雷達技術(shù)簡介及發(fā)展展望

摘要：文章簡要介紹了雷達技術(shù)發(fā)展簡史和雷達技術(shù)在現(xiàn)代國防中的地位和作用，簡述了幾種先進雷達的體制和技術(shù)的基本原理以及國外的先進雷達應(yīng)用情況，提出了現(xiàn)代戰(zhàn)爭下雷達技術(shù)發(fā)展展望。0前言雷達（Radar）是英文“RadioDetectionandRanging，縮寫的譯音,意思是無線電檢測和定位。近年來更廣義的Radar的定義為:利用電磁波對目標檢測/定位/跟蹤/成像/識別。雷達是戰(zhàn)爭中關(guān)鍵的偵察系統(tǒng)之一,它提供的信息是決策的主要基礎(chǔ)。雷達可用于戰(zhàn)區(qū)偵察,也可用于戰(zhàn)場偵察。裝有雷達導引頭的導彈、靈巧炸彈能精確地、有效地殺傷目標。在反洲際彈道導彈系統(tǒng)，反戰(zhàn)術(shù)彈道導彈系統(tǒng)中，雷達是主要的探測器。雷達技術(shù)在導航、海洋、氣象、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、森林、資源勘測、走私檢查等方面都起到了重要作用。下面簡要敘述雷達技術(shù)發(fā)展簡史。雷達技術(shù)首先在美國應(yīng)用成功。美國在1922年利用連續(xù)波干涉雷達檢測到木船，1933年6月利用連續(xù)波干涉雷達首次檢測到飛機。該種雷達不能測距。1934年美國海軍開始發(fā)展脈沖雷達。英國于1935年開始研究脈沖雷達，1937年4月成功驗證了CH（ChainHome）雷達站，1938年大量的CH雷達站投入運行。英國于1939年發(fā)展飛機截擊雷達。1940年由英國設(shè)計的10cm波長的磁控管由美國生產(chǎn)。磁控管的發(fā)展是實現(xiàn)微波雷達的最重要的貢獻。1940年11月，美國開發(fā)微波雷達，在二次世界大戰(zhàn)末期生產(chǎn)出了10cm的SCR-584炮瞄雷達，使高射炮命中率提高了十倍。二戰(zhàn)中，俄、法、德、意、日等國都獨立發(fā)展了雷達技術(shù)。但除美國、英國外，雷達頻率都不超過600MHz。二戰(zhàn)中，由于雷達的很大作用，產(chǎn)生了對雷達的電子對抗。研制了大量的對雷達的電子偵察與干擾設(shè)備，并成立了反雷達特種部隊。二戰(zhàn)后，特別是五、六十年代，由于航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，用雷達探測飛機、導彈、衛(wèi)星、以及反洲際彈道導彈的需要，對雷達提出了遠距離、高精度、高分辨率及多目標測量的要求，雷達進入蓬勃發(fā)展階段，解決了一系列關(guān)鍵性問題：脈沖壓縮技術(shù)、單脈沖雷達技術(shù)、微波高功率管、脈沖多卜勒雷達、微波接收機低噪聲放大器（低噪聲行波管、量子、參量、隧首二極管放大器等）、相控陣雷達。七十至九十年代，由于發(fā)展反彈道導彈、空間衛(wèi)星探測與監(jiān)視、軍用對地偵察、民用環(huán)境和資源勘測等的需要，推動了雷達的發(fā)展。出現(xiàn)了合成孔徑雷達（SAR）,高頻超視距雷達（OTHR）,雙/多基地雷達，超寬帶（UWB）雷達，逆合成孔徑雷達（ISAR），干涉儀合成孔徑雷達（InSAR），綜合脈沖與孔徑雷達等新技術(shù)新體制?，F(xiàn)代國防離不開雷達雷達不僅用于探測目標，并且成為武器的重要組成部分（如精確制導導彈）。雷達的軍事用途簡述如下：1.1搜索雷達和警戒雷達：作用距離400-600km，用于發(fā)現(xiàn)飛機。預警雷達/超遠程雷達:作用距離數(shù)千公里,用于發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略轟炸機,洲際導彈。引導指揮雷達（監(jiān)視雷達）,用于對殲擊機的引導和指揮作戰(zhàn),機場調(diào)度。機載預警雷達是當前一種重要雷達。制導雷達：控制導彈去攻擊飛機和/或?qū)椀饶繕?。?zhàn)場監(jiān)視雷達:用于發(fā)現(xiàn)坦克\軍用車輛\人和其它在戰(zhàn)場上的運動目標.機載雷達：（截擊、轟炸瞄準、護尾、導航雷達）：現(xiàn)代戰(zhàn)斗機上的雷達具有搜索、截獲目標，空對空制導導彈，空對地觀察地形和引導轟炸，敵我識別、地形跟隨和回避等多種功能。艦載雷達:搜索雷達、導航雷達、艦載多功能相控陣監(jiān)視、預警雷達、偵察雷達、炮瞄雷達、導彈制導雷達等。炮瞄雷達:自動控制火炮跟蹤攻擊目標。炮兵雷達:炮兵部隊使用的戰(zhàn)場目標偵察雷達、戰(zhàn)場炮位偵校雷達、對海偵校雷達、炮兵氣象雷達、初速測量雷達、陣地標定雷達。靶場測量雷達:測距、測速、精密定位、安全控制等單功能雷達。。雷達導引頭（尋的器）/雷達引信:裝在導彈/炮彈上,末段制導導彈,精確命中目標。毫米波雷達導引頭已應(yīng)用于導彈制導中。雖然雷達面臨隱身、電子對抗、反雷達導彈、低空/超低空的挑戰(zhàn)，正處于重大變革時期。但雷達具有全天候，并且不依賴于威脅目標的輻射，因此雷達仍是一種重要的探測手段。現(xiàn)代戰(zhàn)爭中雷達具有非常重要的作用，現(xiàn)代國防離不開雷達技術(shù)。幾種先進的雷達技術(shù)2.1相控陣雷達相控陣雷達的天線是電子掃描陣列天線。陣列天線由一定數(shù)量的單個輻射元適當?shù)拈g距組成的?？刂聘鱾€陣元信號間的相對幅度和相位，來得到全部陣元聯(lián)合作用產(chǎn)生的所需輻射方向圖。相控陣雷達的計算機控制：計算機是相控陣雷達的必要部分，它使雷達能靈活、多功地運行。應(yīng)用計算機對移相器控制，控制波束掃描，形成多波束接收、發(fā)射功率管理，自適應(yīng)波束形成，自適應(yīng)抗干擾，目標跟蹤，制導和火控等。2.2合成孔徑雷達技術(shù)合成孔徑雷達（SAR）是一種成像雷達，它對地球表面的成像提供類似地圖的顯示。合成孔徑雷達的距離向分辨率是由采用的發(fā)射寬帶信號得到。雷達方位（橫距離向）分辨率是采用合成口徑技術(shù)得到。合成孔徑雷達有非聚焦式和聚焦式兩種方式。非聚焦式時，同一目標對孔徑中心和孔徑邊緣的距離差約束為三"8,使合成天線的有效長度Le=，所以非聚焦合成天線的橫距離向分辨率為6=/2。聚焦方式是對每個合成孔徑天線單元采用相位校正。聚焦合成孔徑的有效長度Le=RX/D,橫距離向分辨率6=D/2。式中D為實際的天線尺寸。利用合成孔徑雷達可獲得清晰的雷達圖像。逆合成孔徑雷達（ISAR）。合成孔徑雷達是雷達相對于靜止目標運動。而逆合成孔徑雷達是雷達固定在地面，目標在空中相對于雷達運動，也可以產(chǎn)生目標的圖像。逆合成孔徑雷達是一種新技術(shù)，正在發(fā)展中。2.3高頻超視距雷達（HF-OTHR）高頻超視距雷達工作頻率為3-30MHZ,與無線電短波通信的波段相同。它利用電離層對電波的折射，傳播距離可超過視線距離，單次折射的雷達距離可控制在4000km。超視距雷達必須利用多卜勒處理技術(shù)從雜波中分離出所需目標。由于電離層白天與晚上變化較大，所以雷達工作頻率也要作相應(yīng)的改變。直到70年代，現(xiàn)代化計算機、數(shù)字信號處理能力的提高，超視距雷達才能實現(xiàn)并用于作戰(zhàn)。高頻超視距雷達可觀測飛機、導彈、艦船等目標，它的作用距離大約1000-3500km。空間分辨率很粗，幾十公里數(shù)量級。由于工作波長較長，天線必須很大，1000m或更長一些。美、俄、澳大利亞等國已部署了超視距雷達。在技術(shù)上，美國處于領(lǐng)先地位。2.4雙/多基地雷達雙基地雷達的發(fā)射和接收天線分開距離較大。雙基地發(fā)射機的輻射信號經(jīng)兩條路徑到達接收機。一條是直接到達路徑，另一條路徑是經(jīng)目標散射后到達接收機。雙基地雷達截面（RCS）與雙基地角（散射角）ß有關(guān)。135°三ß三180。稱為前向散射區(qū)。在該區(qū)間，雙基雷達截面（RCS）通常顯著地大，對探測目標非常有利。多基雷達與雙基雷達的區(qū)別是采用多個分開的接收和發(fā)射天線。多基雷達除了可獲得目標的位置數(shù)據(jù)外，還可獲得目標的航速、航向信息。多基地雷達和雙基地雷達具有反隱身目標潛力和抗反輻射導彈的能力。2.5毫米波（MMW）雷達毫米波波段被定義為40GHz到300GHz,Ka波段（35GHz）某些性質(zhì)屬于毫米波。毫米波的“傳播窗口”的標稱工作頻率為：35、95、140、220GHz。四個主要窗口中，可利用帶寬分別為：16、23、26、70GHz。其與微波相比的優(yōu)點是：（1）可利用頻率的帶寬寬。（2）對于給定的天線尺寸，天線增益高，波束寬度窄，角分辨率高。（3）具有較大的多卜勒頻移，有利于提高測速精度。毫米波分辨率不如紅外光和激光，但具有穿透灰塵、煙和霧的能力，基本上可全天候工作。毫米波雷達的主要應(yīng)用：毫米波精確制導—毫米波導引頭；戰(zhàn)場監(jiān)視雷達；坦克用搜索和跟蹤雷達；低空搜索、跟蹤和火控雷達；飛機防撞；港口艦船導航防撞。因外層空間無大氣吸收，是毫米波雷達最理想的應(yīng)用場合。2.6超寬帶雷達（UWBR）超寬帶雷達的相對帶寬大于50%，有助于探測隱身目標。隱身目標設(shè)計中必然存在頻率薄弱環(huán)節(jié)，超寬帶雷達能夠覆蓋這些頻率。超寬帶雷達工作于VHF/UHF波段，具有穿透葉簇和土壤的能力，能夠探測樹林中和掩體（土壤）中的軍事目標。某機載超寬帶雷達，對偵察地域成像，從SAR圖像可檢測出地表、以及葉簇和土壤覆蓋下的軍用車輛、坦克、飛機等。沖擊脈沖超寬帶雷達廣泛用于地表下目標（武器、地雷、彈藥）的探測。國外幾種先進雷達簡介美國的預警雷達3.1.1超視距（多基地）雷達--AN/FPS-11&作用距離900-3000km.覆蓋面積超過1100萬km2。能跟蹤轟炸機、私人小飛機（長4.3）米。1987年10月成功地探測到在1690km飛行的兩架蘇圖-142反潛飛機。3.1.2搜索雷達（AN/FPS-50）--作用距離4800km?？山暅y出導彈軌道、彈著區(qū)。3.1.3跟蹤雷達（AN/FPS-49）---作用距3200km。捕獲目標，給出精確的彈道數(shù)據(jù).3.1.4跟蹤雷達（AN/FPS-80），可觀測蘇聯(lián)向太平洋發(fā)射的洲際導彈再入段。3.1.5PAVEPAWS固態(tài)相控陣雷達---作用距5400km。搜索和跟蹤來襲導彈。3.1.6丹麥眼鏡蛇相控陣雷達（AN/FPS-108）--作用距離3200km，同時跟蹤100個目標。俄羅斯的預警雷達超視距雷達—瞄準監(jiān)視美國洲際導彈發(fā)射場，發(fā)出30分鐘的警報?！柏埜C”雷達一作用距離3000km。頻率338-424MHz,距離分辨率500m。“雞籠”相窩陣雷達（類似于美國AN/FPS-50）,--作用距離6000-7000公里?！肮犯C”反導作戰(zhàn)管理雷達一作用距離2800km。頻率100MHz，峰值功率20兆瓦。俄羅斯實際上已擁有能進行實戰(zhàn)的反彈道導彈系統(tǒng)。3.3美國機載戰(zhàn)場偵察雷達系統(tǒng)（AN/APY3）它是裝在E-8A飛機上的聯(lián)合監(jiān)視目標攻擊系統(tǒng)（JSTARS）。是高分辨率電掃陣列天線雷達。工作于X波段，作用距離300公里，單機覆蓋范圍480X320km2，分辨率為1米。雷達為全相參體制。兩種工作模式。用脈沖多卜勒/動目標顯示工作（MTI）模式時，能對180X180km2的地區(qū)進行監(jiān)視，可探測到汽車、坦克、飛機和機動導彈發(fā)射架等運動目標。用旁視合成孔徑（SAR）工作模式時，能實時形成高分辨率的監(jiān)視圖像，用以探測各種固定軍事目標。由三套VAX860計算機處理雷達信號和數(shù)據(jù)。雷達還具有固定目標光點顯示狀態(tài)和武器制導狀態(tài)。是現(xiàn)今最先進的機載雷達系統(tǒng)。在海灣戰(zhàn)爭中使用很成功。1991年1月29日，JSTARS探測到一個伊軍車隊，隨即把目標信息傳送給戰(zhàn)場空中指揮與控制中心，指揮戰(zhàn)機實施攻擊，摧毀了該車隊61輛中的58輛。飛毛腿導彈發(fā)射架在導彈發(fā)射10分鐘內(nèi)，可轉(zhuǎn)移到離陣地8公里遠的任何地方。飛毛腿導彈發(fā)射架的搜索是多國部隊比較頭痛的問題。在實施多種偵察手段中，該系統(tǒng)效果明顯，在開戰(zhàn)后36小時內(nèi)，11個移動導彈發(fā)射架被摧毀6個。美國空軍參謀長甚至認為：“美國將來如果沒有像JSTARS這樣的系統(tǒng)是不會參戰(zhàn)的”。3.4美國的PAC-3“愛國者”AN/MPQ-53制導雷達它是多功能相控陣雷達。用于搜索、探測、跟蹤目標，以及指揮控制導彈。能同時處理90-125個目標，最多支持9枚受國者導彈攔截目標。沒有衛(wèi)星預警支持，雷達捕獲來襲目標距離為50-60公里。有衛(wèi)星預警支持，捕獲目標距離可達100公里。愛國者導彈系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭中成功應(yīng)用，成為著名的在役裝備?！皭蹏摺迸c“飛毛腿”的導彈戰(zhàn)，促進了戰(zhàn)術(shù)彈道導彈防御技術(shù)的發(fā)展。美國已將反戰(zhàn)術(shù)彈道導彈（ATBM）放在優(yōu)先位置，正有步驟地研制和部署ATBM系統(tǒng)。改進的“愛國者”系統(tǒng)一PAC-3系統(tǒng)將首先部署。3.5美國的多傳感器綜合戰(zhàn)場偵察系統(tǒng)（ETAS）該系統(tǒng)主要由:AN/TPA-74毫米波戰(zhàn)場偵察雷達、前視紅外傳感器、高分辨電視、激光測距儀、射頻干涉儀等組成。ETAS多頻譜系統(tǒng)裝在M113型裝甲運兵車的20米高的氣動可伸縮的桅桿上。特別是在森林地帶偵察時，通過桅桿把ETAS系統(tǒng)伸到樹頂上進行偵察，而不暴露M113載車。ETAS系統(tǒng)的AN/TPA-74雷達是模塊式Ku波段脈沖壓縮雷達。可進行戰(zhàn)場情報收集、火力支援、防空等需要大面積監(jiān)視、目標捕獲和跟蹤，并可采用多種雷達平臺（如三角架、桅桿、輕型飛機、遙空飛行器等）。改變模塊和天線，雷達工作頻率可改為X、S、和L波段。作用距離20km，距離分辨率15-75m?？商綔y跟蹤雷達截面為10m2的目標。可對移動車輛、直升飛機進行分類，對人的作用距離至少8km,并且至少可同時跟蹤和顯示10個目標或目標群。該系統(tǒng)已在海灣戰(zhàn)爭中使用。雷達技術(shù)發(fā)展展望現(xiàn)代戰(zhàn)爭是陸、海、空、天的多維戰(zhàn)場，信息戰(zhàn)成為一種關(guān)鍵的作戰(zhàn)樣式。信息能力是衡量作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵因素，信息能力是被摧毀的首要目標。雷達是一種獲取信息的重要裝備。它面臨電子偵察、電子干擾、隱身、反輻射導彈四大威脅。所以增進強雷達抗偵察、抗干擾、抗隱身（包括抗低空突防）、搞反輻射導彈的能力，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭下雷達技術(shù)發(fā)展的主要方向。雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭下?lián)摚耗繕说木_、實時、全天候偵察監(jiān)視；對彈道導彈、巡航導彈等大規(guī)模破壞性武器的探測與跟蹤；各種隱身目標的探測與識別；戰(zhàn)斗殺傷效果判別和目標識別等任務(wù)。雷達還擔任導彈制導和武器火控等任務(wù)。雷達為實現(xiàn)上述任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)是：相控陣雷達（PAR），超視距雷達（OHTR）、合成孔徑雷達（SAR）和干涉儀合成孔徑雷達（InSAR）、毫米波雷達（MMW），雙/多基地雷達；高速、實時信號/數(shù)據(jù)處理技術(shù)；雷達組網(wǎng)技術(shù)等。4.1相控陣雷達發(fā)展方向是:固態(tài)有源相相控陣,靈敏、寬帶有源陣列，分布式有源相控陣，有源共形陣，自適應(yīng)共形陣，超高頻、低旁瓣相控陣天線，多波束相控陣天線，自適應(yīng)波束形成技術(shù)，自適應(yīng)抗干擾技術(shù)，采用光電子技術(shù)的有源相控陣技術(shù)，數(shù)字組件相控陣技術(shù)，毫米波空間監(jiān)視相控陣雷達，反隱身相控陣雷達。4.2合成孔徑雷達（SAR）是戰(zhàn)場監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向。重點開發(fā)的內(nèi)容是：寬帶、超寬帶SAR，探測葉簇、地表下的隱蔽目標，各種目標分類、識別；多功能、多模式，特別是將SAR與GMTI相結(jié)合。干涉儀合成孔徑雷達（InSAR）可得到數(shù)字地形高程圖；生成二維艦船目標圖像，可用于船只分類；重點解決INSAR的雷達回波“實時”處理問題。高分辨、多波段、多極化、多模式衛(wèi)星SAR/（INSAR）圖像的解譯技術(shù)。4.3超視距雷達（OHTR）發(fā)展重點是利用高頻無線電波的電離層反射，擴大雷達的覆蓋范圍，提高分辨率；超視距雷達探測隱身飛機的機理和能力；電離層引起的相位畸變修正技術(shù)；非穩(wěn)定性電離層條