目錄

1. 雷達的發展

2. 目標識別

2.1 目標基本特征

2.2 目標類型

2.3 目標種類（精細分類)

3. 應用情況

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1. 雷達的發展

????????在第二次世界大戰期間，由于軍事上的迫切需要，雷達獲得了廣泛的應用和發展，而且隨著技術的進步其性能日臻完善。

????????20世紀50年代末以來，由于航空與航天技術的飛速發展，飛機、導彈、人造衛星及宇宙飛船等采用雷達作為探測和控制的手段，尤其是在20 世紀60年代中研制的反洲際彈道導彈系統，對雷達提出了高精度、遠距離、高分辨力及多目標測量等要求。由于解決了一系列關鍵問題，雷達進入了蓬勃發展的新階段。如：

????????脈沖壓縮技術的采用；

????????單脈沖雷達和相控陣雷達研制的成功；

????????在微波高功率放大管試制成功后，研制成了主控振蕩器-功率放大器型的高功率、高穩定度的雷達發射機，并用于可控脈沖形狀的相參雷達體系；

????????脈沖多普勒雷達體制的研制成功，使雷達能測量目標的位置和相對運動速度，并具有良好的抑制地物干擾等能力；

????????另外，微波接收機高頻系統中許多低噪聲器件，如低噪聲行波管、量子放大器、參量放大器、隧道二極管放大器等應用，使雷達接收機靈敏度大為提高，增大了雷達作用距離；

????????由于雷達中數字電路的廣泛應用及計算機與雷達的配合使用和逐步合成一體，使雷達的結構組成和設計發生了根本性變化。雷達采用這些重大技術后，工作性能大為提高，測角精度從1密位以上提高到0.05密位以下，提高幅度超過一個數量級。雷達的作用距離提高到數千公里，測距誤差在5m左右；單脈沖雷達跟蹤帶有信標機的飛行器，作用距離可達數十萬公里以上。雷達的工作波長從短波擴展至毫米波、紅外線和紫外線領域。在這個時期，微波全息雷達、毫米波雷達、激光雷達和超視距雷達相繼出現。

????????20世紀70年代以來，雷達的性能日益提高，應用范圍也持續拓寬，舉例如下:

????????（1）由于VHLSI和 VLSI的迅猛發展，數字技術和計算機的應用更為廣泛和深入，主要表現在以下方面:

?????????????????① 動目標檢測（MTD）和脈沖多普勒(PD)等雷達信號處理機更為精致、靈活，性能明顯提高。

? ? ? ????????? ② 自動檢測和跟蹤系統得到完善，提高了工作的自動化程度。

????????(2）合成孔徑雷達（SAR）由于具有很高的距離和角度（切向距）分辨能力而可以對實況成像；逆合成孔徑雷達(ISAR）則可用于目標成像。成像處理中已用數字處理代替光學處理。

????????(3）更多地采用復雜的大時寬帶寬脈壓信號，以滿足距離分辨力和電子反對抗的需要。

????????(4）高可靠性的固態功率源更為成熟，可以組成普通固態發射機或分布于相控陣雷達的陣元上組成有源陣。

????????(5）許多場合可用平面陣列天線代替拋物面天線，陣列天線的基本優點是可以快速和靈活地實現波束掃描和波束形狀變化，因而有很好的應用前景。例如:

? ? ? ????????? ①在三坐標雷達中實現一維相掃。

????????????????②獲得超低副瓣，用于機載雷達或抗干擾。

????????????????③組成自適應旁瓣相消系統以抗干擾。

????????????????④相控陣雷達連續出現，不僅用于戰略，而且也用于戰術雷達，如制導、戰場炮位偵察等。

????????相控陣雷達是一種多功能高性能的新型雷達，其天線陣由許多天線單元排成的陣列組成。通常，天線陣元少則有幾百個，多則為幾千個，甚至有的達到數十萬個。由于此類雷達利用波束控制計算機按一定的程序來控制天線陣的移相器，從而改變陣面上的相位分布，促使波束在空間按一定規則掃描，因此稱為相控陣雷達。它是在雷達信號理論、信號處理技術、新型器件（功率微波器件、VHSIC、MMIC等)及與計算機技術結合后發展到高階段的產物，是隨著電子計算機和微波移相技術的發展而誕生的。相控陣雷達具有多功能、多目標、遠距離、高數據率、高可靠性和高自適應能力等優點，因而是一種很重要的雷達，而且可較好地用于對付高動態性能多目標的戰略防空雷達。

????????目前，典型的相控陣雷達用移相器控制波束的發射和接收，共有兩種組成形式：一種是收發共用一個發射機和接收機；另一種是每個天線輻射陣元用一個接收機和發射功率放大器的有源陣。

????????收發共用一個發射機（或少數幾個發射機）和接收機（或少數幾組接收機）的簡化相控陣雷達如圖1.7所示，有斜線的方框部分表示與一般雷達結構的不同之處。計算機根據程序輸入指示信號和經過數據處理后有關目標的位置坐標，計算出波束當前應采取掃描方式或指向的數據，送往波束控制計算機，由此再控制相控陣天線中輻射陣元的相位。目標回波經過接收和信號處理機，輸出目標信號的點跡，由數據處理器處理后，得出目標位置和速度的外推數據，再送往中心計算機。雷達中心計算機可根據觀測任務、目標狀態等因素而自適應地改變雷達的工作方式、工作參數、信號形式及信號能量等。

????????下面簡述目標的識別與分類。現代雷達的重要特點是：除了能探測目標并測量其坐標位置外，還要對探測到的目標進行分類并在可能條件下進行識別。雷達目標分類、目標識別能力現在已不僅是對精密測量雷達、精確制導雷達和彈載雷達的要求，各類防空系統中的雷達也有此要求。例如，為了分辨機型、確定架次，要求提高雷達分辨能力，測量更多的目標特征參數。為了正確選擇攔截目標，合理指定目標和實現火力單元分配及做出攔截效果評估，要求引導雷達和制導雷達具有目標分類和識別能力。雷達對目標進行分類、識別的能力和水平有不同的等級，這要視雷達的任務及允許的復雜程度而定。雷達對目標進行識別、分類、辨識、區分等能力反映了雷達的性能，但有時這幾種處理并無嚴格的定義，下面分別討論之。

2. 目標識別

????????早期雷達由于其距離和角度分辨力低，通常將目標視為“點”，雷達的基本任務是探測到目標并給出其在空間的距離和角度位置，隨著雷達距離和橫向距離（角度）分辨力的提高及雷達信號和數據處理能力的迅速提升，就有可能分辨復雜目標上的各個散射中心并對回波信號進行精細處理，從而推斷目標的某些性質達到能對目標分類并在可能條件下識別的目的。

????????雷達對目標進行分類、識別的能力和水平有不同的等級，這要視雷達的任務及允許的復雜程度而定，下面給出了不同層次的目標識別。

2.1 目標基本特征

????????根據雷達顯示的回波可以識別飛機、艦艇、車輛、箔條、雜波、森林、電離層等不同性質目標的回波。一個有經驗的雷達操縱員用一般雷達即可對目標回波進行大的分類，雷達不需要高分辨力，也能依據目標在空間和時間上的行為特征來識別目標的基本特征。

2.2 目標類型

????????通常是指各大類中具體類型的分辨。例如，該飛機是戰斗機還是多引擎轟炸機，該船是貨輪還是油輪，該車輛是軍用履帶車還是卡車，等等，對目標類型的識別較之上述基本特征而言，雷達需獲得較多的目標信息。

2.3 目標種類（精細分類)

????????這時需確定該目標是許多可能種類中的哪一類，例如，若雷達已經確定所檢測到的目標是飛機，則要進一步精細分類以確定其具體型號(F-18、Mig-31、B-2等)；如果是鳥類，那么它是一只驚烏、野鴨還是其他什么鳥.

????????目前有關目標識別的文獻中，對于各種層次識別的術語并沒有統一的定義，因而使用時要注意該術語的具體含義。目標識別是雷達采用的一種技術手段，用來辨認其搜索體積內已被發現的目標。在軍事應用上，合作目標的識別依賴于第二次世界大戰時期發展的敵我識別器（IFF )技術，這時每個“友鄰”飛機上安裝一個應答機，搜索雷達通過其IF詢問機和天線發出詢問信號，裝在目標上的應答機被觸發并回答一個正確頻率的編碼信號，雷達詢問機接收到這個信號并顯示為IFF標記供敵我識別之用。IFF 系統在世界上被大多數空軍使用。民用航線上的飛機采用連續信標跟蹤，信標的原理和概念與IFF系統的相同，信標也稱為二次雷達。

????????當雷達和目標間沒有建立通信聯系時，該目標就屬于非合作目標。對它們的識別是建立在考查目標回波信號特征的基礎上，在提取目標回波中的可識別特征后，就要采用一種判決方法來判定該種特征信號的屬性。例如，將其特征與已知的(存儲的)各種目標類型相應的參數進行相關比較以便能識別目標類型。軍方對目標識別最感興趣，常常將能夠識別非合作目標的雷達和合作目標識別方法共同使用完成重要的軍事功能，包括對戰斗目標的識別、對空間飛行器或人造衛星的識別。

????????下面簡述幾種基于雷達的識別方法。

1．高距離分辨力實現一維成像

????????當雷達的距離分辨力足夠高時，就能分辨出一個復雜目標中不同的散射中心并且給出目標的徑向剖面圖(一維成像)，從剖面圖上可以大致估計出目標在距離維的長度。

????????圖1.8給出了某噴氣飛機的徑向剖面圖，由L波段具有1m距離分辨力的對空監視雷達獲得（有7個較為穩定的剖面）如果目標姿態角已知，就可以估算出飛機的翼展寬度或飛機長度。這是一個典型的噴氣飛機徑向剖面圖，飛機上各可分辨獨立散射體相對固定，各次回波較穩定，而螺旋槳式飛機的回波在脈沖之間起伏較大，由此特點可以區分兩種類型的飛機。

?????????利用徑向剖面圖對飛機目標進行分類有一個比較嚴重的困難：只要目標姿態角有很小的變化，其徑向剖面圖就會變化，因為在雷達的分辨單元內不止一個散射中心，姿態角的變化會造成各散射中心間相對相位變化而導致合成矢量的改變，進而影響散射截面積。因此，在識別判決時需要建立一個徑向剖面的數據庫，庫中要包含每個目標在不同姿態角下的剖面圖。實際識別時也需要對未知目標的姿態角進行估計（可根據其航跡來估計其姿態角），這樣看來，每個目標都需對在計算機里存儲的大量參考剖面圖，而且還要對數十種甚至上百種需識別目標進行相同的準備，剛開始認為用高距離分辨剖面圖進行目標識別比較簡單，但深入研究后發現這是一種很復雜的方法。研究工作得出的結論是：在實際應用中，用高距離分辨剖面圖進行目標識別將一類目標從其他類型目標中識別出來是不容易實現的。退一步講，如果將目標簡化為幾大類予以分類還是可能的，如小型或大型噴氣機、小型或大型螺旋槳飛機、直升機或導彈等。一維成像對船艦目標也可分為大型船只、小型船只、軍艦、商船、油輸、航母等。

?2.目標的二維雷達成像

????????目標的二維成像（徑向距離和橫向距離）可以通過成像雷達，如合成孔徑雷達（SAR)、逆合成孔徑雷達（ISAR）等獲得。依靠所獲取的二維像可以實現較可靠的目標分類。

????????合成孔徑雷達(SAR)可以得到地球表面徑向和橫向距離二維的高分辨力像。SAR可以在遠距離和惡劣氣象條件下成像，這點比光學和紅外成像優越，但SAR成像主要是用于固定目標識別，如用于空中戰場警戒和固定目標成像。已經獲得的X波段對停在跑道上飛機的較清晰的圖像，其圖像分辨力約為30cm。但SAR對動目標的像有嚴重失真，如對運動的船艦（有起伏、傾斜、左右搖擺）有成像失真。

????????逆合成孔徑雷達（ISAR)成像時，通常雷達不動而依靠目標的運動來成像，其橫向高分辨力是由高多普勒分辨力來獲得。目標運動時，每部分相對于雷達的速度不同而使回波有不同的多普勒頻率、距離分辨力依靠寬頻帶的窄脈沖信號得到，而其橫向分辨力??，其中，??是ISAR在觀察時間內目標姿態角的變化量，變化量(轉動量)越大，其橫向分辨力越好。

????????目前已經開展了用ISAR對商船和飛機進行成像的研究工作，艦船在上下顛簸、滾動和左右晃動情況下的ISAR像是不相同的，所以需要觀察數十秒的時間才能得到適合于分類的目標像。在進行目標識別時，一般操作員還需仔細研究圖形特征才能做出合適的判決。用ISAR對飛機進行分類比對艦船分類要困難得多，這是因為：

? ? ? ? ①飛機上的散射中心要比艦船少得多，用少量散射中心和特征來判定目標很不準確。

? ? ? ? ②飛機不像艦船那樣有較大的上下起伏、滾動和晃動，因而其橫向分辨力較差，不足以將重要散射點的特征分辨出來。

????????③飛機的雷達散射面積較小，雷達要在近距離內才可能對它識別。

????????在近距離、高信噪比、姿態角變化大、多圖分集合成等條件下，飛機的ISAR成像還是可以獲得較好質量的，還注意到所用雷達的工作波段對成像也有直接影響：用X波段雷達進行ISAR成像效果不理想時，如果用W波段（如94GHz)，則雷達成像所需飛機轉角是X波段的1/10、實驗性研究已表明，毫米波雷達（49GHz）對一架小型飛機的ISAR成像比起X波段要好得多，這時填滿目標的小細節均顯示出來形成目標的輪廓圖。

3.雷達橫截面的調制

????????也可以利用目標上運動部分的雷達回波來識別或確定它所屬的目標類型。飛機上的許多部件，如推進器、直升機水平旋翼、噴氣機引擎以及坦克的履帶、旋轉天線等都會對目標的后向散射波產生調制，而形成其多普勒副瓣作為識別的特征。這種調制信號在窄帶（長脈沖）和寬帶（窄脈沖）波形中都可以被提取出來。以螺旋槳飛機為例，其回波調制的特點隨引擎的轉速、葉片數目及大小、姿態角不同而改變。

????????圖1.9給出了一個四引擎螺旋槳驅動的商業飛機回波信號的多普勒頻譜圖。圖中的“機身多普勒線”是飛機自身產生的多普勒頻移，而較機身多普勒頻率低的頻率區，有一些譜線是由螺旋槳葉片旋轉造成的。這個回波譜是由S波段全相參雷達觀測得到的。用回波頻譜的調制特征可以區分噴氣式或螺旋槳兩類飛機。同樣，直升機葉片的調制也會使其回波頻譜產生不同的調制特征，可以利用這些特征來區分有旋轉葉片的直升機和固定翼飛機。人們對噴氣式飛機的雷達回波特征做了許多理論分析和實測研究，它的回波譜特性較螺旋槳式更為復雜。為了獲得可用于目標識別的有意義的頻譜圖，就需要對飛機有足夠的觀測時間，該時間大體上應大于25ms。

?4.極化響應用于目標識別

????????雷達的回信號和發射信號的極化形式有關，因此人們想到利用不同極化發射時觀測回波的變化來識別目標.簡單形狀的目標是可能的，例如，用旋轉線極化時，一個球體的回波大體相同，而一根細長桿的回波在不同極化時差別很大，由此可將兩者加以區分。但對實際的復雜目標，如飛機等，雖然多次嘗試用極化信息來進行目標識別，但其有效性往往不能令人滿意。因為雷達分辨單元中的多個散射體在測量時給出一個合成信號，其極化方式與單個散射體不同,故有關專家提出;極化對低分辨力雷達本質上只能提供很有限的分類特性，而那些可以測出一個目標內不同散射體的寬帶雷達，更有利地用極化信息來進行目標識別。

????????為了有效地進行目標識別，人們還在繼續尋找各種技術和方法，如諧振區響應、非線性散射效應等。

????????用雷達回波對目標進行識別在很多應用場合都是很重要的。要識別目標必須從回波信號中智能地提取出相關信息，下面簡述一個彈道導彈的識別問題:對單枚彈道導彈進行防衛是一項要求很高的任務，反彈道導彈雷達接收到的是一片“目標”，除了最有威脅的再入彈頭外，大多數是助推器、有意爆炸后產生的許多碎片及故意放置的各種誘餌等。彈道導彈防衛中最基本的要求就是在多個“目標”中找出哪一個是需要摧毀或令其失效的致命目標，發現和識別最好能在大氣層外完成以爭取較長的防衛時間，識別目標需要雷達測定:目標的彈道參數、有效截面積(RCS）及其起伏特性、目標尾部電離層的情況、目標的一維像剖面、ISAR獲得二維像、極化特性等．雷達設計者要設計雷達在足夠遠的距離上對多個低RCS目標進行復雜且耗費的測量，此時對雷達及相應的系統軟件都要有嚴格的處理，因而只能限于彈道導彈防御中的一些項目，對目標的識別和分類是一個難度很大的課題，雖然已有數十年的研究歷程，但從目前的一些實驗結果來看，還不能證明這些技術都已獲得可靠的應用，還要繼續研究和探索。

????????從以上例子不難看出，雷達是在不斷發展變化的：一方面綜合應用各種新技術、新器件來完善和提高自身的性能，另一方面為適應不斷出現的各種新技術的應用，也促使雷達不斷地改善.雷達的功能可以滿足重要的社會和軍事需要，而且在諸多應用領域還沒有替代者，因此雷達的發展具有生命力且會持續向前。關于軍用雷達的發展情況參見1.5節。

3. 應用情況

????????雷達已廣泛應用于探測地面、空中、海上、太空甚至地下目標。地面雷達主要用來對空中(飛機、導彈等）和太空目標進行探測、定位和精密跟蹤;艦船雷達除探測空中和海上目標外，還可用做導航工具;機載雷達完成探測目標、火力控制等任務并保證飛行安全（導航、地形回避等)，有的機載成像雷達還可用于大地測繪;在宇宙飛行中，雷達可用來控制宇宙飛行體的飛行和降落。在航天技術迅猛發展的今日，衛星上裝置的預警和監視雷達（星載或天基雷達)，更可全天候地監視和跟蹤目標而成為各國密切重視和發展的類型，如它們是美國“星球大戰”計劃的重要組成部分。

????????下面分別說明雷達在各方面的應用情況。

軍事應用

????????第二次世界大戰期間雷達主要用于軍事并發揮了重要作用，它可對空中敵機進行探測和精密跟蹤，控制武器（主要為火炮）對其摧毀。第二次世界大戰后，特別是20世紀70年代以來，雷達技術在科技發展的基礎上有了長足的進步，并在海、陸、空各軍種中獲得了更為廣泛的應用.
雷達是防空和作戰系統的重要組成部分、在防空方面，它要完成目標監視和武器控制功能。目標監視是指在監視區域內探測目標，對其進行識別、跟蹤并將目標分配到某個武器系統．武器控制雷達要對目標進行精密跟蹤，引導武器對其攔截和摧毀。主動攻擊的導彈也需依靠雷達進行武器制導和引爆。反導防衛系統主要防衛來襲的彈道導彈，整個系統也是由雷達及早發現來襲導彈并對其進行跟蹤，同時還要引導和控制我方攔截導彈在合適的時間和地點摧毀來襲導彈。

????????近年來，由于低空及超低空襲擊的威脅日益嚴重，為了及早發現這類目標并采取相應對策，目前用一部機載預警雷達來完成對地面搜索和引導指揮雷達的功能，地面雷達由于低空盲區及視距的限制，對低空飛行目標的探測距離很近，而裝在飛機上的預警雷達可以登高而望遠。20世紀70年代以來，把脈沖多普勒體制的預警雷達裝于預警飛機上，可以保證雷達在很強雜波的背景下將運動目標的回波信號檢測出來。裝在預警機上的預警雷達同時兼有引導指揮雷達的功能，此時預警機的作用等于把地面區域防空指揮所搬到了飛機上而成為一個完整的空中預警和控制系統，這是當前一種重要的雷達類型。

????????在當今航天技術發展水平的條件下，將雷達安裝在人造衛星平臺上成為星載或天基雷達，這也是各國在軍事建設上關注的問題。星載的預警和監視雷達可以實時探測轟炸機群及由陸地、空中、潛艇等地發射的彈道導彈，此外也探測、跟蹤部分軌道式武器以及在軌的太空飛行器，因此是國家空間預警系統中比較理想的探測系統。由多顆低軌道衛星上的監視雷達聯成網，就可對全球范圍感興趣的地區實現全天時、全天候的探測、測繪和成像。已經廣泛使用的高分辨力成像雷達，如合成孔徑SAR，裝在飛機或衛星平臺上，可用于成像偵察及監測戰場上的固定目標和運動目標。機載雷達共同的要求是體積小、重量輕、工作可靠性高。根據飛機任務的不同而裝備各種不同用途的雷達，如機載導航、護尾雷達等，戰斗機上更會裝備截擊和火控雷達等機上的無線電測高儀測定飛機飛行高度，而導彈頭上的無線電引信則能使其命中率進一步提高。

????????還有許多雷達是軍民兩用的，但軍方是雷達的主要用戶，而軍事用途的需求也是雷達新技術開發的主要推動力.

空中交通管制（ATC)

????????現代航空飛行運輸體系中，對于機場周圍以及航路上的飛機，都要實行嚴格的飛行安全管制，對地面車輛、交通和在地面滑行飛機的安全同樣要實行管制，機場航行管制雷達兼有警戒和引導雷達的作用。它還要對雨區進行觀測測繪，引導飛機避開雷雨，故常有觀測機場附近氣象的多普勒氣象雷達，交通管制系統還廣泛使用雷達信標系統（類同于軍用的敵我識別器)作為二次雷達，地面設備發射詢問信號，機上設備收到詢問后發出一個回答信號，回答信號的內容包括目標高度、速度和屬性用以識別目標。

氣象雷達

????????專門觀測氣象的雷達用來測量暴風雨和云層的位置、特性及其移動速度和軌跡，是國家氣象預報的一個重要輸入。

遙感設備

????????安裝于飛機或衛星上的某類雷達可作為微波遙感設備，它主要感受地球物理方面的信息。由于這類雷達具有二維高分辨力，從而可以對地形、地貌進行成像。雷達遙感也參與地球資源的勘探，其中包括對海的情況、水資源、冰覆蓋層、農業情況、森林覆蓋、地質結構及環境污染等進行測量和地圖描繪。人們也曾利用此類雷達來探測月亮和行星。

空間

????????空間飛行器已經用雷達來控制其交會和對接以及在月球上的登陸。大型地面雷達可用來對衛星和其他空間物體進行探測和跟蹤，雷達天文學領域利用地基雷達系統，幫助理解流星性質及建立天文單位的精確測量。

飛機、船艦的安全航行和導航

????????機載氣象雷達可測出降雨區和危險的風切變區輪廓線，使飛行員避免危險.低空飛行的軍用飛機依賴地形回避和地形跟隨雷達的指示而避免碰撞。安裝在船艦上的雷達用于防撞和觀察導航浮標．岸基雷達用于港口和河流交通的監視。

????????此外，雷達還用于公路測速，探地雷達用于探測地下物體，并用于石油等的探測，昆蟲和鳥類學家已將雷達用于研究昆蟲和鳥類的遷徙，等等。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的05 - 雷达的发展与应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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