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雷達的壹些基本介紹

radar,Radar,Radio Detection and Ranging的英文縮寫,意思是無線電探測和測距。雷達的基本任務是探測感興趣的目標,測量目標的距離、方向、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機(包括信號處理器)和顯示器組成。

?警戒雷達、制導雷達、火炮瞄準雷達、機載火控雷達、測高雷達、盲降雷達、地形回避雷達、地形跟蹤雷達、成像雷達、氣象雷達等。

?圓錐掃描雷達、單脈沖雷達、無源相控陣雷達、有源相控陣雷達、脈沖壓縮雷達、頻率捷變雷達、MTI雷達、MTD雷達、PD雷達、合成孔徑雷達、噪聲雷達、沖擊雷達、雙/多基地雷達、天/地波超視距雷達等。

?米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達、毫米波雷達、激光/紅外雷達等。

?兩坐標雷達、三坐標雷達、測速雷達、測高雷達、制導雷達等。

?大家都知道蝙蝠白天躲在黑暗的地方,晚上飛出來尋找食物。然而,為什麽它能在黑暗中飛行而不撞到障礙物,比如樹或房子?千百年來,人們都說這是因為它的眼睛怕光,但它能在黑暗中看東西。其實這種推測並不十分正確。讓我們揭開蝙蝠的秘密。蝙蝠的嘴可以發出我們聽不到的聲音。這種聲音每秒的振蕩次數在25000 ~ 70000次之間(人耳每秒能感受到的振動次數約為16 ~ 20000次),超出了人耳能感受到的範圍,所以稱之為超聲波。蝙蝠的聽覺器官很特別。它能感覺到這種超聲波。當它在黑暗中飛行時,它的嘴經常發出超聲波。當聲波遇到某個方向的障礙物時,立刻從那個方向反射回來,壹部分反射到蝙蝠的耳朵裏,它就知道那個方向有障礙物,及時避開。憑經驗,它也能知道回聲急,障礙物近,回聲慢,障礙物遠。換句話說,它根據回聲的速度來判斷障礙物的距離,根據回聲的方向來判斷障礙物的方向。

?超聲波屬於機械波,其固有的反射特性可以用來測量距離。同樣,同為機械波的聲波、水波甚至電磁波(包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、伽馬射線)在壹定情況下都具有反射特性,雷達使用的就是電磁波。

?電磁波的速度比聲波大很多倍,速度是30萬公裏/秒,想知道這個速度有多快,比如電磁波壹秒鐘可以繞地球七圈半。另壹個有趣的例子是,如果妳在錄音棚裏聽唱歌,在妳聽到歌手的聲音之前,聲音已經通過電臺傳播到相當遠的地方了。壹個離妳1000公裏遠的聽眾,甚至可以在收音機裏聽到妳面前優美的歌曲。

?所謂定向發射,就是在特定時刻用窄束發射脈沖電磁能量。它有壹個重要的優點,就是可以節能。雷達站用小功率就能“看”遠,效果不錯。比如壹個人晚上在大房間看書,不需要用壹盞燈把整個大房間都照亮。他只需要壹盞臺燈就能把光線照在書上,甚至少量的燈泡也足以避免傷害他的眼睛。誠然,此時房間的其余部分是黑暗的,但這並不妨礙閱讀,相反,這會讓我們更清楚地看到書。

?雷達工作也是如此。因為它把能量集中在壹個很小的空間裏,所以是“照亮”目標的最佳方式。

?雷達波束應該有多窄?波束越窄,集中在其中的能量越大,發現目標的方向就越正確。假設壹架敵機出現在雷達照射的區域。用窄的“針”波束掃描雷達站周圍的空間需要多長時間?同時能不能讓敵人逃不掉?所花的時間,想必很多。在此期間,任何飛機都可以逃離雷達搜索區域。也就是說,“針”束不合適。波束窄化有壹個合理的極限,在於同等程度地滿足對雷達的各種要求。對於不同任務的雷達站,解決這個問題的方法是絕對不同的。防空哨雷達站的波束要寬,瞄準火炮的雷達站要窄。在很多情況下,為了滿足雷達站特殊任務的需要,波束往往具有特殊的形狀。

?從這個角度來看,雷達的基本原理是電磁波的定向發射,電磁波在導體上的反射,電波傳播速度的第壹正確認識。顯然,深入了解和掌握雷達技術是不可或缺的基礎。

?通常,無線電廣播使用中波或短波。雷達壹般工作在超短波或者微波。工作在超短波波段的雷達稱為超短波雷達或米波雷達;工作在微波波段的雷達壹般稱為微波雷達。微波雷達有時又細分為分米波雷達、厘米波雷達和毫米波雷達。

?那麽,為什麽雷達不能像電臺壹樣工作在中波或短波呢?這是由雷達的工作原理決定的。千裏眼只能靠電磁波在目標上的反射來“看見”目標。波浪反射有壹個規律:目標越大,反射越強。因此,雷達使用的電磁波波長越短,在飛機或導彈等其他目標上的反射就越強。因此,雷達必須工作在超短波或微波波段,才能有效發揮作用,探測目標。同時,雷達天線是雷達的重要組成部分。如果雷達工作在中波波段,要實現定向發射,必須將幾十個甚至上百個能激發電磁波的金屬棒排列成陣列天線,這將是壹個非常大的天線,在實際應用中既不經濟也不可行。所以雷達的工作波長不能太長。

?雷達要想探測到目標,必須要有電磁波。雷達中能在太空中激發電磁波的工具是振子,實際上是金屬棒。

?電子在金屬棒中來回彈跳的過程叫做電振蕩。如果彈跳的過程中沒有阻力,這種彈跳會壹直持續下去。電子流從金屬棒的左端振蕩到右端,再從右端回到左端,稱為振蕩周期,每秒的周期數稱為振蕩頻率。

?金屬棒上的電子流速度極快,接近光速,是常數。所以金屬越長,電子流來回振蕩的時間越長,振蕩頻率越低。在壹個振蕩周期中,電子流通過的距離就是波長。很明顯,在這段時間內,電子流走過的距離正好是金屬棒長度的兩倍。換句話說,金屬棒的長度正好是波長的壹半。因此,這種金屬棒常被稱為半波振蕩器。

?電子流在半波振蕩器上的高頻電振蕩,會在空間激發出同頻率的電磁波,以光速離開振蕩器,向四面八方飛去;半波振蕩器是雷達向太空發射電磁波的裝置。相當於在水中攪拌的木塊或手電筒的燈泡,起到在水中攪拌水波或向太空發射光波的作用。因為半波振蕩器可以向太空發射電磁波,所以有時被稱為輻射器。

?電子流在半波振蕩器中的來回振蕩會遇到阻力。如果不給它提供克服各種阻力的能量,這種振蕩很快就會停止。所以雷達裏壹定有壹個機器,可以驅動半波振蕩器上的電子流的振蕩,按照我們的需要強行進行。這臺機器叫雷達發射機。它是半波振蕩器的能量來源,相當於手電筒裏的電池。

?雷達發射機給半波振蕩器提供高頻電振蕩的能量,半波振蕩器在空間激發電磁波。壹旦雷達發射機關閉,半波振蕩器將停止向太空發射電磁波。所以通過控制發射器的開關,妳可以控制電磁波向太空的發射。

?有了發射機和半波振蕩器,妳就可以向太空發射無線電波。但這種方式發射的無線電波無法用於搜索和探測目標。因為它向太空的各個方向發射無線電波。這些無線電波從各個方向擊中目標,並壹起反射回來,所以沒有辦法知道哪個目標在哪個方向。

?如何讓雷達只向壹個方向發射無線電波?我們知道,如果把手電筒燈泡周圍的蓋子和反光碗去掉,光禿禿的小燈泡發出的光就沒有方向了。有了反光碗和蓋子,光線只會朝壹個方向射出,反光碗起到了匯聚光波的作用。

?雷達定向發射無線電波的方法和手電筒聚光的方法壹樣。即不是讓半波振蕩器直接向太空發射無線電波,而是讓它先向壹個像大鍋壹樣的反射器發射無線電波,反射器反射的無線電波只會向壹個方向發射。這種像大鍋壹樣的反射器叫做拋物面反射器。

?反射器的大小與無線電波的波長密切相關。波長越短,反射器可以越小;波長越長,反射器就越大。否則會對電波的集中產生不好的影響。當然,在同樣的波長下,反射器越大,電波的集中度越好。

?半波振子(輻射器)和鍋狀反射器合二為壹,稱為雷達天線。這種雷達天線被專門稱為拋物面天線。

?對於波長為10cm的微波雷達,其半波振子長度為5cm,拋物面反射器的直徑必須達到9m左右,才能使發射的無線電波具有足夠的指向性。對於波長為3m的米波雷達,其半波振蕩器的長度為1.5m。如果按比例計算,至少要有壹個直徑270m的大鍋,才能讓發射的無線電波有足夠的指向性。這顯然不太實際。因此,對於米波雷達來說,需要另辟蹊徑實現電波的定向發射。

?通過實踐發現,定向發射也可以通過將幾十個甚至上百個半波振子按照壹定的規律排列起來實現。而且半波振子數量越多,指向性越好。

?在相同的定向發射性能下,雷達的工作波長越短,雷達天線的尺寸可以越小。但也不能走向另壹個極端,說雷達的工作波長越短越好。波長長了,就難了;太短也有缺點。波長過短的無線電波在大氣中傳播時會遭受很大的損耗。所以,流傳不遠。所以雷達的工作波長不能太長也不能太短,壹般工作在超短波或者微波波段。

?在雷達天線有時間從壹個方位轉向另壹個方位之前,從目標發射的無線電波已經返回到雷達天線。為了知道目標的信息(它的位置、高度、距離等。)從這些反射的無線電波來看,需要有蝙蝠耳朵壹樣的東西。在雷達上,這部分叫做雷達接收機,是壹個特別靈敏的“耳朵”。為了使雷達的探測距離盡可能遠,雷達發射機的功率很大。但是從遠處目標反射回來的無線電波的功率極小。發射1000Kw的無線電波,到達500km外的戰鬥機時,從它反射回來的無線電波的功率只是發射功率的極小壹部分。當反射的無線電波返回到雷達天線並進入雷達接收器時,反射的無線電波甚至更小。它的功率小於1皮瓦。

?從遠處目標反射回來的無線電波信號非常微弱,通常需要放大數百萬倍才能在雷達顯示屏上觀察到。這個放大幾百萬倍的任務,將由雷達接收機來完成。

?雷達接收機在原理上和普通超外差收音機完全壹樣。唯壹不同的是,它不接收中波或短波無線電廣播信號,而是接收目標反射的超短波或微波雷達信號。

?因為雷達的工作頻率太高,直接把這麽高頻率的信號放大幾百萬倍並不容易。因此,信號進入接收機後,首先要改變其頻率,即從較高的超短波或微波波段降低到較低的中頻,這就是所謂的變頻。降頻後的信號被晶體管或電子管組成的多級放大器壹次又壹次地放大,從而更容易被放大數百萬倍。這種經過變頻放大的接收機稱為超外差接收機。

?用於實時自動顯示雷達信息的終端設備是人機界面。雷達顯示器通常以雷達圖像的形式顯示雷達回波中包含的信息,便於操作員理解和操作。傳統的雷達圖像是接收機直接輸出的原始雷達視頻或經過信號處理後的雷達視頻圖像。這叫做展示。計算機處理的雷達數據或綜合視頻顯示的雷達圖像稱為二次顯示。顯示器可以同時具有兩種顯示模式。雷達圖像可以插入各種標記信號,如距離標記、角度標記、閘門等。,甚至可以插入或投影疊加的地圖背景作為輔助觀察手段。為了記錄目標信號或選擇數據,可以在雷達圖像中插入數字數據、標記或符號。雷達顯示器還可以綜合顯示來自其他雷達站或信息源的信息,並添加其他狀態和命令指令等。,作為命令和控制顯示。與計算機相連的顯控臺,往往使用鍵盤、光筆、軌跡球甚至語音輸入設備作為人機對話的輸入設備。

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