機(jī)電一體化雷達(dá)

呂文春機(jī)電一體化在雷達(dá)中的應(yīng)用201208211雷達(dá)

雷達(dá)概念形成于20世紀(jì)初。雷達(dá)是英文radar的音譯，為RadioDetectionAndRanging的縮寫，意為無線電檢測和測距，是利用微波波段電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。歷史起源

雷達(dá)的出現(xiàn)，是由于二戰(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(jī)。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(jì)算機(jī)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(jìn)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。目前，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(jìn)行掃描，并對干擾誤差進(jìn)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(jī)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(shí)際上已經(jīng)成為了未來戰(zhàn)場上的信息指揮中心。雷達(dá)分類雷達(dá)的種類繁多，分類的方法也非常復(fù)雜。通?？梢园凑绽走_(dá)的用途分類，如預(yù)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(jī)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。

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。

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。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)和故我識對雷達(dá)、多站雷達(dá)等。

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)。

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

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?；窘M成

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(jī)、發(fā)射天線、接收機(jī)、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。

具體構(gòu)成天線：輻射和接收電磁波收發(fā)開關(guān)收發(fā)隔離。在發(fā)射狀態(tài)：將發(fā)射機(jī)功率連接到天線，保護(hù)接收機(jī)輸入端；在接收狀態(tài)：將天線接收信號連接到接收機(jī)，防止發(fā)射機(jī)旁路信號。發(fā)射機(jī)在特定的時間，以特定的頻率和相位產(chǎn)生大功率的電磁波。分為直接振蕩式和功率放大式。發(fā)射機(jī)基本性能指標(biāo)：發(fā)射機(jī)形式（全固態(tài)或磁控管振蕩器）；工作頻段；輸出峰值功率及帶內(nèi)功率起伏；改善因子限制；最大工作比；冷卻方式等。接收機(jī)接收機(jī)基本性能指標(biāo)衡量雷達(dá)接收機(jī)性能的主要指標(biāo)有靈敏度、選擇性、可靠性、抗干擾性、動態(tài)范圍、波形失真和恢復(fù)時間等。靈敏度接收機(jī)檢測微弱回波信號的能力。動態(tài)范圍接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號強(qiáng)度變化范圍。選擇性接收機(jī)選擇所需信號和濾除鄰頻干擾的能力。波形失真接收機(jī)輸出信號波形對其輸入高頻信號包絡(luò)波形失真的程度，常用脈沖前沿上升時間、后沿下降時間和頂部降落等參量表示?？煽啃越邮諜C(jī)在長期工作過程中，能夠穩(wěn)定工作的時間所占的比例?？垢蓴_性接收機(jī)對抗各種干擾的能力?；謴?fù)時間雷達(dá)接收機(jī)從不能正常工作到恢復(fù)正常工作所需要的時間。顯示器雷達(dá)顯示器是用于自動實(shí)時顯示雷達(dá)信息的終端設(shè)備，是人－機(jī)聯(lián)系的一個接口。雷達(dá)顯示器通常以操縱員易于理解和便于操縱的雷達(dá)圖像的形式表示雷達(dá)回波所包含的信息。信號處理雷達(dá)數(shù)字信號處理，為完成雷達(dá)數(shù)字信號檢測和信息提取功能所采取的實(shí)施手段，通過采樣、保持和分層，把模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。物體的反射回波是微弱的高頻信號,經(jīng)過變頻、放大和濾波等處理變成具有一定強(qiáng)度的

模擬信號（時間上連續(xù)，幅度上可為任意實(shí)數(shù)值）。數(shù)字處理須采用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器,把

模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號（時間上離散，幅度上分層），然后進(jìn)行各種運(yùn)算和處理。

雷達(dá)的工作原理雷達(dá)所起的作用和眼睛和耳朵相似，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(shí)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(jī)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(jìn)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）。具體的工作原理框圖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。

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(jì)算出目標(biāo)高度。

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(yùn)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)。

雷達(dá)應(yīng)用雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，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(jì)發(fā)展(如氣象預(yù)報(bào)、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(jī)載合成孔