雷達的出現,是由于(yu)一戰(zhan)期間當(dang)時英國(guo)和德(de)國(guo)交戰(zhan)時,英國(guo)急(ji)需一種能(neng)探測空(kong)中(zhong)(zhong)金屬物體的雷達(技術)能(neng)在反空(kong)襲戰(zhan)中(zhong)(zhong)幫助搜尋德(de)國(guo)飛機。二戰(zhan)期間,雷達就(jiu)已經出現了地(di)(di)對空(kong)、空(kong)對地(di)(di)(搜索)轟炸、空(kong)對空(kong)(截擊)火控(kong)、敵我(wo)識(shi)別功(gong)能(neng)的雷達技術。
二(er)戰以后(hou),雷(lei)達發(fa)展了單(dan)脈(mo)沖角度跟(gen)蹤、脈(mo)沖多普勒信號處理、合(he)(he)成孔(kong)徑和脈(mo)沖壓縮的(de)高分辨率、結合(he)(he)敵我(wo)識(shi)別的(de)組合(he)(he)系統(tong)、結合(he)(he)計算機的(de)自動(dong)火控系統(tong)、地(di)形回避和地(di)形跟(gen)隨、無源(yuan)或有(you)源(yuan)的(de)相位陣列、頻率捷變、多目標探測與跟(gen)蹤等新的(de)雷(lei)達體制(zhi)。
后來隨著微電(dian)子等各個領(ling)域科學(xue)進(jin)步,雷(lei)達(da)技術的不斷發展(zhan)(zhan),其內涵(han)和研究內容都在不斷地(di)拓展(zhan)(zhan)。雷(lei)達(da)的探(tan)測手(shou)(shou)段(duan)已(yi)經由從前的只有雷(lei)達(da)一種探(tan)測器發展(zhan)(zhan)到了紅外(wai)光(guang)(guang)、紫外(wai)光(guang)(guang)、激光(guang)(guang)以及其他光(guang)(guang)學(xue)探(tan)測手(shou)(shou)段(duan)融合協作。
當代雷達的同(tong)時多功能的能力使得戰場指揮員在各(ge)種不同(tong)的搜索/跟蹤模式(shi)下對目標(biao)進行掃描,并(bing)對干擾誤差進行自動修正(zheng),而且大(da)多數的控(kong)制功能是在系(xi)統內部完成(cheng)的。
自動(dong)目標(biao)識別則可使武(wu)器系統(tong)最大限度地(di)發(fa)揮作(zuo)用,空中預警機和JSTARS這樣(yang)的(de)(de)具有戰場(chang)敵我識別能力(li)的(de)(de)綜合雷達系統(tong)實(shi)際(ji)上已(yi)經成為了未來戰場(chang)上的(de)(de)信息指揮中心(xin)。
1842年,奧地利(li)物理(li)學(xue)家(jia)多普勒(le)(Christian Andreas Doppler)率先提出利(li)用多普勒(le)效(xiao)應的多普勒(le)式雷(lei)達。
1864年,英(ying)國物理學(xue)家麥克斯韋(James Clerk Maxwell)推導出可計算電(dian)磁波特性的公式(shi)。
1886年,德(de)國物理(li)學家赫(he)茲(Heinerich Hertz)展開研究無線電波(bo)的(de)一系列實驗。
1888年赫茲(zi)成功利用儀器產(chan)生無線(xian)電(dian)波。
1897年湯姆遜(JJ Thomson)展開對真空管(guan)內陰極射線的研究。
1904年侯斯美(mei)爾(Christian Hülsmeyer)發(fa)明電動鏡(telemobiloscope),是利用(yong)無線電波回聲探測的裝置(zhi),可防止海(hai)上船舶(bo)相撞。
1906年德弗瑞斯(si)特(te)(De Forest Lee)發明(ming)真(zhen)空三極管,是(shi)世界(jie)上第一種(zhong)可放大信號的主(zhu)動電子元件。
1916年馬可尼( Marconi)和(he)富蘭克(ke)林(lin)(Franklin)開始研究短(duan)波信號反(fan)射。
1917年羅伯特(te)·沃特(te)森·瓦特(te)(Robert Watson-Watt)成功設計雷暴定位裝(zhuang)置。
1922年(nian)馬可尼在(zai)美國電氣及無線電工程師學(xue)會(hui)(American Institutes of Electrical and Radio Engineers)發表演(yan)說,題目(mu)是可防止船只相撞的(de)平面(mian)角雷(lei)達。
1922年(nian)美國泰勒和(he)(he)楊(yang)建議在(zai)兩艘(sou)軍艦上(shang)裝備高頻發射(she)機和(he)(he)接收機以搜索敵艦。
1924年(nian)英國(guo)阿普(pu)利頓和巴尼特通(tong)過電(dian)離層(ceng)反射無線電(dian)波測(ce)量(liang)賽(ionosphere)的高度。美國(guo)布(bu)萊(lai)爾和杜夫用脈沖(chong)波來測(ce)量(liang)亥維塞層(ceng)。
1925年貝爾德(de)(John L. Baird)發明機動式(shi)電視(shi)(現(xian)代電視(shi)的(de)前(qian)身)。
1925年(nian)伯烈特(Gregory Breit)與(yu)杜武(Merle Antony Tuve)合作,第(di)一次成功使用雷(lei)達,把(ba)從電離層反射回來的無(wu)線(xian)電短脈(mo)沖(chong)顯示在(zai)陰極(ji)射線(xian)管上。
1931年美國海軍研究實驗室利(li)用(yong)(yong)拍頻原(yuan)理研制雷達,開始讓發(fa)射(she)機(ji)發(fa)射(she)連(lian)續波(bo),三(san)年后改用(yong)(yong)脈(mo)沖波(bo)。
1935年法國古(gu)頓研制(zhi)出用磁控管產生(sheng)16厘米波長的信號,可以(yi)在霧(wu)天或(huo)黑夜發現(xian)其他船只。這是(shi)雷達和平利用的開始。
1935年英國羅伯特·沃特森·瓦特發明第(di)一臺實用雷達。
1936年(nian)1月英(ying)國(guo)羅伯特(te)·沃特(te)森·瓦特(te)在索夫克海岸架起了(le)英(ying)國(guo)第一個雷達站(zhan)。英(ying)國(guo)空(kong)軍又增設了(le)五個,它們在第二次世(shi)界大戰中發揮了(le)重要(yao)作用(yong)。
1937年馬可(ke)尼公司替英國加建20個鏈向雷達站。
1937年(nian)美國第一(yi)個軍艦雷達XAF試(shi)驗成功。
1937年瓦(wa)里安兄弟(Russell and Sigurd Varian)研(yan)制成高功率微波振蕩(dang)器(qi),又稱(cheng)速調管(klystron)。
1939年(nian)布特(te)(Henry Boot)與(yu)蘭特(te)爾(John T. Randall)發(fa)明(ming)電子管(guan),又(you)稱共振穴磁控管(guan)(resonant-cavity magnetron )。
1941年蘇聯最早在(zai)飛(fei)機(ji)上裝備預警(jing)雷達(da)。
1943年美(mei)國麻省理工學院研制(zhi)出機載(zai)雷(lei)(lei)達(da)平(ping)面位(wei)置指(zhi)示器,預警雷(lei)(lei)達(da)。
1944年馬可尼公(gong)司成功設計、開發并生產「布袋式(shi)」(Bagful)系統,以(yi)及(ji)「地氈(zhan)式(shi)」(Carpet)雷(lei)達干擾系統。前者(zhe)用來截取(qu)德國(guo)(guo)的無線電通訊,而后者(zhe)則用來裝備英國(guo)(guo)皇家空(kong)軍(RAF)的轟炸機隊(dui)。
1945年二次(ci)大戰結束后,全(quan)憑裝(zhuang)有特別(bie)設計的真空(kong)管──磁控管的雷達,盟軍得(de)以(yi)打(da)敗德國。
1947年(nian)美國貝爾電話實(shi)驗室研制出線性調(diao)頻脈沖雷達。
50年(nian)代中期美國裝備了(le)超距預警雷(lei)達(da)系統,可以探尋超音速飛(fei)機。不(bu)久(jiu)又(you)研制出脈沖多普勒雷(lei)達(da)。
1959年美國通(tong)用電(dian)器公司研制出彈道導(dao)彈預警雷(lei)達系統,可發(fa)跟蹤3000英里外(wai),600英里高的導(dao)彈,預警時間為20分鐘。
1964年美國裝置了(le)第(di)一個空(kong)間軌道(dao)監視雷達,用于監視人造(zao)地球衛(wei)星或空(kong)間飛行器。
1971年加拿大伊朱卡等3人發明(ming)全息矩陣雷達。與(yu)此(ci)同時,數字雷達技術在美國出現。
1993年美國曼徹斯特市德(de)雷爾(er)·麥吉爾(er)發明了多塔查(cha)克超(chao)智能(neng)雷達。
各種雷達的(de)具體用途和(he)結構不盡(jin)相同,但(dan)基本形(xing)式是(shi)一致的(de),包括(kuo):發(fa)射機、發(fa)射天線(xian)、接(jie)收機、接(jie)收天線(xian),處(chu)理部分(fen)以(yi)及(ji)顯示器。還有電源設備(bei)、數據錄取設備(bei)、抗干(gan)擾(rao)設備(bei)等(deng)輔助設備(bei)。
雷達(da)所起(qi)的(de)作用跟眼(yan)睛和(he)耳朵相似,當然,它(ta)(ta)不(bu)再是大自然的(de)杰(jie)作,同時,它(ta)(ta)的(de)信息(xi)載(zai)體(ti)(ti)是無線(xian)電(dian)波(bo)(bo)(bo)。 事實上,不(bu)論(lun)是可見光或是無線(xian)電(dian)波(bo)(bo)(bo),在本質上是同一種東西,都是電(dian)磁波(bo)(bo)(bo),在真(zhen)空中(zhong)傳播的(de)速度(du)都是光速C,差(cha)別(bie)在于它(ta)(ta)們各自的(de)頻(pin)率和(he)波(bo)(bo)(bo)長不(bu)同。其原理(li)是雷達(da)設備的(de)發射(she)機通過(guo)天(tian)線(xian)把電(dian)磁波(bo)(bo)(bo)能量射(she)向空間某一方向,處在此方向上的(de)物體(ti)(ti)反射(she)碰到的(de)電(dian)磁波(bo)(bo)(bo);雷達(da)天(tian)線(xian)接收(shou)此反射(she)波(bo)(bo)(bo),送至接收(shou)設備進行處理(li),提取有關(guan)該物體(ti)(ti)的(de)某些信息(xi)(目標物體(ti)(ti)至雷達(da)的(de)距離(li),距離(li)變化(hua)率或徑向速度(du)、方位、高(gao)度(du)等)。
測(ce)(ce)量速度(du)原理是(shi)雷(lei)(lei)(lei)達(da)根據自(zi)身和(he)目(mu)標(biao)(biao)之(zhi)(zhi)間(jian)有相對運動產生的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)多(duo)普(pu)(pu)勒(le)效應。雷(lei)(lei)(lei)達(da)接(jie)收到(dao)的(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)回波(bo)頻(pin)(pin)率(lv)與(yu)雷(lei)(lei)(lei)達(da)發射頻(pin)(pin)率(lv)不同(tong),兩者的(de)(de)差(cha)值(zhi)稱(cheng)為(wei)多(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)。從多(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)中可提取的(de)(de)主要信息之(zhi)(zhi)一是(shi)雷(lei)(lei)(lei)達(da)與(yu)目(mu)標(biao)(biao)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)(de)距(ju)離(li)變化(hua)率(lv)。當目(mu)標(biao)(biao)與(yu)干擾雜波(bo)同(tong)時存在(zai)于雷(lei)(lei)(lei)達(da)的(de)(de)同(tong)一空間(jian)分(fen)辨單(dan)元內時,雷(lei)(lei)(lei)達(da)利用(yong)它(ta)們之(zhi)(zhi)間(jian)多(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)不同(tong)能從干擾雜波(bo)中檢(jian)測(ce)(ce)和(he)跟蹤目(mu)標(biao)(biao)。測(ce)(ce)量目(mu)標(biao)(biao)方(fang)位原理是(shi)利用(yong)天線(xian)的(de)(de)尖銳方(fang)位波(bo)束,通過測(ce)(ce)量仰(yang)角(jiao)靠(kao)窄的(de)(de)仰(yang)角(jiao)波(bo)束,從而根據仰(yang)角(jiao)和(he)距(ju)離(li)就(jiu)能計算出目(mu)標(biao)(biao)高(gao)度(du)。
測量距(ju)離原理是測量發(fa)射(she)脈沖(chong)與回波(bo)脈沖(chong)之間(jian)的時間(jian)差,因電(dian)磁(ci)波(bo)以光速傳播,據此就能換算成雷達(da)與目標的精確距(ju)離。
雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)的(de)(de)種(zhong)類繁多,分類的(de)(de)方法也非(fei)常(chang)復雜。一般為軍用雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)。通常(chang)可以按(an)照(zhao)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)的(de)(de)用途分類,如(ru)預(yu)警(jing)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、搜(sou)索警(jing)戒雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、引導指揮雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、炮瞄(miao)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、戰場監視雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、機載雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、無線電(dian)測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)引信、氣象雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、航行管制雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)、導航雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)以及(ji)防撞和(he)敵我(wo)識別(bie)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)(da)等。
1.按照雷(lei)(lei)達信號形式分類,有脈沖(chong)雷(lei)(lei)達、連(lian)續波雷(lei)(lei)達、脈部壓(ya)縮雷(lei)(lei)達和頻率捷(jie)變雷(lei)(lei)達等(deng)。
2.按照角跟蹤方式分類,有單脈(mo)沖雷(lei)(lei)達、圓錐掃(sao)描(miao)雷(lei)(lei)達和(he)隱蔽圓錐掃(sao)描(miao)雷(lei)(lei)達等。
3.按照目標測量(liang)的(de)參(can)數分(fen)類,有測高雷(lei)達(da)、二坐標雷(lei)達(da)、三坐標雷(lei)達(da)和敵我識對雷(lei)達(da)、多(duo)站雷(lei)達(da)等。
4.按照雷(lei)達(da)采用的(de)技術和信號處理的(de)方(fang)式(shi)有相參積(ji)累和非相參積(ji)累、動目(mu)標顯示(shi)、動目(mu)標檢測、脈沖多普勒雷(lei)達(da)、合成孔徑雷(lei)達(da)、邊掃描(miao)邊跟蹤雷(lei)達(da)。
5.按照天線(xian)掃(sao)描方式分(fen)類,分(fen)為機械掃(sao)描雷(lei)達、相控陣雷(lei)達等。
6.按(an)雷(lei)達(da)頻段分,可分為超(chao)視距雷(lei)達(da)、微波雷(lei)達(da)、毫米波雷(lei)達(da)以及激光雷(lei)達(da)等(deng)。
其中(zhong)(zhong),相(xiang)(xiang)控陣雷(lei)達(da)(da)又稱作(zuo)(zuo)相(xiang)(xiang)位陣列雷(lei)達(da)(da),是(shi)一(yi)(yi)種以改變雷(lei)達(da)(da)波相(xiang)(xiang)位來改變波束(shu)方向的雷(lei)達(da)(da),因(yin)為(wei)(wei)是(shi)以電子(zi)方式控制(zhi)波束(shu)而非(fei)傳統的機械轉(zhuan)動天線面方式,故(gu)又稱電子(zi)掃(sao)描雷(lei)達(da)(da)相(xiang)(xiang)控陣技術,早在(zai)30年代(dai)(dai)后(hou)期就已經出現。1937年,美國首先開始這(zhe)項(xiang)研(yan)(yan)究工(gong)作(zuo)(zuo)。但(dan)一(yi)(yi)直到50年代(dai)(dai)中(zhong)(zhong)期才研(yan)(yan)制(zhi)出2部實用型艦載相(xiang)(xiang)控陣雷(lei)達(da)(da)。80年代(dai)(dai),相(xiang)(xiang)控陣雷(lei)達(da)(da)由于具有很多獨(du)特的優點(dian),得到了更進一(yi)(yi)步(bu)的應用。在(zai)已裝備(bei)和正在(zai)研(yan)(yan)制(zhi)的新一(yi)(yi)代(dai)(dai)中(zhong)(zhong)、遠程防空導彈(dan)武器(qi)(qi)系(xi)統中(zhong)(zhong)多采用多功能相(xiang)(xiang)控陣雷(lei)達(da)(da),它已成為(wei)(wei)第三(san)代(dai)(dai)中(zhong)(zhong)、遠程防空導彈(dan)武器(qi)(qi)系(xi)統的一(yi)(yi)個重(zhong)要標志。從而,大大提高(gao)了防空導彈(dan)武器(qi)(qi)系(xi)統的作(zuo)(zuo)戰性能。在(zai)21世紀(ji),相(xiang)(xiang)控陣雷(lei)達(da)(da)隨著科技的不斷(duan)發展和現代(dai)(dai)戰爭兵器(qi)(qi)的特點(dian),其制(zhi)造和研(yan)(yan)究將(jiang)會更上(shang)一(yi)(yi)層樓。
最早(zao)用于搜索(suo)雷達的(de)電磁波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)長(chang)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)23cm,這一(yi)波(bo)(bo)(bo)段被定(ding)義為(wei)(wei)(wei)L波(bo)(bo)(bo)段(英(ying)語Long的(de)字頭),后來這一(yi)波(bo)(bo)(bo)段的(de)中心波(bo)(bo)(bo)長(chang)度(du)(du)變為(wei)(wei)(wei)22cm。 當波(bo)(bo)(bo)長(chang)為(wei)(wei)(wei)10cm的(de)電磁波(bo)(bo)(bo)被使(shi)用后,其波(bo)(bo)(bo)段被定(ding)義為(wei)(wei)(wei)S波(bo)(bo)(bo)段(英(ying)語Short的(de)字頭,意為(wei)(wei)(wei)比(bi)原有波(bo)(bo)(bo)長(chang)短的(de)電磁波(bo)(bo)(bo))。
在主要(yao)使用3cm電(dian)磁波的(de)(de)火控雷(lei)達(da)出現后,3cm波長的(de)(de)電(dian)磁波被稱為(wei)(wei)X波段(duan),因為(wei)(wei)X代表坐標(biao)上的(de)(de)某點(dian)。
為(wei)(wei)了結合(he)X波(bo)(bo)段(duan)和S波(bo)(bo)段(duan)的(de)優點,逐漸出現了使(shi)用中心波(bo)(bo)長為(wei)(wei)5cm的(de)雷達,該波(bo)(bo)段(duan)被稱為(wei)(wei)C波(bo)(bo)段(duan)(C即(ji)Compromise,英(ying)語“結合(he)”一詞的(de)字(zi)頭)。
在(zai)英國人之后,德國人也開(kai)始獨立開(kai)發自己的雷達(da),他們(men)選擇(ze)1.5cm作為自己雷達(da)的中(zhong)心波長。這一(yi)波長的電磁波就(jiu)被稱為K波段(K = Kurz,德語中(zhong)“短”的字頭(tou))。
“不幸”的(de)(de)(de)是,德國(guo)人(ren)以其日(ri)爾曼民族特有(you)的(de)(de)(de)“精確(que)性”選擇的(de)(de)(de)波長可以被水蒸(zheng)氣(qi)強烈(lie)吸(xi)收(shou)。結果這(zhe)一(yi)波段(duan)的(de)(de)(de)雷達不能在(zai)雨(yu)中和有(you)霧(wu)的(de)(de)(de)天氣(qi)使用。戰(zhan)后設計(ji)的(de)(de)(de)雷達為(wei)了(le)避免(mian)這(zhe)一(yi)吸(xi)收(shou)峰,通常使用頻率略(lve)(lve)高于K波段(duan)的(de)(de)(de)Ka波段(duan)(Ka,即(ji)英語(yu)K-above的(de)(de)(de)縮(suo)寫(xie),意為(wei)在(zai)K波段(duan)之(zhi)上)和略(lve)(lve)低(di)(Ku,即(ji)英語(yu)K-under的(de)(de)(de)縮(suo)寫(xie),意為(wei)在(zai)K波段(duan)之(zhi)下)的(de)(de)(de)波段(duan)。
最后(hou),由(you)于(yu)最早的雷達(da)使用(yong)的是米波(bo),這一波(bo)段被稱(cheng)為(wei)P波(bo)段(P為(wei)Previous的縮寫,即英語“以往(wang)”的字頭)。
該系統(tong)十分繁瑣、而且(qie)使用不便(bian)。終于被一個(ge)以實際(ji)波長劃分的波分波段(duan)系統(tong)取代,這兩個(ge)系統(tong)的換算如下。
原 P波(bo)(bo)段 = 現 A/B波(bo)(bo)段
原 L波(bo)段 = 現 C/D 波(bo)段
原 S波段 = 現 E/F 波段
原 C波(bo)段 = 現 G/H 波(bo)段
原 X波段(duan) = 現 I/J 波段(duan)
原 K波段 = 現 K 波段
雷達(da)的(de)(de)優點是(shi)白天(tian)黑夜均能(neng)探測(ce)遠距(ju)(ju)離的(de)(de)目標(biao),且(qie)不受(shou)霧、云和雨的(de)(de)阻擋(dang),具有全天(tian)候、全天(tian)時的(de)(de)特點,并有一(yi)定的(de)(de)穿(chuan)透能(neng)力。因此,它不僅成為(wei)軍事上必不可少的(de)(de)電(dian)子裝備,而且(qie)廣(guang)泛應(ying)(ying)用于社(she)會經(jing)濟發展(如氣象預報、資(zi)源探測(ce)、環境監測(ce)等)和科學研究(jiu)(天(tian)體研究(jiu)、大氣物理、電(dian)離層結(jie)構研究(jiu)等)。星(xing)載(zai)和機載(zai)合(he)成孔(kong)徑雷達(da)已經(jing)成為(wei)當今(jin)遙感中十分重(zhong)要(yao)的(de)(de)傳感器。以(yi)地面為(wei)目標(biao)的(de)(de)雷達(da)可以(yi)探測(ce)地面的(de)(de)精確形狀。其空間分辨力可達(da)幾米到幾十米,且(qie)與(yu)距(ju)(ju)離無關(guan)。雷達(da)在(zai)洪水監測(ce)、海冰(bing)監測(ce)、土壤濕度(du)調查、森林資(zi)源清查、地質調查等方(fang)面也顯(xian)示出(chu)了很好的(de)(de)應(ying)(ying)用潛(qian)力。