論雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及未來(lái)展望

1、論雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及未來(lái)展望摘要:雷達(dá)是用無(wú)線電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們的空間位置的裝置。雷達(dá)的發(fā)展與使用過(guò)程，正是電子技術(shù)在軍事中應(yīng)用的縮影，而雷達(dá)的未來(lái)，更與電子技術(shù)息息相關(guān)。本文介紹了雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用的歷史，重點(diǎn)介紹了相控陣?yán)走_(dá)與激光孔徑雷達(dá)兩類雷達(dá)的原理與特點(diǎn)，并指出雷達(dá)的弱點(diǎn)及未來(lái)發(fā)展方向關(guān)鍵詞：雷達(dá)；發(fā)展；實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用；種類；弱點(diǎn)；未來(lái)雷達(dá)主要用于對(duì)遠(yuǎn)距離物體的方位、距離、高度做精確檢測(cè)，可以說(shuō)是現(xiàn)代軍事電子技術(shù)的代表。隨著不斷的發(fā)展，雷達(dá)在戰(zhàn)區(qū)的警戒、各種新式武器威力的發(fā)揮、協(xié)同作戰(zhàn)的指揮中的地位愈發(fā)重要。1 雷達(dá)的發(fā)展與應(yīng)用雷達(dá)的基本工作原理是靠發(fā)射探測(cè)脈沖和接受被照射目標(biāo)的回

2、波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。百年的時(shí)間里，隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，雷達(dá)也在不斷發(fā)展。1.1雷達(dá)的發(fā)展史下面是雷達(dá)出現(xiàn)前夜相關(guān)理論的一系列突破：1842年多普勒(ChristianAndreasDoppler)率先提出利用多普勒效應(yīng)的多普勒式雷達(dá)。1864年馬克斯威爾(JamesClerkMaxwell)推導(dǎo)出可計(jì)算電磁波特性的公式。1886年赫茲(HeinerichHertz)展開(kāi)研究無(wú)線電波的一系列實(shí)驗(yàn)。1888年赫茲成功利用儀器產(chǎn)生無(wú)線電波。1897年湯普森(JJThompson)展開(kāi)對(duì)真空管內(nèi)陰極射線的研究。這些與電磁波相關(guān)的科技是雷達(dá)的最基本理論。1904年克里斯蒂安豪斯梅耶(ChristianHul

3、smeyer)宣稱他的“電動(dòng)鏡”可以傳輸音頻，并能夠接受到運(yùn)動(dòng)物體的回應(yīng)?？梢哉f(shuō)，就是這位德國(guó)人奠定了這項(xiàng)技術(shù)。然而，在一戰(zhàn)期間，德國(guó)軍官們所注意的是無(wú)線電通訊。接下來(lái)雷達(dá)的出現(xiàn)就顯得順理成章了。1933年，魯?shù)婪蚶サ?RudolfKunhold)提出毫米波長(zhǎng)可能可以探測(cè)出水面船只及飛船的位置。兩年后，威廉龍格(WilhelmRunge)已經(jīng)能夠根據(jù)飛機(jī)自身所發(fā)出的信號(hào)計(jì)算出50公里以外的飛機(jī)位置所在，即使是在夜晚或者有霧的時(shí)候。第二次世界大戰(zhàn)中的不列顛戰(zhàn)役成為雷達(dá)正式登場(chǎng)的舞臺(tái)。法國(guó)的迅速陷落，使希特勒有理由相信只需通過(guò)空襲便能征服英國(guó)。在這一大規(guī)模的空戰(zhàn)中，納粹德國(guó)空軍擁有的飛機(jī)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

4、過(guò)了英國(guó)皇家空軍2670架對(duì)1475架。而英國(guó)在雷達(dá)方面有優(yōu)勢(shì)。1936年1月英國(guó)W.瓦特在索夫克海岸架起了英國(guó)第一個(gè)雷達(dá)站。1938年，為保衛(wèi)英格蘭，用七部雷達(dá)組成"ChainHome"雷達(dá)網(wǎng)，雷達(dá)頻率30兆赫。雷達(dá)網(wǎng)使德國(guó)轟炸機(jī)還沒(méi)到達(dá)英吉利海峽即被發(fā)現(xiàn)，英國(guó)也因此取得了英倫空戰(zhàn)的勝利。這場(chǎng)勝利也是第二次世界大戰(zhàn)中較大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)之一。之后四十年人們更加意識(shí)到雷達(dá)的重要作用，雷達(dá)也因此得到了不斷發(fā)展，也分出了不同種類。本節(jié)余下部分將有選擇地概括各個(gè)年代的重大進(jìn)展。1.1.1 四十年代四十年代初期(在二次大戰(zhàn)期間)，由于英國(guó)發(fā)明了諧振腔式磁控管，從而在先驅(qū)的VHF雷達(dá)發(fā)展的同

5、時(shí)，產(chǎn)生了微波雷達(dá)發(fā)展的可能性。它開(kāi)拓了發(fā)展L波段(23q厘米波長(zhǎng))和S波段(10厘米波長(zhǎng))大型地面對(duì)空搜索雷達(dá)和X波段(3厘米波長(zhǎng))小型機(jī)載雷達(dá)的美好前景。1941年蘇聯(lián)最早在飛機(jī)上裝備預(yù)警雷達(dá)。兩年后美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出機(jī)載雷達(dá)平面位置指示器，預(yù)警雷達(dá)。時(shí)至今日，雷達(dá)已成為各式飛機(jī)不可缺少的組成部分，是實(shí)施精確打擊和自身防護(hù)的必要手段。1.1.2 五十年代五十年代標(biāo)志著雷達(dá)進(jìn)入第二代。它在前兩個(gè)十年發(fā)展的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了工藝技術(shù)。雷達(dá)理論在此時(shí)也有了很大的進(jìn)展。雷達(dá)理論的引入是雷達(dá)設(shè)計(jì)具有比以往更扎實(shí)的基礎(chǔ)，使工程經(jīng)驗(yàn)更具有信賴性。這個(gè)時(shí)期所發(fā)明的雷達(dá)理論概念如匹配濾波器、模糊函數(shù)、動(dòng)目標(biāo)顯

6、示理論已經(jīng)被廣大雷達(dá)工程師應(yīng)用。1.1.3 六十年代六十年代的標(biāo)志是大型電控相控陣的出現(xiàn)以及六十年代后期開(kāi)始的數(shù)字處理技術(shù)。相控陣?yán)走_(dá)將在1.2.1中具體介紹。六十年代后期，數(shù)字技術(shù)的日益成熟引起了雷達(dá)信號(hào)處理的革命。在以模擬技術(shù)為主的時(shí)代，雷達(dá)理論只能有限地應(yīng)用，只有數(shù)字處理技術(shù)才使雷達(dá)理論付之于實(shí)踐。為了對(duì)付敵人施放的有害干擾，雷達(dá)抗干擾技術(shù)也在六十年代有新的發(fā)展。1.1.4七十年代六十年代后期所興起的數(shù)字處理技術(shù)，在七十年代得到了加速發(fā)展。這十年中.高分辨力脈沖壓縮技術(shù)的實(shí)用性又前進(jìn)了一大步，機(jī)載的飛機(jī)監(jiān)視雷達(dá)方面也取得了巨大進(jìn)步。1.1.4八十年代雷達(dá)數(shù)字波束形成技術(shù)(DBF)得以迅速

7、發(fā)展，成為了提高雷達(dá)天線性能中最有希望的技術(shù)之一。DBF天線技術(shù)具有波束形成精度高、波束控制算法靈活、自適應(yīng)能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。另一突破在于相控陣列雷達(dá)。普遍認(rèn)為：千萬(wàn)量級(jí)陣元發(fā)射天線數(shù)字波束形成技術(shù)研究的相控陣列雷達(dá)，利用相控陣列雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)與數(shù)字波束形成技術(shù)相結(jié)合，作為雷達(dá)收發(fā)機(jī)與外部空間的接口，實(shí)現(xiàn)空間濾波的設(shè)計(jì)概念取得的重大突破，才滿足了九十年代以后三座標(biāo)雷達(dá)，超視距雷達(dá)，各種戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)的作戰(zhàn)要求。1.2 雷達(dá)的種類雷達(dá)的分類方法復(fù)雜，種類繁多。這里將選擇在現(xiàn)代和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中有重要意義的幾類雷達(dá)加以介紹。1.21相控陣?yán)走_(dá)按照天線掃描方式分類，分為機(jī)械掃描雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等。相控陣?yán)走_(dá)(P

8、AR)是一種以改變雷達(dá)波相位來(lái)改變波束方向的雷達(dá)，因?yàn)樘炀€為相控陣形式而得名。相控陣天線是由許多輻射單元排陣所構(gòu)成的定向天線，各單元的幅度激勵(lì)和相位關(guān)系可控。這就使相控陣?yán)走_(dá)具有波束掃描快、波形變化靈活、功率孔徑積大、易于全固態(tài)化和輕小型化、可靠性高，容易實(shí)現(xiàn)天線共形設(shè)計(jì)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。世界上第一部相控陣?yán)走_(dá)是德國(guó)在“愛(ài)神”雷達(dá)的基礎(chǔ)上研制的。其天線用移相器饋電的2X6個(gè)極子陣組成，產(chǎn)生的波束在垂直面可控。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展更加迅猛,20世紀(jì)60年代，相控陣?yán)走_(dá)(PAR)的出現(xiàn)主要是為了解決對(duì)外空目標(biāo)的監(jiān)視問(wèn)題。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，各種戰(zhàn)術(shù)相控陣?yán)走_(dá)紛紛出現(xiàn)，并且

9、從無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)PESA)發(fā)展到有源相控陣?yán)走_(dá)(AESA)。特別是80年代后，砷化稼等半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展。在今天，相控陣?yán)走_(dá)正在大量取代傳統(tǒng)的機(jī)械雷達(dá)，廣泛地應(yīng)用于陸基、?；C(jī)載雷達(dá)等幾乎所有領(lǐng)域。1.2.2 脈沖多普勒雷達(dá)與合成孔徑雷達(dá)按照雷達(dá)采用的技術(shù)和信號(hào)處理的方式有相參積累和非相參積累、動(dòng)目標(biāo)顯示、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、邊掃描邊跟蹤雷達(dá)。這里簡(jiǎn)述合成孔徑雷達(dá)。合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨力成像雷達(dá)，主要利用信號(hào)處理技術(shù)(合成孔徑和脈沖壓縮)以小的真實(shí)孔徑天線來(lái)達(dá)到高分辨力成像的目的。合成孔徑是成像雷達(dá)中發(fā)展較早并已廣泛應(yīng)用的一種工作

10、方式，其發(fā)展歷史可追溯到本世紀(jì)50年代。40年代末，雷達(dá)的距離分辨力己達(dá)15m.但對(duì)100km處目標(biāo)的方位分辨力則大于1500m，因此，如何大幅度地改善方位分辨力成為50年代雷達(dá)技術(shù)研究的重要課題。1951年6月，美國(guó)古德伊爾飛機(jī)公司的卡爾威利(CarlWilly)觀察到雷達(dá)波束斜交的物體反射的回波中有多普勒頻移，并指出這一頻移與天線波束的寬度有關(guān)，將這一信息經(jīng)濾波提取出來(lái)，可以改善雷達(dá)的方位分辨力。后來(lái)，經(jīng)威利等人的悉心研究，合成孔徑雷達(dá)終于問(wèn)世。由于合成孔徑雷達(dá)采用了許多先進(jìn)技術(shù)，因而具有許多常規(guī)雷達(dá)不具有的能力。如:遠(yuǎn)距離全天候成像能力、高分辨能力、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別能力、穿透叢林能力以及機(jī)上

11、處理能力。合成孔徑雷達(dá)在軍事上的應(yīng)用有：1) 探測(cè)敵方縱深軍情;2) 偵察敵方炮兵陣地、坦克和部隊(duì)結(jié)集區(qū);3) 偵察敵方較前沿機(jī)場(chǎng)和場(chǎng)內(nèi)飛機(jī)類型;4）偵察敵方交通樞紐，例如火車站及軍港;5）經(jīng)過(guò)導(dǎo)彈或飛機(jī)轟炸敵方軍事設(shè)施后評(píng)估敵方損失;6）從地雜波中發(fā)現(xiàn)敵方運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。2 雷達(dá)的弱點(diǎn)實(shí)戰(zhàn)是檢驗(yàn)武器裝備的標(biāo)準(zhǔn)。雷達(dá)在實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中，展現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)，也體現(xiàn)了它的弱點(diǎn)。當(dāng)然，所謂弱點(diǎn)很大程度上由于時(shí)代所限，是可以改善的。雷達(dá)的發(fā)展同樣也是一個(gè)不斷克服這些弱點(diǎn)的過(guò)程。2.1雷達(dá)干擾雷達(dá)干擾，是利用雷達(dá)干擾設(shè)備發(fā)射雷達(dá)波，或者利用能反射或能衰減無(wú)線電波的器材反射或衰減雷達(dá)波，從而擾亂敵雷達(dá)的正常工作。雷達(dá)干擾

12、可分為有意和無(wú)意的干擾。其中有意的干擾又可分為無(wú)源干擾和有源干擾，是雷達(dá)對(duì)抗研究的重點(diǎn)。2.1.1無(wú)源干擾無(wú)源干擾是利用干擾器材反射或衰減無(wú)線電波對(duì)雷達(dá)造成的干擾。無(wú)源安排干擾具有多種優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單，使用方便；具有同時(shí)干擾多部雷達(dá)的能力。1943年7月25日，在空襲德國(guó)漢堡時(shí)，美蘇聯(lián)軍首次使用干擾箔條250盒，使德軍雷達(dá)操縱員把790架轟炸機(jī)看成幾千架。1968年蘇軍侵捷時(shí)，使用電離氣懸體對(duì)北約監(jiān)視布拉格方向的雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行干擾，使北約未能發(fā)現(xiàn)蘇空降兵的任何行動(dòng)。2.1.2有源干擾有意的有源干擾又稱積極干擾，它是由專門的發(fā)射機(jī)發(fā)射一定的電磁波輻射源產(chǎn)生的干擾。有源干擾分為壓制性干擾和欺騙性干擾。欺

13、騙性干擾不容易識(shí)破，可使導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)產(chǎn)生錯(cuò)誤的跟蹤。1944年6月5日一6日夜間，盟軍開(kāi)始了諾曼底登陸。盟軍出動(dòng)12架飛機(jī)每隔1分鐘撒下一大束鋁箔薄片誤導(dǎo)敵人的同時(shí)，在盟軍真正登陸的地區(qū)，也在進(jìn)行大規(guī)模干擾雷達(dá)的活動(dòng)。24架盟軍飛機(jī)載著干擾器,沿著敵人盤踞的長(zhǎng)達(dá)50英里的海岸線，在距地面1.8萬(wàn)英尺的高空盤旋飛行，不停地干擾敵人設(shè)在瑟堡半島的雷達(dá)站。最終成功實(shí)施了登陸計(jì)劃。2.2 易受打擊雷達(dá)輻射的電磁波是可以偵查到的，因此只要研制出輻射源定位系統(tǒng)，就可以研制出專門的反雷達(dá)武器。隨著制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，尤其是從1965年“百舌鳥(niǎo)”反輻射導(dǎo)彈在越南戰(zhàn)場(chǎng)上的首次亮相，反輻射導(dǎo)彈成為雷達(dá)的克星

14、。美國(guó)的“百舌鳥(niǎo)”空地導(dǎo)彈、“標(biāo)準(zhǔn)反輻射導(dǎo)彈”，英、法的“馬特爾”，法國(guó)的“戰(zhàn)槌”導(dǎo)彈，都屬反雷達(dá)武器。對(duì)雷達(dá)的硬打擊方式不只有反輻射導(dǎo)彈，時(shí)至今日，已與電磁能、定向能、動(dòng)能、化學(xué)能以及人的體能等多種領(lǐng)域結(jié)合。1999年，北約在對(duì)南聯(lián)盟的空襲中首次使用了電磁脈沖彈，致使南聯(lián)盟數(shù)公里內(nèi)以雷達(dá)為主的各種電子設(shè)備遭到嚴(yán)重的物理破壞，電磁脈沖彈的使用也標(biāo)志著雷達(dá)對(duì)抗從此真正進(jìn)入多能選擇戰(zhàn)術(shù)時(shí)代。3 雷達(dá)的未來(lái)發(fā)展沒(méi)人知道未來(lái)的雷達(dá)會(huì)發(fā)展到何種程度，但是我們可以就雷達(dá)現(xiàn)今的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。3.1 加強(qiáng)抗干擾能力雷達(dá)的各種抗干擾的方法，已日趨完備，具有多種抗干擾能力的雷達(dá)已開(kāi)始應(yīng)用。但干擾與抗干擾的斗爭(zhēng)

15、仍是當(dāng)前雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)突出的問(wèn)題。由于干擾技術(shù)日益向綜合干擾發(fā)展，研究新的綜合抗干擾體制成為雷達(dá)領(lǐng)域中的重要課題，即聯(lián)合使用匹配濾波與多波段頻率分集雷達(dá)，綜合統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)特性，進(jìn)而聯(lián)合應(yīng)用各種抗干擾體制。3.2 體積和重量用在機(jī)載和星載的雷達(dá)，都不允許有大體積和大重量。采用高新工藝技術(shù)，能促使體積與重量降下來(lái)。中國(guó)西南電子技術(shù)研究所的ST-312戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)，總重量只有87kg,個(gè)士兵就可以背著走，是當(dāng)今地面戰(zhàn)場(chǎng)上全天候探測(cè)地面目標(biāo)的重要裝備。3.3 擴(kuò)大范圍自雷達(dá)產(chǎn)生開(kāi)始，我們就希望雷達(dá)的覆蓋面積越大越好。由此，在未來(lái)幾年，相控陣?yán)走_(dá)將完全取代機(jī)械掃描雷達(dá)并得到重點(diǎn)發(fā)展，如共形相控陣、光控相

16、控陣等。當(dāng)然，在盡力擴(kuò)大覆蓋面積的同時(shí)，也要保持雷達(dá)的精度與可靠性，由此可以看出合成孔徑雷達(dá)也有著廣闊的前景。3.4 走向太空太空，是人類未來(lái)發(fā)展的主要方向。雷達(dá)搭上星船，是必然會(huì)發(fā)生的事情。星載激光雷達(dá)是把激光雷達(dá)系統(tǒng)放在地球軌道平臺(tái)上進(jìn)行大氣和地面目標(biāo)探測(cè)的一種裝置，同時(shí)不受地面條件的限制和人為因素的影響，且具有比一般衛(wèi)星高得多的分辨率和測(cè)量精度，具有極高的偵查能力。1994年9月，美國(guó)航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)號(hào)”承載激光雷達(dá)上天，進(jìn)行了有史以來(lái)第一次激光雷達(dá)空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱LITE）。星載合成孔徑雷達(dá)則是70年代以后才發(fā)展起來(lái)，其載體是宇宙飛船。1972年，美國(guó)的“阿波羅-17”登月宇宙飛船首次在外層空間使用了合成孔徑雷達(dá)。各種星載雷達(dá)普遍具有覆蓋面積大，受限制小的優(yōu)勢(shì)，必將在全球和空天戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮巨大作用?？偠灾?，未來(lái)的雷達(dá)它會(huì)更加可靠，未來(lái)雷達(dá)它將提供比現(xiàn)在更全面的目標(biāo)信息，未來(lái)雷達(dá)它能更成功地在特殊自然環(huán)境和人為干擾環(huán)境下工作，也希望未來(lái)的雷達(dá)能用來(lái)守衛(wèi)人類的和平。參考文獻(xiàn)：羅伯特L.奧康奈爾，約翰巴徹勒.兵器史M海南：海南出版社，2009,366-367褚良才，李心北，呂強(qiáng)等.軍事學(xué)概論M.浙江：浙江大學(xué)出版社，2011,265-269斯塔夫里阿諾斯全球通史M.第七版北京：北京大學(xué)出版社，2010,712M.I.Skol