【航空科普】飛機雷達工作相關原理

2021-01-14 飛機維修磚家


雷達(radar)原是「無線電探測與定位」的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。


雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標後，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由於在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。




　　為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2


　　其中S：目標距離


　　T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間


　　C：光速


　　雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線的小事指向雷達要探測的方向，一旦發現目標，雷達讀出些時天線小事的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。


　　測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，雷達測速利用了物理學中的都卜勒原理．當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發生改變，頻率的改變量稱為都卜勒頻移，用於確定目標的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達，例如脈衝都卜勒雷達，要比一般雷達複雜得多。


　　雷達的戰術指標主要包括作用距離、威力範圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統機動性等。


　　其中，作用距離是指雷達剛好能夠可靠發現目標的距離。它取決於雷達的發射功率與天線口徑的乘積，並與目標本身反射雷達電磁波的能力（雷達散射截面積的大小）等因素有關。威力範圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角範圍確定的區域。


　　雷達的技術指標與參數很多，而且與雷達的體制有關，這裡僅僅討論那些與電子對抗關係密切的主要參數。


　　根據波形來區分，雷達主要分為脈衝雷達和連續波雷達兩大類。當前常用的雷達大多數是脈衝雷達。常規脈衝雷達周期性地發射高頻脈衝。相關的參數為脈衝重複周期（脈衝重複頻率）、脈衝寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈衝內信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達的工作頻率


　　雷達天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設計和製造過程中，雷達天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內，在其它方向上在在著洩漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由洩漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉動或電子控制，使雷達波束在探測區域內掃描。



　　概括起來，雷達的技術參數主要包括工作頻率（波長）、脈衝重複頻率、脈衝寬度、發射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術參數是根據雷達的戰術性能與指標要求來選擇和設計的，因此它們的數值在某種程度上反映了雷達具有的功能。例如，為提高遠距離發現目標能力，預警雷達採用比較低的工作頻率和脈衝重複頻率，而機載雷達則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈衝重複頻率。這說明，如果知道了雷達的技術參數，就可在一定程度上識別出雷達的種類。


　　雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常複雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰場監視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區分。這裡就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。


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