大話「雷達教程」之雷達原理

2021-01-14 雷達說

如果在身處大山或者峽谷的地方大聲喊叫，都會在喊叫之後聽到傳回的回聲。


上面這樣的體驗與感受相信大部分人都有過經歷，而雷達所使用的的電磁波與聲波的原理非常相似。朝著不同的方向喊叫，可以判斷物體的大致方向。如果知道了空氣中的聲速，則可以估計物體的距離。



如圖中所示的，雷達使用的電磁波能量被傳輸到目標物之後，經目標物反射，一小部分能量被返回至雷達裝置。類似於聲波，這種返回的能量被稱為ECHO。雷達裝置即使用回波來確定反射物體的距離和方向。


雷達的英文RADAR是由下列單詞組成的首字母縮寫

RAdioDetectingAndRanging

而這一詞語最早是1940年11月，美國海軍中尉塞繆爾·塔克和弗雷斯特·弗斯提出的，第二次世界大戰期間的同盟國在1943年同意使用了這一縮寫，後來也就被大眾所普遍接受。


最早這種設備是通過反射的電磁波來檢測是否存在的電子設備。在某些情況下，雷達系統可以測量這些物體的方向，高度，距離和速度。由於用於雷達的電磁波的頻率不受黑暗環境的影響，並可以穿透霧和雲層，使得這一設備能夠找出特定環境下人的肉眼難以看到的飛機，輪船等其他障礙物等。


隨著雷達技術的不斷發展，現代雷達能夠從回波信號中提取出更多有用的信息。但是，前面提到的這些功能一直都是雷達系統最基本和重要的功能之一。


下面就對基本的雷達系統工作原理進行介紹，如圖所示，雷達系統使用微波天線照射目標物，然後接收設備拾取到目標發射回波。



圖裡面涉及到的子系統模塊分別為，Transmitter，Duplexer，Receiver，Radar Antenna，Indicator，具體每部分的含義和功能如下：

雷達的發射器會產生短時高功率的RF脈衝，經天線進入空域。

雙工器，即天線轉換開關，在發射器有接收器之間交替切換天線，對於早期使用了一根天線的雷達系統，這種切換是有必要的。

接收器，在接收端放大並解調接收到的RF信號，並在輸出端顯示。

天線將發射機的能量傳輸到空間中，這樣的過程同樣被用於接收端。

指示器將接收端的處理結果進行顯示，一般提供的都是易於理解的圖形圖像。


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reference: radartutorial.eu

註：題圖from the zujen, pixabay

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