)統(tong)取(qu)代(dai)，這兩個系(xi)統(tong)的換算(suan)如(ru)下。

原 P波段 = 現 A/B波段

原 L波段 = 現 C/D 波段

原 S波段(duan) = 現 E/F 波段(duan)

原 C波段 = 現 G/H 波段

原 X波段(duan) = 現 I/J 波段(duan)

原 K波段 = 現 K 波段

應用

雷(lei)(lei)達(da)的(de)優點是白天(tian)黑夜均能探測(ce)遠距離的(de)目(mu)標(biao)，且不受(shou)霧、云和(he)雨(yu)的(de)阻擋，具(ju)有(you)全(quan)(quan)天(tian)候、全(quan)(quan)天(tian)時的(de)特點，并有(you)一定的(de)穿透(tou)能力(li)(li)(li)。因(yin)此，它不僅成為軍(jun)事上必不可(ke)少的(de)電子裝備，而且廣泛應用于社會經(jing)濟(ji)發展(zhan)(如氣象預報、資源探測(ce)、環(huan)境監測(ce)等)和(he)科(ke)學研(yan)究(天(tian)體研(yan)究、大氣物(wu)理、電離層結構研(yan)究等)。星載和(he)機載合(he)成孔徑(jing)雷(lei)(lei)達(da)已經(jing)成為當(dang)今遙感(gan)中十分重(zhong)要(yao)的(de)傳感(gan)器。以地(di)(di)面為目(mu)標(biao)的(de)雷(lei)(lei)達(da)可(ke)以探測(ce)地(di)(di)面的(de)精確形狀。其空間(jian)分辨力(li)(li)(li)可(ke)達(da)幾(ji)米到幾(ji)十米，且與(yu)距離無關。雷(lei)(lei)達(da)在(zai)洪水(shui)監測(ce)、海冰(bing)監測(ce)、土壤濕度(du)調查(cha)、森林資源清查(cha)、地(di)(di)質調查(cha)等方面也顯示出(chu)了很(hen)好的(de)應用潛力(li)(li)(li)。