煙用新增劑
[拼音]：leida
[英文]：radar
利用電磁波探測目標的電子裝置。它發射電磁波對目標進行照射並接收其回波，由此獲得目標至雷達的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等資訊。雷達是英文RADAR(Radio Detection And Ranging)的譯音，意為“無線電檢測和測距”。雷達的優點是白天黑夜均能檢測到遠距離的較小目標，不為霧、雲和雨所阻擋。雷達是現代戰爭必不可少的電子裝備。它不僅應用於軍事，而且也應用於國民經濟（如交通運輸、氣象預報和資源探測等）和科學研究（如航天、大氣物理、電離層結構和天體研究等）以及其他一些領域。
發展簡史
雷達的基本概念形成於20世紀初。但是直到第二次世界大戰前後，雷達才得到迅速發展。早在20世紀初，歐洲和美國的一些科學家已知道電磁波被物體反射的現象。1922年，義大利G.馬可尼發表了無線電波可能檢測物體的論文。美國海軍實驗室發現用雙基地連續波雷達能發覺在其間通過的船隻。1925年，美國開始研製能測距的脈衝調製雷達，並首先用它來測量電離層的高度。30年代初，歐美一些國家開始研製探測飛機的脈衝調製雷達。1936年，美國研製出作用距離達40公里、分辨力為457米的探測飛機的脈衝雷達。1938年，英國已在鄰近法國的本土海岸線上佈設了一條觀測敵方飛機的早期報警雷達鏈。
第二次世界大戰期間，由於作戰需要，雷達技術發展極為迅速。就使用的頻段而言，戰前的器件和技術只能達到幾十兆赫。大戰初期，德國首先研製成大功率三、四極電子管，把頻率提高到500兆赫以上。這不僅提高了雷達搜尋和引導飛機的精度，而且也提高了高射炮控制雷達的效能，使高炮有更高的命中率。1939年，英國發明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飛機上裝備了採用這種磁控管的微波雷達，使盟軍在空中作戰和空-海作戰方面獲得優勢。大戰後期，美國進一步把磁控管的頻率提高到10吉赫，實現了機載雷達小型化並提高了測量精度。在高炮火控方面，美國研製的精密自動跟蹤雷達SCR-584，使高炮命中率從戰爭初期的數千發炮彈擊落一架飛機，提高到數十發擊中一架飛機。
40年代後期出現了動目標顯示技術，這有利於在地雜波和雲雨等雜波背景中發現目標。高效能的動目標顯示雷達必須發射相干訊號，於是研製了功率行波管、速調管、前向波管等器件。50年代出現了高速噴氣式飛機，60年代又出現了低空突防飛機和中、遠端導彈以及軍用衛星，促進了雷達效能的迅速提高。60～70年代，電子計算機、微處理器、微波積體電路和大規模數字積體電路等應用到雷達上，使雷達效能大大提高，同時減小了體積和重量，提高了可靠性。在雷達新體制、新技術方面，50年代已較廣泛地採用了動目標顯示、單脈衝測角和跟蹤以及脈衝壓縮技術等；60年代出現了相控陣雷達；70年代固態相控陣雷達和脈衝多普勒雷達問世。
在中國，雷達技術從50年代初才開始發展起來。中國研製的雷達已裝備軍隊。中國已經研製成防空用的二座標和三座標警戒引導雷達、地－空導彈制導雷達、遠端導彈初始段靶場測量雷達和再入段靶場測量與回收雷達。中國研製的大型雷達還用於觀測中國和其他國家發射的人造衛星。在民用方面，遠洋輪船的導航和防撞雷達、飛機場的航行管制雷達以及氣象雷達等均已生產和應用。中國研製成的機載合成孔徑雷達已能獲得大面積清晰的測繪地圖。中國研製的新一代雷達均已採用計算機或微處理器，並應用了中、大規模積體電路的數字式資訊處理技術，頻率已擴充套件至毫米波段。
工作原理
雷達天線把發射機提供的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。這些反射波載有該物體的資訊並被雷達天線接收，送至雷達接收裝置進行處理，提取人們所需要的有用資訊並濾除無用資訊。
雷達可分為連續波雷達和脈衝雷達兩大類。單一頻率連續波雷達是一種最為簡單的雷達形式，容易獲得運動目標與雷達之間的距離變化率（即徑向速度）。它的主要缺點是：
（1）無法直接測知目標距離，如欲測知目標距離，則必須調頻，但用調頻連續波測得的目標距離遠不及脈衝雷達精確；
（2）在多目標的環境中容易混淆目標；
（3）大多數連續波雷達的接收天線和發射天線必須分開，並要求有一定的隔離度。
脈衝雷達
容易實現精確測距，而且接收回波是在發射脈衝休止期內，不存在接收天線與發射天線隔離的問題，因此絕大多數脈衝雷達的接收天線和發射天線是同一副天線。由於這些優點，脈衝雷達（圖1）在各種雷達中居於主要地位。這種雷達發射的脈衝訊號可以是單一載頻的矩形脈衝，如普通脈衝雷達的情形;也可以是編碼或調頻形式的脈衝調製訊號，這種訊號可以增大訊號頻寬，並在接收機中經匹配濾波輸出很窄的脈衝，從而提高雷達的測距精度和距離分辨力，這就是脈衝壓縮雷達。此外，雷達發射的相鄰脈衝之間的相位可以是不相干（隨機）的，也可以是具有一定規律的相干訊號。相干訊號的頻譜純度高，能得到好的動目標顯示效能。
目標定位
對地面和海面目標定位，就是測量它相對於雷達的距離和方位。對空中目標的定位則需要同時測量距離、方位和高度，這種雷達稱為三座標雷達。測量距離實際是測量發射脈衝與回波脈衝之間的時間差，因為電磁波以光速傳播，據此就能換算成目標的精確距離。目標方位是利用天線的尖銳方位波束來測量。在同樣窄的波束條件下，用單脈衝方法可得到比單一波束更高的測量精度（見跟蹤雷達）。仰角靠窄的仰角波束測量。根據目標的仰角和距離就能通過計算得到目標高度，精確的仰角同樣可用單脈衝方法獲得。
多普勒頻率
當雷達和目標之間有相對運動時，雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。若目標作接近雷達的運動，則接收到的回波頻率高於發射頻率，多普勒頻率是正值，相反為負值。從多普勒頻率中可提取的主要資訊之一是雷達與目標之間的距離變化率（也稱徑向速度），它們之間的關係fd=2dR/λdt，式中fd為多普勒頻率，λ為發射波長，dR/dt為距離變化率。
當目標與干擾雜波同時存在於雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從比目標回波強得多的干擾雜波中檢測和跟蹤目標。方法可分為非相干動目標顯示和相干動目標顯示。非相干動目標顯示是依靠目標和干擾物兩者多普勒頻率不同而產生的差拍頻率，這個差拍頻率可以直接從顯示器上看出。這種方式的優點是經濟簡單，缺點是效能不佳，因為必須有干擾物存在時才能通過差拍頻率檢測到目標，而當干擾雜波比目標回波強得多時，則會使差拍頻率幅度變化極小而難以檢測。因此，效能優良的雷達均採用相干動目標顯示的方法。雷達要在強大幹擾雜波中檢測目標回波，必須有好的相干性，這就要用晶體振盪倍頻放大式發射機。在訊號處理上，較簡單的是用雜波濾波器，通常稱為動目標顯示技術；更復雜的是在雜波濾波器之後再串接一列在頻率上相鄰接的窄帶濾波器組，這樣就能獲得更好的效果。這種方式在低重複頻率時通常稱為動目標檢測技術，地面動目標檢測雷達有時還配有地雜波圖以提高效能；在高脈衝重複頻率時，通常稱為脈衝多普勒技術。效能先進的機載下視雷達均採用脈衝多普勒技術。
主要組成
脈衝調製雷達的主要組成包括髮射機、脈衝調製器、收發開關、天線、接收機、顯示器和定時器等部分。
發射機
它可以是一個磁控管振盪器。這是微波雷達發射機早期的方式，簡單的雷達仍在沿用。現代的高效能雷達要求有相干訊號和高的頻率穩定度。因此就需要用晶體振盪器作為穩定頻率源，並通過倍頻功率放大鏈得到所需的相干性、穩定度和功率。放大鏈的末級功率放大管最常用的是功率行波管或速調管。頻率低於600兆赫時，可以使用微波三極體或微波四極管。
脈衝調製器
它產生供發射機開關用的調製脈衝。它必須具有發射高頻脈衝所需要的脈衝寬度，並提供開關發射管所需的調製能量。使用真空管或電晶體作為放電開關，稱為剛管調製；使用氫閘流管對人工線儲能作放電開關，稱為軟管調製。此外，也可用電磁元件作脈衝開關調製。對調製脈衝的一般要求是起邊和落邊較陡，脈衝頂部平坦。
收發開關
它在發射脈衝時切斷接收支路，儘量減少漏入接收支路的發射脈衝能量；當發射脈衝結束時斷開發射支路，由天線接收的回波訊號經收發開關全部進入接收支路。收發開關通常由特殊的充氣管組成。發射時，充氣管電離打火形成短路狀態，發射脈衝通過後即恢復開路狀態。為了不阻塞近距離目標回波，充氣管從電離短路狀態到電離消除開路狀態的時間極短，通常為微秒量級，對於某些雷達體制為納秒量級。
天線
雷達要有很高的目標定向精度，這就要求天線具有窄的波束。搜尋目標時，天線波束對一定的空域進行掃描。掃描可以採用機械轉動方法，也可以採用電子掃描方法。大多數天線只有一個波束，但有的天線同時有幾個波束。分佈在天線副瓣中的能量應儘量小，低副瓣天線是抗干擾所需要的。
接收機
一般採用超外差式。在接收機的前端有一個低噪聲高頻放大級。放大後的載頻訊號和本振訊號混頻成中頻訊號。模擬式訊號處理（如脈衝壓縮和動目標顯示等）在中頻放大級進行，然後檢波並將目標訊號輸至顯示器。採用數字訊號處理時，為了降低處理運算的速率，應該把訊號混頻至零中頻；為了保持相位資訊，零中頻訊號分解成二個互相正交的訊號，分別進入不同的兩條支路，然後對這兩條支路作數字式處理，再將處理結果合併。
顯示器
把雷達獲得的經過處理的有用資訊顯示給雷達觀察員的裝置（見雷達顯示器）。通常是把這些資訊顯示在陰極射線管熒光屏上。較為簡單的雷達是在模擬處理後將資訊直接輸送至顯示器。最常見的顯示器是搜尋雷達用的平面位置顯示器，它的優點是能把雷達四周的目標全部直觀地顯示出來。雷達處在顯示器中心原點上，細小的輝亮弧條表示飛機目標。目標所處的方位判讀與地圖的讀法相同，即正上方表示正北（相對於雷達）。輝亮目標和中心點之間的距離表示雷達至目標間的距離。對於先進的雷達，資訊經數字處理後還輸送給平面位置顯示器，用以消除熒光屏上剩餘的雜波和噪聲。另外，還可將地圖重疊到顯示器上（圖2）。如果是三座標雷達，還可在目標旁用數碼錶示目標高度。新型表格顯示器還能將目標的批號和其他有用的資訊全部以數碼形式表示出來（圖3）。
定時器
雷達是一種複雜的系統，由許多具有不同功能的分機組成。這些分機必須按照一定的節拍，或同時或先後進行工作。定時器就是以觸發脈衝的形式，為這些分機提供所需的精確節拍的裝置。
應用
現代雷達的應用極為廣泛，它不僅作為武器裝備應用於軍事，成為目標搜尋、跟蹤、測量和武器引導、控制以及敵我識別等不可缺少的裝置，而且在民用和科學研究方面也有十分重要的作用，如機場和海港的管理、空中交通管制、天氣預報、導航及天文研究等都需要使用雷達。
軍事應用
（1）搜尋和引導：對空搜尋雷達的用途是儘早發現敵方飛機；對海搜尋雷達用以發現敵方艦船。搜尋雷達通常是二座標的，即測定入侵武器的實時方位和距離。發現敵機後若要引導己方殲擊機去迎擊，還需要測定敵機高度，需要用三座標雷達進行引導。三座標引導雷達可兼作搜尋之用。第三個座標（仰角）可用多波束、頻掃和相掃等方法獲得。
（2）跟蹤測量和火控：在發射導彈和衛星時，為了知道其是否進入正確的軌道，在起飛段需要有精密的跟蹤測量雷達，測定目標的方位、距離、高度、速度等資訊。這種雷達通常採用單脈衝測角方式，並把自動化跟蹤的資料輸入計算機，獲得目標的未來軌跡。高射炮或地空導彈的火控雷達也用單脈衝測角，它不僅精度高，而且抗干擾能力強。
（3）敵我識別：敵我識別器用於探明目標是敵機還是我機（友機），這是一種利用二次雷達原理工作的裝置。敵我識別器包括詢問機和應答器，實際上是一種特殊的發射、接收裝置。詢問機通過天線向目標發射編碼詢問訊號，我（友）機上裝的應答器在收到詢問訊號後發回特殊的編碼回答訊號。回答訊號經詢問機接收並解碼後在顯示器上顯示出我機的標誌。
（4）戰鬥機下視、下射和測繪：機載雷達具有下視能力，以發現低空飛行的飛機、巡航導彈或地面高速行駛的車輛，這時會有很強的地雜波從天線進入接收機中。另外，由於雷達載機的高速飛行，地雜波譜會發生很大擴散。這些都會增加機載雷達從地雜波中檢測動目標的難度。機載下視雷達的另一重要用途是地形測繪，其原理是利用雷達載機高速運動對地面各點所產生的不同的多普勒頻率變化，使方位分辨力比天線真實方位波束的分辨力提高數百倍甚至上千倍（見合成孔徑雷達）。雷達測繪地圖可接近光學照相所能達到的清晰度，並且不受氣象條件和黑夜的限制。但是，飛機對機載雷達的體積重量限制極嚴，因而必須採用優越的結構設計、精密的加工和先進的裝置。微波整合、線性電路整合和大規模數位電路整合是減輕重量、縮小體積和提高可靠性的重要技術途徑。
民用和科研應用
（1）機場和海港管理：現代機場的飛機起落頻繁，而且要求在黑夜或能見度差的雲霧天氣安全正點起落。因此，空中交通管制雷達就成為現代機場必備的裝置，以實現全面的空中交通管制。現代機場配有較遠距離的航線監視雷達、機場上空四周的空中監視雷達和觀測跑道上飛機的高分辨力航空港監視雷達等。海港和河港的船舶進出也十分頻繁，必須使用分辨力高的雷達和應答器提供監視、指揮、進港導航等服務，以避免碰撞、擱淺等災難。
（2）氣象預報：氣象雷達能對惡劣天氣提前發出警報，例如，可觀測400～500公里以外的颱風中心並測知其行進速度和方向。海船上和飛機上裝有氣象雷達，可測知前進航道上的暴風雨區，從而採取繞道行駛的航線。
（3）天文研究：天文雷達是研究較近天體的有力工具，它能精確測定天體離測定點的距離。現代雷達測月球距離的精度已達米的量級，這是其他方法無法達到的。它還能測知天體的形狀和自轉的方向與速度等。
（4）導航：艦船上一般均裝有導航雷達，這種雷達應有較高分辨力，避免在航行中與鄰近的船隻或小島碰撞。有些飛機上裝有多普勒導航雷達，多以連續波工作，天線產生前後左右幾個波束，藉以測定航線的偏差。
發展趨勢
相控陣雷達特別是固態相控陣雷達具有極高的可靠性，它的天線有可能與裝載雷達的飛機或衛星等載體的形狀完全貼合（稱為共形天線），是受到人們重視的新型雷達。動目標檢測和脈衝多普勒雷達具有在極強雜波中檢測小的動目標的能力，已得到進一步發展。雷達波長將向更短的方向擴充套件，從3毫米直至鐳射波段。毫米波雷達和鐳射雷達的訊號雖然在大氣層內有嚴重衰減，但更適於裝在衛星或宇宙飛船上工作，只用很小的天線就能得到極高的定位精度和分辨力。雷達裝置模組化、小型化、高機動性和高可靠性是總的發展趨勢。為了提高軍用雷達的抗干擾性能和生存能力，除改進雷達本身設計外，把多種雷達組合成網，則可獲得更多的自由度。天線和資訊處理的自適應技術，導彈真假彈頭和飛機機型、架數的識別技術，也是雷達技術的重要研究課題。
參考書目
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