雷達(dá)技術(shù)簡介及發(fā)展展望

摘要：文章簡要介紹了雷達(dá)技術(shù)發(fā)展簡史和雷達(dá)技術(shù)在現(xiàn)代國防中的地位和作用，簡述了幾種先進(jìn)雷達(dá)的體制和技術(shù)的基本原理以及國外的先進(jìn)雷達(dá)應(yīng)用情況，提出了現(xiàn)代戰(zhàn)爭下雷達(dá)技術(shù)發(fā)展展望。0前言雷達(dá)（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(biāo)檢測/定位/跟蹤/成像/識別。雷達(dá)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(dá)可用于戰(zhàn)區(qū)偵察,也可用于戰(zhàn)場偵察。裝有雷達(dá)導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈、靈巧炸彈能精確地、有效地殺傷目標(biāo)。在反洲際彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)，反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)中，雷達(dá)是主要的探測器。雷達(dá)技術(shù)在導(dǎo)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(dá)技術(shù)發(fā)展簡史。雷達(dá)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(dá)檢測到木船，1933年6月利用連續(xù)波干涉雷達(dá)首次檢測到飛機。該種雷達(dá)不能測距。1934年美國海軍開始發(fā)展脈沖雷達(dá)。英國于1935年開始研究脈沖雷達(dá)，1937年4月成功驗證了CH（ChainHome）雷達(dá)站，1938年大量的CH雷達(dá)站投入運行。英國于1939年發(fā)展飛機截?fù)衾走_(dá)。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(dá)的最重要的貢獻(xiàn)。1940年11月，美國開發(fā)微波雷達(dá)，在二次世界大戰(zhàn)末期生產(chǎn)出了10cm的SCR-584炮瞄雷達(dá)，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(dá)技術(shù)。但除美國、英國外，雷達(dá)頻率都不超過600MHz。二戰(zhàn)中，由于雷達(dá)的很大作用，產(chǎn)生了對雷達(dá)的電子對抗。研制了大量的對雷達(dá)的電子偵察與干擾設(shè)備，并成立了反雷達(dá)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(dá)探測飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、以及反洲際彈道導(dǎo)彈的需要，對雷達(dá)提出了遠(yuǎn)距離、高精度、高分辨率及多目標(biāo)測量的要求，雷達(dá)進(jìn)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(dá)技術(shù)、微波高功率管、脈沖多卜勒雷達(dá)、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?yán)走_(dá)。七十至九十年代，由于發(fā)展反彈道導(dǎo)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(dá)的發(fā)展。出現(xiàn)了合成孔徑雷達(dá)（SAR）,高頻超視距雷達(dá)（OTHR）,雙/多基地雷達(dá)，超寬帶（UWB）雷達(dá)，逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR），干涉儀合成孔徑雷達(dá)（InSAR），綜合脈沖與孔徑雷達(dá)等新技術(shù)新體制。現(xiàn)代國防離不開雷達(dá)雷達(dá)不僅用于探測目標(biāo)，并且成為武器的重要組成部分（如精確制導(dǎo)導(dǎo)彈）。雷達(dá)的軍事用途簡述如下：1.1搜索雷達(dá)和警戒雷達(dá)：作用距離400-600km，用于發(fā)現(xiàn)飛機。預(yù)警雷達(dá)/超遠(yuǎn)程雷達(dá):作用距離數(shù)千公里,用于發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略轟炸機,洲際導(dǎo)彈。引導(dǎo)指揮雷達(dá)（監(jiān)視雷達(dá)）,用于對殲擊機的引導(dǎo)和指揮作戰(zhàn),機場調(diào)度。機載預(yù)警雷達(dá)是當(dāng)前一種重要雷達(dá)。制導(dǎo)雷達(dá)：控制導(dǎo)彈去攻擊飛機和/或?qū)椀饶繕?biāo)。戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá):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(biāo).機載雷達(dá)：（截?fù)簟⑥Z炸瞄準(zhǔn)、護(hù)尾、導(dǎo)航雷達(dá)）：現(xiàn)代戰(zhàn)斗機上的雷達(dá)具有搜索、截獲目標(biāo)，空對空制導(dǎo)導(dǎo)彈，空對地觀察地形和引導(dǎo)轟炸，敵我識別、地形跟隨和回避等多種功能。艦載雷達(dá):搜索雷達(dá)、導(dǎo)航雷達(dá)、艦載多功能相控陣監(jiān)視、預(yù)警雷達(dá)、偵察雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)等。炮瞄雷達(dá):自動控制火炮跟蹤攻擊目標(biāo)。炮兵雷達(dá):炮兵部隊使用的戰(zhàn)場目標(biāo)偵察雷達(dá)、戰(zhàn)場炮位偵校雷達(dá)、對海偵校雷達(dá)、炮兵氣象雷達(dá)、初速測量雷達(dá)、陣地標(biāo)定雷達(dá)。靶場測量雷達(dá):測距、測速、精密定位、安全控制等單功能雷達(dá)。。雷達(dá)導(dǎo)引頭（尋的器）/雷達(dá)引信:裝在導(dǎo)彈/炮彈上,末段制導(dǎo)導(dǎo)彈,精確命中目標(biāo)。毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭已應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)中。雖然雷達(dá)面臨隱身、電子對抗、反雷達(dá)導(dǎo)彈、低空/超低空的挑戰(zhàn)，正處于重大變革時期。但雷達(dá)具有全天候，并且不依賴于威脅目標(biāo)的輻射，因此雷達(dá)仍是一種重要的探測手段?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中雷達(dá)具有非常重要的作用，現(xiàn)代國防離不開雷達(dá)技術(shù)。幾種先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)2.1相控陣?yán)走_(dá)相控陣?yán)走_(dá)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(dāng)?shù)拈g距組成的。控制各個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?yán)走_(dá)的計算機控制：計算機是相控陣?yán)走_(dá)的必要部分，它使雷達(dá)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(biāo)跟蹤，制導(dǎo)和火控等。2.2合成孔徑雷達(dá)技術(shù)合成孔徑雷達(dá)（SAR）是一種成像雷達(dá)，它對地球表面的成像提供類似地圖的顯示。合成孔徑雷達(dá)的距離向分辨率是由采用的發(fā)射寬帶信號得到。雷達(dá)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(dá)有非聚焦式和聚焦式兩種方式。非聚焦式時，同一目標(biāo)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(dá)可獲得清晰的雷達(dá)圖像。逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）。合成孔徑雷達(dá)是雷達(dá)相對于靜止目標(biāo)運動。而逆合成孔徑雷達(dá)是雷達(dá)固定在地面，目標(biāo)在空中相對于雷達(dá)運動，也可以產(chǎn)生目標(biāo)的圖像。逆合成孔徑雷達(dá)是一種新技術(shù)，正在發(fā)展中。2.3高頻超視距雷達(dá)（HF-OTHR）高頻超視距雷達(dá)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(dá)距離可控制在4000km。超視距雷達(dá)必須利用多卜勒處理技術(shù)從雜波中分離出所需目標(biāo)。由于電離層白天與晚上變化較大，所以雷達(dá)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(dá)才能實現(xiàn)并用于作戰(zhàn)。高頻超視距雷達(dá)可觀測飛機、導(dǎo)彈、艦船等目標(biāo)，它的作用距離大約1000-3500km?？臻g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(dá)。在技術(shù)上，美國處于領(lǐng)先地位。2.4雙/多基地雷達(dá)雙基地雷達(dá)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(dá)接收機。一條是直接到達(dá)路徑，另一條路徑是經(jīng)目標(biāo)散射后到達(dá)接收機。雙基地雷達(dá)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(dá)截面（RCS）通常顯著地大，對探測目標(biāo)非常有利。多基雷達(dá)與雙基雷達(dá)的區(qū)別是采用多個分開的接收和發(fā)射天線。多基雷達(dá)除了可獲得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)外，還可獲得目標(biāo)的航速、航向信息。多基地雷達(dá)和雙基地雷達(dá)具有反隱身目標(biāo)潛力和抗反輻射導(dǎo)彈的能力。2.5毫米波（MMW）雷達(dá)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(biāo)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(dá)的主要應(yīng)用：毫米波精確制導(dǎo)—毫米波導(dǎo)引頭；戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)；坦克用搜索和跟蹤雷達(dá)；低空搜索、跟蹤和火控雷達(dá)；飛機防撞；港口艦船導(dǎo)航防撞。因外層空間無大氣吸收，是毫米波雷達(dá)最理想的應(yīng)用場合。2.6超寬帶雷達(dá)（UWBR）超寬帶雷達(dá)的相對帶寬大于50%，有助于探測隱身目標(biāo)。隱身目標(biāo)設(shè)計中必然存在頻率薄弱環(huán)節(jié)，超寬帶雷達(dá)能夠覆蓋這些頻率。超寬帶雷達(dá)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(biāo)。某機載超寬帶雷達(dá)，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(dá)廣泛用于地表下目標(biāo)（武器、地雷、彈藥）的探測。國外幾種先進(jìn)雷達(dá)簡介美國的預(yù)警雷達(dá)3.1.1超視距（多基地）雷達(dá)--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(dá)（AN/FPS-50）--作用距離4800km?？山暅y出導(dǎo)彈軌道、彈著區(qū)。3.1.3跟蹤雷達(dá)（AN/FPS-49）---作用距3200km。捕獲目標(biāo)，給出精確的彈道數(shù)據(jù).3.1.4跟蹤雷達(dá)（AN/FPS-80），可觀測蘇聯(lián)向太平洋發(fā)射的洲際導(dǎo)彈再入段。3.1.5PAVEPAWS固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)---作用距5400km。搜索和跟蹤來襲導(dǎo)彈。3.1.6丹麥眼鏡蛇相控陣?yán)走_(dá)（AN/FPS-108）--作用距離3200km，同時跟蹤100個目標(biāo)。俄羅斯的預(yù)警雷達(dá)超視距雷達(dá)—瞄準(zhǔn)監(jiān)視美國洲際導(dǎo)彈發(fā)射場，發(fā)出30分鐘的警報?！柏埜C”雷達(dá)一作用距離3000km。頻率338-424MHz,距離分辨率500m?！半u籠”相窩陣?yán)走_(dá)（類似于美國AN/FPS-50）,--作用距離6000-7000公里。“狗窩”反導(dǎo)作戰(zhàn)管理雷達(dá)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(jìn)行實戰(zhàn)的反彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)。3.3美國機載戰(zhàn)場偵察雷達(dá)系統(tǒng)（AN/APY3）它是裝在E-8A飛機上的聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)攻擊系統(tǒng)（JSTARS）。是高分辨率電掃陣列天線雷達(dá)。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(dá)為全相參體制。兩種工作模式。用脈沖多卜勒/動目標(biāo)顯示工作（MTI）模式時，能對180X180km2的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)視，可探測到汽車、坦克、飛機和機動導(dǎo)彈發(fā)射架等運動目標(biāo)。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(biāo)。由三套VAX860計算機處理雷達(dá)信號和數(shù)據(jù)。雷達(dá)還具有固定目標(biāo)光點顯示狀態(tài)和武器制導(dǎo)狀態(tài)。是現(xiàn)今最先進(jìn)的機載雷達(dá)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(biāo)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(dǎo)彈發(fā)射架在導(dǎo)彈發(fā)射10分鐘內(nèi)，可轉(zhuǎn)移到離陣地8公里遠(yuǎn)的任何地方。飛毛腿導(dǎo)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(dǎo)彈發(fā)射架被摧毀6個。美國空軍參謀長甚至認(rèn)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(dǎo)雷達(dá)它是多功能相控陣?yán)走_(dá)。用于搜索、探測、跟蹤目標(biāo)，以及指揮控制導(dǎo)彈。能同時處理90-125個目標(biāo)，最多支持9枚受國者導(dǎo)彈攔截目標(biāo)。沒有衛(wèi)星預(yù)警支持，雷達(dá)捕獲來襲目標(biāo)距離為50-60公里。有衛(wèi)星預(yù)警支持，捕獲目標(biāo)距離可達(dá)100公里。愛國者導(dǎo)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。“愛國者”與“飛毛腿”的導(dǎo)彈戰(zhàn)，促進(jìn)了戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈防御技術(shù)的發(fā)展。美國已將反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)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(jìn)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(dá)、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(jìn)行偵察，而不暴露M113載車。ETAS系統(tǒng)的AN/TPA-74雷達(dá)是模塊式Ku波段脈沖壓縮雷達(dá)?？蛇M(jìn)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(biāo)捕獲和跟蹤，并可采用多種雷達(dá)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(dá)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(dá)截面為10m2的目標(biāo)?？蓪σ苿榆囕v、直升飛機進(jìn)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(biāo)或目標(biāo)群。該系統(tǒng)已在海灣戰(zhàn)爭中使用。雷達(dá)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(biāo)。雷達(dá)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(dǎo)彈四大威脅。所以增進(jìn)強雷達(dá)抗偵察、抗干擾、抗隱身（包括抗低空突防）、搞反輻射導(dǎo)彈的能力，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭下雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的主要方向。雷達(dá)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭下?lián)?fù)：目標(biāo)的精確、實時、全天候偵察監(jiān)視；對彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈等大規(guī)模破壞性武器的探測與跟蹤；各種隱身目標(biāo)的探測與識別；戰(zhàn)斗殺傷效果判別和目標(biāo)識別等任務(wù)。雷達(dá)還擔(dān)任導(dǎo)彈制導(dǎo)和武器火控等任務(wù)。雷達(dá)為實現(xiàn)上述任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)是：相控陣?yán)走_(dá)（PAR），超視距雷達(dá)（OHTR）、合成孔徑雷達(dá)（SAR）和干涉儀合成孔徑雷達(dá)（InSAR）、毫米波雷達(dá)（MMW），雙/多基地雷達(dá)；高速、實時信號/數(shù)據(jù)處理技術(shù)；雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)等。4.1相控陣?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)，反隱身相控陣?yán)走_(dá)。4.2合成孔徑雷達(dá)（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(biāo)，各種目標(biāo)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(dá)（InSAR）可得到數(shù)字地形高程圖；生成二維艦船目標(biāo)圖像，可用于船只分類；重點解決INSAR的雷達(dá)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(dá)（OHTR）發(fā)展重點是利用高頻無線電波的電離層反射，擴(kuò)大雷達(dá)的覆蓋范圍，提高分辨率；超視距雷達(dá)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