無(wú)人機(jī)反制教案（3-1）雷達(dá)

《無(wú)人機(jī)反制技術(shù)概論》教案授課班級(jí)班級(jí)人數(shù)授課教師授課序號(hào)4授課類型授課課時(shí)4授課章節(jié)名稱3.1雷達(dá)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解雷達(dá)2.了解電磁波譜3.了解各種軍用雷達(dá)的作用教學(xué)任務(wù)1.雷達(dá)2.電磁波譜3.各種軍用雷達(dá)情感目標(biāo)1.培養(yǎng)勤于思考，舉一反三的學(xué)習(xí)習(xí)慣；2.鼓勵(lì)學(xué)生積極參與活動(dòng)，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣；3.通過(guò)小組討論，培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作精神。教學(xué)重點(diǎn)雷達(dá)電磁波譜各種軍用雷達(dá)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方法講授法、討論法、演示法教學(xué)過(guò)程組織教學(xué)課前提問(wèn)無(wú)人機(jī)反制的前提是什么？雷達(dá)是干什么的？導(dǎo)入新課四、教學(xué)內(nèi)容：無(wú)人機(jī)反制已經(jīng)成為各國(guó)低空經(jīng)濟(jì)保障和防空作戰(zhàn)的焦點(diǎn)，而有效、精準(zhǔn)、快速的探測(cè)是無(wú)人機(jī)反制的前提.雷達(dá)——“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”，羅伯特·沃特森·瓦特是蘇格蘭物理學(xué)家，他在1935年發(fā)明了雷達(dá)，能夠預(yù)警德軍轟炸機(jī)對(duì)倫敦的狂轟濫炸,約翰·蒂爾是美國(guó)工程師，他在1936年獨(dú)立發(fā)明了雷達(dá);中國(guó)物理學(xué)家束星北，被稱為“中國(guó)雷達(dá)之父”——因?yàn)樗幸活w愛(ài)國(guó)心，他一度放棄了自己的研究課題，改為研究無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人駕駛艦艇和激光、雷達(dá)等武器，并于1945年成功研制出了我國(guó)第一部雷達(dá)。雷達(dá)就是利用電磁波(電磁波是電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化產(chǎn)生的波，它可以由帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)射變化的電磁場(chǎng)通過(guò)電磁波輻射能量和動(dòng)量，電磁輻射會(huì)對(duì)發(fā)出電磁波的粒子產(chǎn)生輻射反作用)探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，雷達(dá)發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射，并接受其回波，由此獲得電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離（方位、高度及徑向速度）。雷達(dá)就是像探照燈一樣，雷達(dá)發(fā)射一束電磁波，碰到物體以后反射回來(lái)，被接收機(jī)接收到，于是就能探測(cè)到物體。想象一下：你站在一片廣闊的空地上，手里拿著一個(gè)手電筒，向四周照射，當(dāng)手電筒照射的光線遇到物體時(shí)，光就會(huì)被反射回來(lái)，進(jìn)入你的眼睛。雷達(dá)的工作原理和這個(gè)手電筒的例子非常相似，只不過(guò)雷達(dá)用的是電磁波（不可見(jiàn)的光），而不是可見(jiàn)光。雷達(dá)系統(tǒng)通常由幾個(gè)關(guān)鍵部分組成：發(fā)射機(jī)、天線、接收機(jī)和信號(hào)處理器。發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，這些電磁波通過(guò)天線被發(fā)射到空中，就像手電筒的光束一樣，當(dāng)這些電磁波遇到目標(biāo)物體時(shí)，比如一架飛機(jī)或一輛汽車，它們會(huì)被反射回來(lái)，形成回波信號(hào)。這些回波信號(hào)就像手電筒的光線被物體反射回來(lái)一樣，進(jìn)入雷達(dá)的接收機(jī)。接收機(jī)接收到這些信號(hào)后，會(huì)進(jìn)行放大和處理，最終通過(guò)信號(hào)處理器，提取目標(biāo)的信息：位置、速度等。要想讓雷達(dá)“看見(jiàn)”目標(biāo)，可不是那么簡(jiǎn)單的事情。這取決于雷達(dá)的靈敏度，也就是它探測(cè)目標(biāo)的能力。如果目標(biāo)物體的反射面積大、距離近，那么回波信號(hào)的強(qiáng)度就會(huì)很大，雷達(dá)就很容易發(fā)現(xiàn)它。這就像你在晚上用手電筒照射一個(gè)近處的物體，光線會(huì)很強(qiáng)，你一眼就能看到它。反之，如果目標(biāo)物體的反射面積小、距離遠(yuǎn)，那么回波信號(hào)的強(qiáng)度就會(huì)很弱，雷達(dá)就需要更高的靈敏度才能探測(cè)到它。這就像你在晚上用手電筒照射一個(gè)遠(yuǎn)處的物體，光線會(huì)變得很弱，你可能需要仔細(xì)尋找才能看到它。電磁波譜，按?波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短?（頻率從低到高）的順序排列為：

?無(wú)線電波→微波→紅外線→可見(jiàn)光→紫外線→X射線→γ射線?。?無(wú)線電波?

波長(zhǎng)最長(zhǎng)（頻率最低），主要用于通信、廣播等。微波?

波長(zhǎng)介于無(wú)線電波與紅外線之間，常見(jiàn)于雷達(dá)、微波爐等應(yīng)用。?紅外線波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，主要與熱輻射相關(guān)，廣泛應(yīng)用于遙控、夜視技術(shù)等。?可見(jiàn)光?

波長(zhǎng)范圍約400-700納米，是人眼可感知的電磁波段。?紫外線?

波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，具有較高能量，可用于殺菌、熒光效應(yīng)等。?X射線?

波長(zhǎng)極短，穿透力強(qiáng)，常用于醫(yī)學(xué)影像和材料檢測(cè)。?γ射線?

波長(zhǎng)最短（頻率最高），能量最大，源于核反應(yīng)或天體物理現(xiàn)象。6.雷達(dá)的工作步驟（1）發(fā)射信號(hào)——雷達(dá)天線發(fā)射一束定向的無(wú)線電波，通常以脈沖形式發(fā)送。（2）捕獲回波——當(dāng)無(wú)線電波遇到目標(biāo)物體時(shí)，一部分能量會(huì)反射加雷達(dá)接收天線。（3）計(jì)算距離——通過(guò)測(cè)量發(fā)射和接收之間的時(shí)間差，可以計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。7.雷達(dá)確定方向通過(guò)天線陣列和波束形成技術(shù)，雷達(dá)可以確定目標(biāo)物體的方向（方位角和仰角）。雷達(dá)分類：分為軍用雷達(dá)、民用雷達(dá)二大類。（1）軍用雷達(dá)1）預(yù)警雷達(dá)遠(yuǎn)距離搜索雷達(dá)，一般都采用12兆瓦以上的超高發(fā)射功率、高幾十米，寬幾百米以上的電動(dòng)掃描天線陣列，工作頻率在超高頻(UHF)和甚高頻(VHF)波段，用以減少大氣收的損耗;其作用距離可達(dá)幾千米，再配上相應(yīng)的高性能計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能在搜索的同時(shí)跟蹤100—200個(gè)目標(biāo)，主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)、中、近程彈道導(dǎo)彈，測(cè)定其瞬間位置、速度、發(fā)射點(diǎn)和彈著點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)。2）反炮兵雷達(dá)——雷達(dá)反應(yīng)速度極快，通常在對(duì)方發(fā)射炮彈后，數(shù)秒鐘內(nèi)，將對(duì)方發(fā)射的火炮進(jìn)行定位。①反炮兵雷達(dá)的工作原理——雷達(dá)需要借助炮兵計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)，推算出炮彈的彈道飛行曲線，來(lái)確定對(duì)方的火炮位置。②“辛柏林”雷達(dá)的主要用途是定位迫擊炮，通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)敵人炮彈的落點(diǎn)，測(cè)算出敵人火炮陣地的精確位置，引導(dǎo)我軍火炮精準(zhǔn)打擊；由于“辛柏林”雷達(dá)造價(jià)昂貴，我國(guó)從英國(guó)一共只引進(jìn)了4臺(tái)“辛柏林”雷達(dá)，在對(duì)越兩山輪戰(zhàn)期間，“辛柏林”雷達(dá)起到了至關(guān)重要的作用；越南軍隊(duì)的火炮與相比我軍相比，在加農(nóng)炮和榴彈炮方面有不小的差距，但他們的迫擊炮用的很好；越南軍隊(duì)的武器底子比較薄，重火力有限，大部分越南軍隊(duì)部隊(duì)都只有相對(duì)廉價(jià)的迫擊炮。不過(guò)熟能生巧，用了幾十年的迫擊炮，倒真讓越南軍隊(duì)用出門(mén)道來(lái)了，他們的炮兵機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，準(zhǔn)度高，個(gè)個(gè)都是打迫擊炮的好手；在戰(zhàn)場(chǎng)上，我軍和越南軍隊(duì)展開(kāi)炮轟對(duì)決。我軍在火力強(qiáng)度和炮彈數(shù)量上都占據(jù)著優(yōu)勢(shì)，但越南軍隊(duì)?wèi){借超高的準(zhǔn)確度，也給我軍也造成了不小的傷亡和損失。越南軍隊(duì)的火炮陣地十分隱蔽，我軍一時(shí)難以找到，只知道大致的方向；所以我軍必須捕捉到越南軍隊(duì)火炮陣地的具體位置，再實(shí)施精確打擊。而幫助我軍做到這一點(diǎn)的，就是“辛柏林”雷達(dá)；其雷達(dá)的定位和校射精度高，越南軍隊(duì)的迫擊炮只要一發(fā)射，雷達(dá)就能捕捉到信息，并測(cè)算出越南軍隊(duì)火炮的具體位置。我軍的火炮部隊(duì)就能依靠“辛柏林”雷達(dá)提供的參數(shù)，對(duì)越南軍隊(duì)實(shí)施精準(zhǔn)打擊。從效果上看，那是一打一個(gè)準(zhǔn)，越南軍隊(duì)被炸得人仰馬翻，不知所措。除了準(zhǔn)確度以外，“辛柏林”雷達(dá)還有很多優(yōu)勢(shì)：重量輕，包括電源在內(nèi)也只有400公斤不到，戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)性很高，可靠性很高，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“耐造”，不容易發(fā)生損壞，就算哪個(gè)器件壞了，拿備用件的替換一下馬上就能用。由于“辛柏林”雷達(dá)是我軍的絕密武器，越南軍隊(duì)根本不知道其中的實(shí)情，我軍就像是突然“開(kāi)了掛”一樣，不論他們躲到哪里，都能準(zhǔn)確地找到他們的位置。越南軍隊(duì)只能分而化之，連越南軍隊(duì)的炮兵部隊(duì)也開(kāi)始打起了游擊戰(zhàn)，分成幾個(gè)作戰(zhàn)小組，打幾炮換一個(gè)位置，不敢在一個(gè)地方多停留。其實(shí)，從理論上來(lái)說(shuō)，越南軍隊(duì)只要開(kāi)炮，“辛柏林”雷達(dá)就能偵察到他們的位置，但在戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐中，不是雷達(dá)一發(fā)現(xiàn)，炮兵那邊就開(kāi)炮。需要把越南軍隊(duì)的火炮陣地位置標(biāo)到地圖上，再根據(jù)地形和角度，判斷用哪種火炮反擊，這就需要時(shí)間;最終，在“辛柏林”反炮兵雷達(dá)的幫助下，我軍在與越南軍隊(duì)火炮對(duì)決中，大獲全勝。兩山戰(zhàn)役成為越南軍隊(duì)的噩夢(mèng)。3）防空雷達(dá)——利用電磁波，探測(cè)目標(biāo)的軍用電子裝備。防空雷達(dá)發(fā)射的電磁波，照射目標(biāo)，并接收其回波，來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，測(cè)定位置、運(yùn)動(dòng)方向和速度及其它特性。2025年5月7日，印度與巴基斯坦在空中發(fā)生了大規(guī)模的空戰(zhàn)，巴基斯坦使用中國(guó)紅旗9型防空系統(tǒng)的防空雷達(dá)首先捕捉到了印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)群的飛行蹤跡，印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)飛行員也迅速察覺(jué)到自己已經(jīng)被地面的導(dǎo)彈雷達(dá)系統(tǒng)給鎖定，印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)飛行員首要策略是規(guī)避地對(duì)空導(dǎo)彈的攻擊；然而，紅旗9并未立即發(fā)射地對(duì)空導(dǎo)彈，而是選擇將印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)的飛行位置坐標(biāo)，傳遞給了ZDK-03預(yù)警機(jī)（中國(guó)在上世紀(jì)80年代研制的第二代空中預(yù)警雷達(dá)，采用了普通的圓盤(pán)機(jī)械掃描雷達(dá)），預(yù)警機(jī)再將這一關(guān)鍵信息分享給中國(guó)殲10CE、梟龍戰(zhàn)斗機(jī)，再由殲10CE戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射霹靂—15（PL—15）超視距空空導(dǎo)彈，一舉擊了印軍的陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)。勝利的關(guān)鍵是ZDK-03預(yù)警機(jī)與殲10CE、梟龍戰(zhàn)機(jī)以及地面防空系統(tǒng)紅旗9實(shí)現(xiàn)了高效數(shù)據(jù)兼容，信息共享模式，用最先進(jìn)的系統(tǒng)高效數(shù)據(jù)鏈快速傳輸，最快速計(jì)算出了相關(guān)信息，并迅速做出反應(yīng)的作戰(zhàn)模式，打敗了單架先進(jìn)的印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)；其中地面紅旗9防空雷達(dá)，率先發(fā)現(xiàn)了印軍陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)群是勝利的第一步，也是關(guān)鍵的一步！4）有源相控陣?yán)走_(dá)使用相控陣天線陣列和相應(yīng)的發(fā)射器，來(lái)形成波束，探測(cè)并鎖定目標(biāo)；相比傳統(tǒng)天線陣列，它可以通過(guò)改變發(fā)射器的相位和振幅等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波束方向、波束寬度、波束形狀和波束功率等參數(shù)的控制。①控陣天線通常是使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制的天線陣列；干擾模式可用于提高雷達(dá)識(shí)別的準(zhǔn)確性，通過(guò)仔細(xì)控制幾束無(wú)線電波，可以創(chuàng)建、建設(shè)干擾模式，從而增強(qiáng)雷達(dá)的信號(hào)強(qiáng)度。波束成形是通過(guò)調(diào)整天線之間的相位關(guān)系，在不移動(dòng)天線的情況下，以電子方式“操縱”信號(hào)，指向不同的方向。②有兩個(gè)天線即可實(shí)現(xiàn)波束成形，而相控陣天線的數(shù)量為數(shù)百或數(shù)千個(gè)單個(gè)天線，這樣對(duì)波束成形非常有益，對(duì)雷達(dá)也特別有益，這樣就可以減少某些方向的信號(hào)輻射，同時(shí)增強(qiáng)所需方向的信號(hào)輻射；為此，雷達(dá)反射信號(hào)的準(zhǔn)確性就大大地得到了提高。③有源相控陣?yán)走_(dá)是沒(méi)有移動(dòng)部件，這對(duì)雷達(dá)應(yīng)用非常有益：a.其視野可以在幾微秒內(nèi)改變，這比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)雷達(dá)天線要快得多；停留時(shí)間，即雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)送信號(hào)的時(shí)間，是可自由選擇的，從而增加了每次掃描目標(biāo)的命中次數(shù)，每次掃描命中次數(shù)越多，目標(biāo)的圖像質(zhì)量就越豐富；對(duì)于傳統(tǒng)雷達(dá)，停留時(shí)間受天線旋轉(zhuǎn)速度的限制。b.相控陣?yán)走_(dá)的頻率靈活性較低，掃描范圍有限，方位角和仰角通常只有120°。由于其開(kāi)發(fā)和建造的復(fù)雜性，以及實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)的計(jì)算要求，相控陣?yán)走_(dá)非常昂貴，因此應(yīng)用有限。C.相控陣天線的功能用于增加增益和方向性，創(chuàng)建相對(duì)較窄的波束（稱為波束成形），允許電子轉(zhuǎn)向（稱為波束轉(zhuǎn)向）;電子轉(zhuǎn)向顯然比機(jī)械轉(zhuǎn)向快得多，這使得相控陣非常適合高性能雷達(dá)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等應(yīng)用；現(xiàn)如今，速度和敏捷性已經(jīng)是致勝的關(guān)鍵。無(wú)源5）無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)，它跟有源相控陣?yán)走_(dá)不一樣，無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)，它只有1個(gè)中央發(fā)射機(jī)和1個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的高頻能量會(huì)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)，自動(dòng)分配給天線陣列的各個(gè)輻射器。目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)，再由接收機(jī)統(tǒng)一放大。這種雷，在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控陣?yán)走_(dá)，但無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)的功能明顯優(yōu)于普通機(jī)械掃描雷達(dá)。 6）三坐標(biāo)雷達(dá)——三坐標(biāo)雷達(dá)就是在高、低方向上實(shí)現(xiàn)了電子掃描，但是在水平方向上，仍是傳統(tǒng)的機(jī)械掃描，因此充其量只能算半個(gè)相控陣?yán)走_(dá)。 三坐標(biāo)雷達(dá)通常也采取平板陣天線，從外觀上看,并不太容易與相控陣?yán)走_(dá)區(qū)別開(kāi)來(lái)，但是明顯不同于其它類型的雷達(dá)（如拋物面式天線的雷達(dá)）。如果說(shuō)相控陣?yán)走_(dá)是由無(wú)數(shù)個(gè)LED小燈泡組成的一支大探照燈，那么三坐標(biāo)雷達(dá)就是由多個(gè)日光燈管排成的一支大號(hào)探照燈，這些燈管左、右移動(dòng)不便，但是可以快速上、下轉(zhuǎn)移光束，而左、右方向上的覆蓋則是靠旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。天波7）超視距雷達(dá)——超視距雷達(dá)以其獨(dú)特的工作方式：①在抗低空突防、②抗隱身、③抗反輻射導(dǎo)彈（AR