雷达手册第3版(中文)_第1章_雷达概论

第 1 章霄达概论① 1.1 雷达简介 雷达是→种电磁传感器，用来对反射性物体检测和定位。其工作可归纳如下: (1)雷达通过天线辐射电磁能量，使其在空中传播。 (2) 部分辐射的能量被离雷达某个距离上的反射体(目标)截获。 (3)目标截获的能量重新辐射到许多方向上。 (4) 一部分重新辐射的(因波)能量返回至雷达天线，并被雷达夭线所接收。 (5) 在被接收机放大和合适的信号处理后，在接收机的输出端做出目标回波信号是否存 在的判决。此时，目标的位置和可能其他有关目标的信息就得到了。 雷达辐射的一种常用波形是一串窄的类似矩形的脉冲。例如，中距离雷达用来探测飞机 的波形可以描述为持续 1 微秒( l~s) 的短脉冲:脉冲间隔可能为 lms (因此脉冲重复频率为 1kHz); 雷达发射机峰值功率可能为 1 兆瓦C1MW); 由这些数据得出发射机的平均功率为 1 千瓦C1kW) 0 lkW 的平均功率可能比一个"典型"教室中电灯的功率要小。我们假设这部 作为例子的雷达工作在微波E频段的中部，例如从 2.7~2.9GHz，这是民用机场监视雷达的典 型频段。其波长约为 10cm (简单起见取整数)。使用合适的天线，这样一部雷达可以探测 到距离③50~60n mile 左右的飞机。雷达从目标接收到的回波功率可以在很宽范围的值上 变化，但为了示范的目的，我们任意假设典型的回波信号可具有1O-13W 的功率。如果辐 射的功率是 106W C1MW)，则此例中目标回波信号功率与雷达发射机功率的比为 10-19 ， 或接收回波比发射信号低 190dB。这是发射信号和一个可检测的接收回波信号幅度之间巨 大的差别。 一些雷达需要在短到像棒球场上从本垒到投手间的距离上检测目标(为测量投出球的速 度)，而其他雷达则需要在大到至最近的行星的距离上工作。因此，雷达可能小到足够握在 手中，或大到足够占据许多个足球场的空间。 雷达目标可能为飞机、舰船或者导弹:也可能为人、乌、昆虫、降雨、晴空空气端流、 电离的媒质、地表特征(植被、山脉、道路、河流、机场、建筑、围墙、电线杆等)、海 洋、冰层、冰山、浮标、地下特征、流星、极光、宇宙飞船及行星。除了测量 H标距离和角 度方向之外，雷达通过确定距离随时间的变化率或从回波的多普勒频移申提取径向速度来确 定目标的相对速度。如果在一段时间内测量动目标的位置，则可以得到目标轨迹或航迹，从 中可以判定目标的绝对速度和运动方向，于是可以对其未来的位置做出预测。合适 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的雷 ①本章是为那些对雷达不太熟悉的读者而写的简要概览，对那些熟悉雷达的读者，可视为温习。 ②微波泛泛地定义为使用波导作为传输线以及使用腔体或分布的电路而不是集总参数元件作为谐振电 路的那些频率。微波雷达频率可以从 400MHz 到约 40GHz，但这不是严格的界限。 ③在雷达中，距离 Crange) 通常表示雷达到目标的距离 Cdi血n∞)。距离的其他词典定义也在此处使用。 • 2 • 雷达手册(第二版) 达可以判定目标的尺寸和形状，甚至可以识别不同类型的目标。 噩黠摹南理醒 图1.1是一个非常初等的基本框图，示出一部雷达中经常见到的子系统。发射机，图中 示为功率放大器，为雷达执行的特定任务产生合适的波形。它的平均功率可能小到毫瓦也可 能大到兆瓦(平均功率比峰值功率能更好地表明雷达性能指标)。多数雷达使用短脉冲波 形，以便一部天线可在时间分享的基础上用来发射和接收。 天线 国1.1 采用功率放大器作为发射机(图上部)和用超外差接收机〈图F部)的简单的雷达框图 双工器的功能允许使用单个天线在发射机工作时保护敏感的接收机不被烧坏并且引导接 收的回波信号到接收机而不是发射机。 天线是把发射能量辐射到空间然后在接收时收集回波能量的设备。天线几乎总是定向 的，把能量辐射到窄波束中，以此聚集功率同时可以判定目标的方向。二个发射时产生窄定 向波束的天线，在接收时通常具有大的面积，以便从目标收集微弱的回波信号。天线不仅在 发射时聚集能量和在接收时收集回波能量，而且还可作为一个空间滤波器，提供角度分辨和 其他能力。 接收机将接收到的微弱信号放大到可检测到其存在的电平。因为噪声是雷达做出可靠检 测判决并提取目标信息的最终制约，要注意保证接收机自身产生很低的内部噪声。大部分雷 达工作在微波频段，影响雷达性能的噪声通常来自接收机的第一级，在图1.1中示为低噪声 放大器。许多雷达应用中对检测的限制是不需要的环境回波(称为杂波)，这时接收机要有 足够大的动态范围，以避免杂波使接收机饱和，从而严重影响到需要的动目标的检测。接收 机的动态范围，通常用分贝表示，定义[1]为接收机能以某些规定性能工作的最大和最小输入 功率电平的比。最大信号电平可能由能允许的接收机响应非线性效应设定(例如，接收机卉始 饱和的信号功率)，而最小信号电平则可能为最小可检测信号。信号处理器，通常位于接收机 的中频部分，可描述为接收机从不需要的会降低检测性能的信号中分离出需要信号的部分。信 号处理包括使输出信噪比最大的匹配滤波器，也包括当杂波比噪声大时使移动目标信杂比最大 的多普勒处理。多普勒处理能分离不同的动目标或从杂波中分离出动目标。检测判决在接收机 输出端做出，当接收机输出超过预定的门限时就宣告存在目标。如果门限设置过低，接收机噪 声会造成过多的虚警。如果门限设置过高，可能检测到的目标会漏掉。决定判决门限电平的准 则是如此设定门限，使其产生可接受的预定的由接收机的噪声产生的平均虚警率。 第 1 章雷达概论 • 3 • 在检测判决做出后，就可以确定目标的轨迹，即在一段时间上测得的目标位置的轨迹。 这是数据处理的一个例子。处理过的目标检测信息或轨迹可显示给操作者:或用来自动引导 导弹到目标;或雷达输出可以经过进一步处理以提供目标性质的其他信息。雷达控制器保证 雷达的不同部分协同工作，例如它给雷达的不同部分按需要提供定时信号。 雷达 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师有可提供良好多普勒处理的时间、提供良好距离分辨率的带宽、提供大天线 的空间及提供远距离性能和精确测量的能量等资源。影响雷达性能的外部因素包括目标特性， 可能通过天线进入的外界噪声，来自大地、海洋、鸟群或降雨等无用的杂波回波，来自其他 电磁辐射源的干扰:地球表面和大气造成的传播效应。这里提及这些因素是为了强调它们在 雷达的设计和应用中非常重要。 嚣撞撞挝酶 雷达发射机不仅必须能够产生在最大距离上检测期望目标需要的峰值和平均功率，而且 要能产生特定应用所需要的合适波形和稳定性的信号。发射机可以是振荡器或放大器，但后 者通常有更多的优点。 雷达中使用过很多类型的功率源(参见第 10 章)。磁控管功率振荡器在一个时期曾经非 常流行，但现在除了民用航海雷达(参见第 22 章)以外几乎不用。由于磁控管相对低的平 均功率 (1~2kW) 和差的稳定性，对需要在远距离强杂波中检测小动目标的应用，其他的功 率源通常更合适。磁控管功率振荡器是正交场管的一个例子。与之相关的还有在过去某些雷 达中使用过的正交场放大器 (CFA)，但是它在重要的雷达应用中也受到限制，特别是需要在 杂波中检测动目标的场合。大功率速调管及行波管 (TWT)，是线性电子注臂的例子。雷达 常在大功率时采用此类管子，二者都有多普勒处理需要的合适的大带宽及稳定性，因此一直 很流行。 固态放大器，例如晶体管，也在雷达中使用，特别是在相控阵雷达中。尽管单个晶体管 功率较低，但阵列天线的多个辐射单元的每一个都可利用多个晶体管以达到许多雷达应用需 要的大功率。使用晶体管放大器时，雷达要设计成能在这种设备工作时需要的高占空比上工 作，雷达需要使用要求脉冲压缩的长脉冲及可在长短距离上进行探测所需要的多种不同宽度 的脉冲。因此，固态发射机的使用对雷达系统的其他部分会有影响。在毫米波段可以用回旋 管作为放大器或振荡器获得大功率。长时间以来，栅极控制真空管在 UHF 和低频雷达中具 有优势，然而对更低频雷达人们的兴趣越来越少。 尽管不是每个人都会同意，一些雷达系统工程师在有选择时，会考虑把速调管放大器作 为大功率现代雷达的首选，如果它的使用对应用合适的话。 撞撞去露 天线是雷达与外界联系的部分(参见 12 和 13 章)。它实现多种目的(1)发射时集中 能量，即有定向性并具有窄波束宽度 (2) 收集来自目标的回波能量(3)提供目标角位置 测量 (4) 提供角度上分辨(或分离)目标的空间分辨率 (5) 观测期望的空域。天线可以 是机械扫描的抛物反射面、机械扫描的平面相控阵或机械扫描的端射天线。它可以是电扫描的 相控阵，使用配置有分支馈线或空间馈电的馈源把单部发射机功率分配到每个阵元上，或是电 扫描的相控阵，它的每个阵元采用一个国态"袖珍"雷达(也称为有源孔径相控阵)。每种天 .4. 雷达手册(第三版) 线都有其特殊的优点和限制。一般而言，天线越大越好，但对其尺寸会有实际上的限制。 1.2 雷达类型 尽管有多种方式表征雷达，我们在此以可能区分不同类型雷达的主要特征来进行表征。 脉冲雷达 这种雷达发射重复的几乎是矩形的脉冲串。它可称为雷达的规范形式，没有其他语句来 定义雷达时人们往往想到的就是它。 高分辨率雷达 高分辨率可以在距离、角度或多普勒速度坐标上获得，但是高分辨通常意指雷达具有高 的距离分辨率。一些高分辨雷达距离分辨率为几分之一米，也可能小到几厘米。 脉冲压缩雷达 这种雷达使用脉内调制(通常为频率或相位调制)的长脉冲获得长脉冲的能量及短脉冲 的分辨率。 连续波 CW 雷达 这种雷达采用连续的正弦波。它几乎总是使用多普勒频移来检测移动目标或测量目标的 相对速度。 调频一连续波 FM-CW 雷达 这种连续波雷达使用波形的频率调制实现距离测量。 监视雷达 尽管词典不会用这种方式定义"监视"监视雷达是一种检测目标存在(例如飞机或 舰船)并在距离和角度上确定其位置的雷达。它也能持续观测目标一段时间以获得目标的 轨迹。 动目标显示 (MTI) 雷达 这是一种脉冲雷达，它通过使用通常没有距离模糊的低脉冲重复频率 (p盯〉在杂波中 探测动目标。它在多普勒域确实是模糊的，导致所谓的盲速。 脉冲多普勒雷达 有两种脉冲多普勒雷达分别采用高或中 P盯。它们都使用多普勒频移从杂波中提取动目 标。高 P盯脉冲多普勒雷达在多普勒域没有模糊(盲速)，但它确实有距离模糊。中 P盯脉 冲多普勒雷达在距离和多普勒域都存在模糊。 第 1 章雷达概论 • 5 • 跟踪雷达 这种雷达提供目标轨迹或航迹。跟踪雷达可进一步分为 STT 、 ADT、 TWS 及相控阵跟踪 器，具体如下: (1)单目标跟踪器 (STT): 它在足够高的数据率上跟踪单个目标，提供机动目标精确的 跟踪。"典型"的重访时间为 O.ls (数据率为每秒 10 次测量)。它可采用单脉冲跟踪方法在角 坐标上获得精确跟踪信息。 (2) 自动检测及跟踪 (ADT): 这是监视雷达进行的跟踪。它通过使用天线多次扫描测 量得到的目标位置，实现对大量目标的跟踪。它的数据率没有 STT 高。重访时间为 1~12s ， 视应用情况而定。 (3)边扫描边跟踪 (TWS): 通常雷达在一维或二维角度一个较小的区域上进行监视， 以在有限的角度观测区域上提供所有目标位置信息的快速更新率。在过去， TWS 曾用在引导 飞机着陆的地基雷达、某些类型的火控雷达及军用机载雷达中。 (4) 相控阵跟踪器:电扫描相控阵能以高数据率(几乎) "连续地"跟踪多于一个目 标。它也可有类似 ADT 的性能，以低数据率同时跟踪多个目标。 成像雷达 这种雷达产生目标或场景的二维图像，例如地表的一部分和它上面的物体。这些雷达通 常位于移动平台上。 伽tll财儿载雷达( SLAR) 这种机载侧视成像雷达提供距离上的高分辨率，并通过使用窄波柬天线获得角度上的适 当分辨率。 合成孔径雷达 (SAR) SAR 是一种相参①成像雷达，位于移动载体上，利用回波信号的相位信息获得在距离及 横向距离上的高分辨场景图像。常使用脉冲压缩获得高距离分辨率。 逆合成孔径雷达 (ISAR ) ISAR 是一种相参成像雷达，利用高距离分辨率和目标的相对运动获得多普勒域的高分 辨率，以在横向距离维上获得分辨率。它可位于移动或静止载体上。 火力控制雷达 这个名称常用于防空袭的单目标跟踪雷达。 制导雷达 这种雷达通常位于导弹上，使导弹"寻的"或自行引导到目标上。 ①相参指雷达信号相位用做雷达处理的重要组成部分。 .6. 雷达手册(第三版) 天气(气象)观测 这种雷达探测、识别并测量降雨率、风速和风向，并观测其他有重要气象意义的气象'情 况。可能是一部特殊雷达或监视雷达的一种功能。 多普勒气象雷达 这是一种气象观测雷达，利用移动的气象效应造成的多普勒频移判别风，判别出可以指示 危险气象状况例如龙卷风及下爆气流的风切变(当风刮向不同方向时)，以及其他气象效应。 目标识别 在某些情况下，识别雷达所观测到的目标类型(例如，汽车而不是飞鸟)，或识别目标 的特定类型(汽车而不是卡车，或八哥而非麻雀)，或从一类目标中识别出另外一类目标 (巡洋舰而非油轮)可能是非常重要的。用于军事目的时，常称为非合作的目标识别雷达 CNCTR)，而不是合作识别系统，如 IFF C敌我识别)。当目标识别包括自然环境的某些部分 时，就是通常所知的遥感(环境)雷达。 多功能雷达 如果把上述雷达视为提供某个雷达功能的，则多功能雷达设计成能提供多于一种的功 能，通常在时分的基础上，在某个时间只执行一个功能。 还有许多其他方式可描述雷达，包括陆基、海基、机载、星载、机动、可运输、空中交 通管制、军用、地表穿透、超宽带、超视距、测量、激光(或光)雷达、工作频段 CUHF 、 L、 S 等)及用途等。 1.3 从雷达回波可获取的信息 除非获得目标的某些信息，否则对目标的探测没有多少价值。同样，不探测到目标，目 标信息也没有意义。 随酶 通过测量以光速传播的雷达信号到达目标并返回的时间，雷达可判定距目标的距离。这 可能是常规雷达最突出的特性。在远距离上测量目标的距离，其他传感器都达不到雷达的测 量精度(基本上，在长距离，雷达的精度是由人们所掌握的传播速度的数据精度所限制 的)。在短的距离上，测距精度可达几厘米。为了测量距离，在发射波形上必须引入某种时间 标志。时标可以是一个短脉冲(信号的幅度调制)，也可以是醒目的频率或相位调制。距离测 量的精度取决于雷达信号带宽:带宽越宽，精度越高。因此，带宽是距离精度的基本度量。 黯黯攘攘 目标的径向速度可通过在一段时间内的距离变化率获得，也可以通过测量多普勒频移获 得。对径向速度的精确测量需要时间。因此时间是描述径向速度测量质量的基本参数。动目 第 1 章雷达概论 • 7 • 标的速度和运动方向可从其轨迹获得，而轨迹可来自一段时间内对目标位置的测量。 一种判定目标方向的方法是确定扫描天线回波信号幅度最大时对应的天线角度。这通常 需要具有窄波束的天线(高增益天线)。一部带有旋转天线波束的对空监视雷达通过这种方 式判定角度。一维角方向上目标的角度也可以用两个天线波束判定，这两个波束在角度上稍 微错开，然后比较每个波束接收的回波幅度。如果同时需要测量方位和俯仰角，则需要四个 波束。第 9 章中讨论的单脉忡跟踪雷达是一个很好的例子。角度测量的精度取决于天线的电 只寸，即以波长数给出的天线尺寸。 如果雷达在距离或角度上有足够的分辨率，它能提供高分辨维上的目标尺寸测量。距离 通常是具有分辨率的维上的坐标值。横向距离上的分辨率(由距离乘以天线波束宽度给出) 可以通过具有极窄波束宽度的天线获得。然而天线波束宽度大小是有限的，所以通过这种方法 获得的横向距离分辨率不像距离分辨率那样好。横向距离维上的高分辨率可以基于 SAR (合成 孔径雷达)或 ISAR (逆合成孔径雷达)通过多普勒域获得，参见第 17 章的讨论。为了通过 SAR 或 ISAR 获得横向距离分辨率，雷达和目标间必须有相对运动。当距离和横向距离上都有 足够的分辨率时，不仅能够获得两个正交坐标上目标的尺寸，有时也能分辨目标的形状。 带宽基本上代表信息，因此，它在许多雷达应用中非常重要。雷达中遇到的带宽有两种 类型:一是信号带宽，是由信号脉宽或信号内调制决定的带宽:二是可调带宽。一般，脉宽 为古的简单正弦波脉冲的信号带宽为! (脉冲压缩波形，在第 8 章讨论，能有比脉宽倒数大 τ 很多的带宽)。大带宽对在距离上分辨目标，对精确测量目标距离，以及对提供识别不同类 型目标的有限能力都是需要的。对减轻跟踪雷达中的闪烁效应，对基于雷达到目标双程直接 信号和雷达到地表到目标的双程地表散射信号之间的时延(距离)差测量飞机海拔高度(也 称为多径高度测量)，以及对提高目标信杂比，高距离分辨率也都很有用 o 在军事系统中， 高距离分辨率可用来对密集编队飞行的飞机进行计数，也可用来识别及挫败一些类型的欺骗 性对抗措施。 可调带宽提供了在一种可利用的宽频谱范围内改变(调谐)雷达信号频率的能力。这可 用来降低工作在相同频段雷达之间的相互干扰，也可使敌方的电子对抗措施效力降低。工作 频率越高，越容易获得大的信号带宽及可调带宽。 对雷达可用带宽的限制是政府管理部门对频谱的控制(在美国是联邦通信委员会，在国 际上是国际电信联盟)。在第二次世界大战雷达获得成功之后，雷达被允许在超过二分之一 的微波频段工作。随着"无线"时代许多频谱商业用户的出现及其他需要电磁频谱的服务， 近年来这个可用频谱空间已经显著减少了。因此，雷达工程师日益感受到更小的可用频谱空 间和对许多雷达成功应用非常重要的带宽分配的限制。 • 8 • 雷达手册(第三版) 茵黯æ 所有雷达测量的精度和对目标的可靠探测取决于比率 E!屿，其中 E 是雷达处理的接收信 号总能量，的是接收机单位带宽的噪声功率。因此 ， E!的是雷达能力的重要度量。 在多字额2在上工作 雷达能在多个频率上工作有重要益处词。频率捷变通常指在脉间使用多个频率。频率分 集通常与分布在宽的范围内的多个频率，有时超过一个雷达波段的使用有关。频率分集可同 时在每个频率上同时或几乎同时工作。它已经用于几乎所有的民用空中交通管制雷达上。脉 冲到脉冲频率捷变与多普勒处理(为探测杂波中的动目标)不相容，但频率分集可以。频率 捷变和频率分集的频率范围都比宽度为f的单个脉冲的固有带宽大很多。 俯仰零点填充 雷达在单个频率工作会导致天线俯仰方向图分裂，这是由于直达信号(雷达到目标)和 地表散射信号(雷达到地表到目标)之间的干涉造成的。方向图分裂，指的是在一些俯仰角 (零点)上覆盖减少而在一些角度(瓣)上信号增强。频率的改变会改变零点和瓣的位置， 因此在一个宽的频带上工作，俯仰零点会被填充，雷达不容易丢失目标回波信号。例如通过 一个宽带实验雷达 Se町ad (工作频带 850~1400MHz)的测量，显示出当仅使用单个频率时， 信号-扫描比(实验测定的单次扫描探测概率)在特定的观测条件下为 0.78; 而当雷达工作在 四个不同的大大分散的频率时，信号-扫描比为 0.98，频率分集带来了显著的提高[2] 。 提高的目标探测概率 复杂目标例如飞机的雷达截面积，随着频率改变会发生巨大的变化。在某些频率，雷达 截面积小，而在另外一些频率截面积大。如果雷达在单个频率上工作，可能会导致小的目标 回波而产生漏警:在数个不同的频率上工作，雷达截面积会变化，可能小也可能大，但相比 采用单个频率时成功探测的可能性更大。这是几乎所有的空中交通管制雷达使用两个频率上 分得足够开的载频的原因之一，通过在两个间隔足够宽的频率上工作，可保证目标回波不相 关，从而提高探测可能性。 降低敌方对抗措施效力 任何成功的军用雷达都预期会碰到敌方对于采取对抗措施来降低其效力。在宽的频带上 工作比仅在单个频率上工作便对抗措施更困难。对噪声干扰，以不可预测的方式在一个宽频 带内改变频率，将使干扰机不得不在宽的频率范围内分散其功率从而降低落入雷达信号带宽 内的敌方干扰信号强度。在宽频带上采用频率分集也会让敌方截获接收机或反辐射导弹难以 探测和定位雷达信号(但不是不可能)。 雷撞申酶多普辑踊董事 多普勒频移的重要性，第二次世界大战以后不久在脉冲雷达中开始被注意，在许多雷达 应用中都成了日益重要的因素。如果多普勒效应不存在的话，现代雷达就不会这么引人关注 第 1 章雷达概论 .9. 或有用 o 多普勒频移/d可写为 儿 =2vr /λ=(2vcosB)/λ( 1.1) 式中 ， vr = vcosB 是目标的相对速度(相对于雷达)，单位为m/s;λ 是雷达波长，单位为 m; v 是目标绝对速度，单位为m/s;θ 是目标方向和雷达波束之间的夹角。在 3%的精度上，多普 勒频率约等于 vr(kn) 除以 λ(m) 赫兹。 多普勒频移广泛用于从静止杂波中分离出动目标，参见第 2~5 章的讨论。这类雷达称 为 MTI (动目标显示)、 AMTI (机载动目标显示)及脉冲多普勒雷达。所有的现代空中交通 管制雷达、重要的军用陆基雷达、机载空中监视雷达及军用战斗机雷达都利用多普勒效应。 然而在第二次世界大战中，没有一种脉冲雷达用多普勒。 cw (连续波)雷达也利用多普勒 效应探测移动目标，但这种目的的 cw 雷达己不再像从前那样流行。 HF OTH (高频超视 距)雷达(参见 20 章)如不使用多普勒，就无法完成在地球表面带来的大量杂波中探测移 动目标的任务。 另一种依赖于多普勒频移的重大雷达应用是气象观测，例如本章前面提到的美国国家气 象服务的 Nexrad 雷达。 SAR 和 ISAR 都可通过它们对多普勒频移的使用进行描述(参见 17 章)。机载多普勒导 航雷达同样基于多普勒频移。使用多普勒通常对雷达发射机的稳定性有更高的要求，也增加 了信号处理的复杂性，然而为了得到多普勒提供的巨大好处，这些要求人们乐于接受。需要 提及的是，多普勒频移是雷达能够测量速度的关键能力，如同交警在保持车辆限速和其他测 速应用时努力使用的一样。 1.4 雷达方程 摞黯翩翩翩鳝蹦 雷达距离方程(或称雷达方程)不仅适合评估距离作为雷达特性的函数的目的，作为设 计雷达系统的向导也很有用。雷达方程的简单形式可写为 PGσ P=一ιlX一一一 X A (1.2) 4πR2 4πR2 为了描写所发生的物理过程，上式右侧写成三个因子的乘积。第一个因子是增益为 Gt 的天线 辐射的功率为 Pt、在离雷达距离 R 处的功率密度。第二个因子的分子是目标截面积σ，它的 单位是面积(例如平方米)，并且是目标返回雷达方向的能量的度量。第二个因子的分母表 示回波信号能量在返回向雷达的途径上随距离的发散程度。前两项的乘积表示每平方米上返 回到雷达的功率。注意目标的雷达截面积σ是由这个方程定义的。有效孔径面积为儿的接收 天线截获返回雷达四波的功率 Pr 的一部分。如果雷达的最大作用距离 Rm皿定义为当接收功率 Pr等于雷达最小可检测信号 Smin 时的雷达作用距离，则雷达方程的这个简单形式可写为 R!u.x =旦与互 (1 .3 ) -一 (4πfSmin 一般，大多数雷达用同一天线兼作发射和接收。由天线理论，夭线发射增益 Gt 与有效接收孔 径面积 Ae 的关系式为 Gt = 4nAe lλ2。式中， λ是雷达信号的波长。将该式代入式 (1 .3 )可得到 雷达方程的另外两种有用形式(此处未给出):一种仅用增益代表天线，另一种仅用有效孔 径代表。 • 10 • 雷达手册(第二版) 雷达方程的简单形式具有指导性，但因为忽略了许多因素而不太有用。最小可检测信号 Smin受到接收机噪声的限制，可表示为 Smin = k1'aB凡(S / N)] (1.4) 式中 ， k1'aB 是所谓的理想欧姆导体的热噪声 k 是玻耳兹曼常数:凡是基准温度 290K; B 是 接收机带宽(通常是超外差式接收机的中频级带宽)。乘积 kTo = 4x 10-21 W 1Hz。为考虑实际 (非理想)接收机引入的附加噪声，热噪声表达式乘以接收机噪声系数凡，它定义为实际接 收机输出噪声与理想接收机输出噪声的比。为使接收信号能被检测到，它必须大于接收机噪 声的 (S/ N)] 倍。信噪比 (S/ N)] 的值是在仅有一个脉冲时要求的值。它必须足够大以获得需要 的虚警概率(虚警是噪声超过接收机门限)和探测概率(在多种雷达书[3 ， 4] 中能找到)。然 而，雷达通常在作出检测判决前处理多个脉冲。我们假设雷达波形是一串重复的矩形脉冲。 这些脉冲在检测判决前被积累(加在一起)。为了考虑这些积累的信号，雷达方程的分子乘 以因子 nE;(时，其中 E;(n) 是 n 个脉冲积累的效率。积累效率的值可以在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 参考书中找到。 I: 是雷达陈冲峰值功率。平均功率乓v 是雷达探测目标能力的更好度量，经常用关系式 乓=P..v/儿τ 代入雷达方程，其中凡是脉冲重复频率 T是脉宽。地表和大气能严重影响电磁 波传播并改变雷达的覆盖和性能。在雷达方程中用分子上的因子F4考虑这些传播效应，参见 第 26 章的讨论。把以上这些代入雷达方程得到 P rGAeσnE;(n)F4 K:n缸=飞 (1.5 ) (4π)" k1'aFn凡(S/ N)]ι 在式 (1.5 )的推导过程中，假设了 BT~1 ， 这在雷达中通常成立。加上了大于 1 的因子 Ls' 称为系统损耗，来考虑发生在雷达中的各种损耗。系统损耗可以会很大。如果忽略它可能会 导致由雷达方程预测的距离估计误差很大(考虑所有的雷达系统损耗后， ι达到1O~20dB 属于正常)。 式(1.5)适用于观测目标足够长的时间，以接收到 n 个脉冲的雷达。更基本上，它适用 于对目标的照射时间 to等于 n/元的雷达。例如，一部跟踪雷达持续观测某个目标均时间。然 而这个方程在以重访时间 ts 观测某个立体角。的监视雷达中需要修正(空管雷达的重访时间 可能为 4~12s)。因此，监视雷达有了附加限制，即必须在给定时间凡内完成对立体角为。的 空域的搜索。重访时间等于 lo{il/鸣) ，其中乌 =n/儿而ilo 是天线立体角波束宽度(立体弧 度)，它与天线增益有近似关系 G=4π/鸣。于是式(1.5)中的 n/儿可以用相等的 4πts/Gil 代替，得到监视雷达方程为 几AeσE;(n)FIR~ax= ~，v'-e--:-~\":~:. _ x 2- (1.6) 4π元1'a F n(S / N)]ι 。 雷达设计者无法控制重访时间 ι 或角度覆盖范围。，这些主要由雷达需要执行的任务决定。 雷达截面积也由雷达应用决定。如果监视雷达需要大的作用距离，必须有足够的 P 积。正因如此，监视雷达性能的通用衡量是它的功率孔径积。注意，频率没有明显出现在式 内。然而频率的选择会通过其他方式隐含地进入。 正如监视雷达方程与传统的雷达方程 (1.5 )或其简单形式方程 (1.2 )不相同，每种特 定的雷达应用通常要采用与其具体情况相配合的雷达方程。当来自地面、海面或气象的杂波 回波大于接收机噪声时，也需要对雷达方程进行修正，以考虑此时对检测的限制是杂波而非 第 1 章雷达概论 • 11 • 噪声。也可能发生的是，雷达的探测能力在覆盖范围的某些区域内由杂波限制，在别的区域 由噪声限制。这会导致两组不同的雷达特性，一组对噪声优化，另一组对杂波优化;于是在 雷达设计中通常不得不在二者问折中。当雷达探测能力受敌方噪声干扰限制时，需要另一种 不同类型的雷达方程。 1.5 雷达频率的字母频带名称 使用精确数值描述某种类型雷达的工作频带常常不方便。对许多军用雷达，雷达的工作 频带通常是保密的。因此，使用字母代表雷达的工作频段是很有帮助的。 IEEE (电气和电子 工程师协会〉已经正式把雷达字符波段命名标准化，见表1.10 表 1.1 IEEE 标准的雷达频带命名法[5J 波段名称 标称频率范围 据国际电信联盟 II 区规定的雷达频率范围 HF 3~30MHz 138~144~任-Iz VHF 30~300l\但-Iz 216~225l\任-Iz 420~450MHz UHF 300~1000MHz 890~942MHz L I.O~2.0Gl-Iz 1215~1400l\但也 2.3~2.5Gl-Iz s 2.0~4.0Gl-Iz 2.7~3.7GHz 4.2~4.4Gl-Iz C 4.0~8.0Gl-Iz 5.25~5.925Gl-Iz X 8.0~ 12.0Gl-Iz 8.5~ 10.68Gl-Iz 13 .4~14.0Gl-Iz Ku 12.0~ 18.0Gl-Iz 15.7~17.7Gl-Iz 24.05~24.25Gl-Iz K 18.0~27 .OGl-Iz 24.65~24.75Gl-Iz Ka 27.0~40.0Gl-Iz 33.4~36.0Gl-Iz V 40.0~75.0Gl-Iz 59~64Gl-Iz 76~81Gl-Iz w 75.0~ 11 OGl-Iz 92~100Gl-Iz 表1. 1 的说明 [6] 国际电信联盟 CITU) 为无线电定位(雷达)指定了电磁频谱中特定的频段。这些频段 列于表1.1的第三列。它们适用于包括北美、南美在内的 ITU 第 11 区。其他两个 ITU 区的划 分略有不同。例如， L 波段雷达的工作频率仅能在国际电信联盟指定的 1215~1400MHz 的范 围内工作，然而即使在这个范围内，还有进一步的限制。一些 ITU 指出的频带，被严格限制 用途。例如， 4.2~4.4GHz 频段保留给机载雷达高度表(少数频率除外 )0 1四官方没有在 田波段正式给雷达分配频率，但大多数盯雷达同其他电磁服务共享频段。毫米波雷达的字 • 12 • 雷达手册(第二版) 符表示为 mm，在此区域内有分配给雷达的几个频带，但这里没有列出。尽管 lTU 对毫米波 的官方描述是 30~300GHz，实际上Ka 波段①雷达的技术与微波波段的而不是 W 波段的技术 更为接近。在毫米波雷达领域内工作的人常常认为其频率下限是 40GHz 而不是"法定"的下 限 30GHz，以承认在技术和应用上的巨大差别才是毫米波雷达的特征。微波在此标准中还未 定义，但是这个术语通常用于工作在 UHF 到 Ka 波段的雷达。使用字符命名对于非雷达领域 的工程师可能不方便的原因，是最初在第二次世界大战期间选它来描述雷达波段。那时保密 很重要，因此选择字母代表不同的波段让人很难猜到究竟使用的是什么频率。而在雷达周围 工作的人，在对雷达字符波段的使用上很少有问题。 曾用过其他的字符来描述电磁频谱，但是它们对雷达不合适，绝不应当用在雷达上。其 中一种使用字母 A、 B 、 C 等，最初是为进行电子对抗演习而设计的[7]。上面提到的 IEEE 标 准中声明说"这些字符和雷达实践不一致，不应用来描述雷达频夜"。因此，可能会有 D 波 段干扰机，但绝不会有 D 波段雷达。 1.6 工作频率对雷达的影响 雷达已在低至 3田z (刚好高于 AM 广播频段)的频率上工作过，也在高至数百 GHz (毫米波段)频率上工作过。雷达更常用的频带可能为 5阳也~95GHz 以上，这是一个巨大的 频率范围，所以应该可以预期的是雷达技术、性能及应用会显著依赖于雷达工作的频段而变 化。不同频段的雷达通常具有不同的性能和特性。→般，在低频段易于获得远程性能，因为 在低频易于获得大功率发射机和物理上巨大的天线。另一方面，在更高的雷达频率上，容易 完成距离和位置的精确测量，因为更高的频率能提供更宽的带宽(它决定距离精度和分辨 率)，以及在给定夭线物理尺寸时更窄的波束(它决定角精度和角分辨率)。下面简要介绍不 同波段的雷达应用。然而相邻波段的区别在实践中没有显著差别，在特性上可能会有重叠。 离摄 (HF. 3........30MHz) 盯频段的主要用途是被雷达用来探测远程目标(标称可达到 2000n mile)，方法是利用 高频电磁波能量被远离地表的电离层折射的特性。无线电爱好者称这为短波传播并用它来在 远距离上通信。 HF 雷达的目标可能是飞机、舰船和弹道导弹，以及来自海面本身的回波 (可提供驱动海面的风向及风速的信息)。 莓蘸赣二(\lHf~3卧""-3m协副 20 世纪 30 年代开发的大多数早期雷达都工作在该频段，因为在当时这些频率代表无线 电技术的前沿。它对远程空中监视和探测弹道导弹是很好的频率。在这些频率上，地球表面 特别是水面散射的反射系数会非常大，所以直达信号和面反射信号之间的相长干涉会显著增 大 VHF 雷达的作用距离。然而，当有这种效应使作用距离翻倍时，会有伴随而来的相消干 涉减少作用距离，这是由于在某些仰角上，天线方向图有深的零点。同样，相消干涉会导致 低空上差的覆盖。雷达利用多普勒频移探测杂波中的动目标时在低频上经常会更好，因为多 ① b波段的波长范围为 8.3~9mm，这使它有资格落在"法定"的毫米波定义的范围内，但很勉强。 第 1 章雷达概论 • 13 • 普勒模糊(导致盲速)在低频段要少得多。 VHF 雷达不受雨杂波困扰，但受来自流星的电离 和极光的多次时间折叠回波的影响。在 VHF 频段，飞机的雷达截面积一般比在更高的频率 上大。 VHF 雷达在获得同样的距离性能时比工作在更高频段上的雷达花费要少。 尽管甚高频雷达对远程监视有许多诱人的优点，但也有很多严重的局限。俯仰上的深零 点及差的低空覆盖之前已经提到了。分配给 VHF 雷达的可用频谱宽度很窄，因此距离分辨 率经常很差。天线波束宽度通常比微波频段的宽，因此角精度和分辨率也差。 VHF 频段中拥 挤着许多重要的民用服务，如电视和调频广播，这进一步减少了雷达可用的频谱空间。通过 天线进入雷达的外部噪声电平在 VHF 频段比微波频段高。工作在 VHF 频段，雷达的主要局 限可能是在这个拥挤的频段中获得合适频谱空间的困难。 尽管有局限， VHF 对空监视雷达在苏联曾广泛使用，因为苏联国土广大，而 VHF 雷达 的低廉，对提供疆域这么广阔国家的空中监视很有吸引力[8]。据说苏联生产了大量的 VHF 对 空监视雷达一一一些有着非常巨大的只寸和远的作用距离，但多数是可容易运输的。有意思 的是 VHF 机载拦截雷达曾在第二次世界大战中被德国广泛使用。例如， Lichtenstein SN-2 机 载雷达在不同型号中工作在 60~100MHz 上。在这些频率上的雷达不受称为辅条(也称为窗 口)的对抗措施的影响。 藉自频{卧在.3四E屠也'"""16陆〉 工作在甚高频雷达的许多特点在一定程度上也适合于超高频。 UHF 特别适合于机载预警 雷达系统 (AEW) 中的机载 AMTI (动目标检测)雷达(参见第 3 章)，也适于探测和跟踪 卫星和弹道导弹的远程雷达。在这个波段的上段可找到远程舰载对空监视雷达和测量风速及 风向的雷达(称为风靡线雷达)。 地面穿透雷达 CGPR)，是所谓超宽带 (UWB) 雷达的例子，参见第 21 章。它宽的信号 带宽有时同时覆盖 VHF 和 UHF 波段。这种雷达的信号带宽可能从 50MHz延伸到 500MHz。 宽的带宽对获得好的距离分辨率是需要的。低频率对允许雷达能量穿透地面传播是需要的 (尽管如此，在典型土壤中传播衰减迅速，因而简单的机动 GPR 作用距离可能仅有几米)。这 个距离适合定位掩埋在地F的电线、管线和其他物体。如果雷达要发现位于地表但被树木遮 盖的目标，也需要同 GPR 所用类似的频段。 t鼓鼓 (..l.(}-~.f;I3Hz } L 波段是远程 (200n mile) 地对空警戒雷达首选的频段，用于空中交通管制的雷达[美 国联邦航空局 (FAA) 命名为 ARSRJ 是个好的例子。随着频率的升高，雨对性能的影响开 始变得显著，所以雷达设计者需要致力于在 L 波段和更高波段上降低雨的影响。这个波段对 远程探测卫星和防御洲际弹道导弹也具有吸引力。 5鼓鼓(~.口'"""4出Hz) 在机场区域内监视空中交通的机场监视雷达 (ASR) 工作在 S 波段。它的典型作用距 离为 50~60nmile。如果需要三坐标雷达(决定距离、方位角和俯仰角的雷达)，在 S 波段 可以实现。 之前说过，远程监视雷达在低频率上性能更好，而对目标位置的精确测量在高频率上 • 14 • 雷达手册(第三版) 性能更好。如果只能用一部雷达在一个工作频段内工作，则 S 波段是一个好的折中。有时 使用 C 波段作为达到两方面功能的雷达的频段选择也是可接受的。 AWACS C机载预警和控 制系统)机载空中监视雷达也工作在 s 波段。通常多数雷达应用工作在具有最佳性能的特 定波段。然而，在机载空中监视雷达的例子中， AWACS 位于 s 波段而美国海军的 E2 AEW 预警机工作在 UHF 波段。尽管频率上如此不同，据说两种雷达有差不多的性能[9] C 这对每 种应用都有一个最佳频段的说法是个例外)。 Nexrad 气象雷达工作在 S 波段。它对观测气象是好的频率，因为更低的频率会产生微 弱得多的雨回波(因雨回波随频率的 4 次方变化)，而更高的频率在雨中传播时会产生衰减 而无法对降雨率进行精确测量。有工作在比 S 波段更高频率上的气象雷达，但这些雷达的 作用距离通常比 Nexrad 的小，或 许可 商标使用许可商标使用许可商标使用许可商标使用许可商标使用许可 用于特定的气象雷达应用而不像 Nexrad 那样可以提 供精确的气象测量。 C:'攘疆(4.ty-...缸i捆住} C 波段介于 S 波段和 X 波段之间，有二者之间的特性。通常优先使用 s 和 X 波段而不是 C 波段，尽管过去 C 波段有很多重要的应用。 X攘攘 (ä~旧凶极〉 X 波段是军事上比较常用的雷达波段。 X 波段广泛用于起拦截、战斗和攻击(地面目 标)等角色的军用机载雷达中，参见第 5 章的讨论。它在基于 SAR 和 ISAR 的成像雷达中也 很流行。 X 波段适合于民用舰载雷达、机载恶劣气象规避雷达、机载多普勒导航雷达和警用 测速仪。导弹导引系统有时也位于 X 波段。工作于该频段的雷达的尺寸适宜，所以适合于注 重机动性和轻质量而非远距离的应用场合。 X 波段雷达的可用带宽较宽，用比较小的天线可 产生窄波束宽度，这些都是高分辨率雷达应用的重要考虑因素。 因为 X波段的高频率，雨有时会成为降低 X 波段系统性能的重要因素。 阻挠雕阳攘攘 fmb件措施安 在更高的雷达频率上，天线物理尺寸减小，一般更难产生大的发射机功率。因此， X 波 段之上频段的雷达的距离性能一般不如 X 波段的雷达。军用机载雷达有 X 波段的，也有 Ku 波段的。对必须要有小的尺寸而不需要远距离的雷达应用，这些频段具有吸引力。机场表面 探测设备 CASDE)，通常在大型机场控制塔的顶端可以找到，工作在 Ku 波段，主要因为它 比 X 波段有更好的分辨率。在原先的 K 波段中，在 22.2GHz处有一条水蒸气吸收线，这导 致的衰减在一些应用中是个严重的问题。这个问题当 K 波段雷达在第二次世界大战期间研制 开始以后被发现，这就是后来引入 Ku 和 Ka 波段的原因。雨杂波会限制该波段雷达的性能。 辈辈黯攘段 尽管这个频段很宽，多数毫米波雷达感兴趣的频率位于 94GHz附近，此处的大气衰减有 一个极小值(称为窗口，是指相对于其附近的频率衰减小的区域， 94GHz附近的窗口和整个 微波频段一样宽)。如上面所提到的，对雷达的目的，毫米波范围实际上一般从 40GHz甚至 更高的频率开始。毫米波雷达的技术和环境的传播效应不仅不同于微波雷达，而且通常有更 第 1 章雷达概论 • 15 • 多的限制。不同于微波波段雷达所经历的衰减，毫米波雷达信号即使在洁净的空气中传播也 会有很大的衰减。衰减在毫米波段是变化的。 94GHz 窗口中的衰减实际上比大气 22.2GHz处 的水蒸气吸收线还要高。在 60GHz 氧气吸收线处的单程衰减约为 12扭曲丑，基本上排除了雷达 在其邻近频率的应用。雨的衰减对毫米波波段也是一种限制。 对毫米波雷达感兴趣的主要原因是因为它作为研究和有成果的应用的前沿带来的挑战。它的 好的特点在于它是采用宽带宽信号的极好场所(有大量的频谱空间);雷达可使用小的天线得到 高距离分辨率和窄波束:敌方难以对军用雷达使用电子对抗措施:它使位于这些频率的军用雷达 比低频率的雷达有低的被截获概率。在过去，毫米波发射机平均功率无法超过数百瓦一一通常要 低得多。回旋管上的进展(参见第 10 章)使得可以产生比传统的毫米波功率源大几个数量级的 平均功率。因此，获得大功率不再成为限制。 激光器在频谱的光学和红外区可以产生可用的功率。它可使用宽带宽(极短脉冲)并具 有非常窄的波束宽度，而天线孔径比微波段的小很多。大气和雨的衰减非常高，因此在恶劣 天气中的性能十分有限。接收机噪声由量子效应而不是热噪声决定。由于几种原因，激光雷 达的应用有限。 1.7 雷达命名规范 按军用标准 MIL-STD-196D 规定，美国军用电子设备(包括雷达)是根据联合电子类 型命名系统 CJETDS) 来命名的。名称的字母部分由字母 AN、一条斜线和适当选择的另 外三个字母组成。三个字母表示设备的安装位置、设备类型和设备用途。三个字母之后是 一个破折号和一个数字。数字对三个字母的特殊组合按顺序指定。表1.2 列出曾用于雷达 命名的字母。 表 1.2 与雷达有关的 JETDS 字母命名 安装位置(第一个字母) 设备类型(第二个字母〕 设备用途(第三个字母) A 有驾驶员的飞机 L 电子对抗设备 B 轰炸 B 在水下运动的物体，潜艇 P 霄达 D 测向、侦察和/或警戒 D 无人驾驶运载工具 s 专用设备或组合设备 G 火力控制 F 地面固定 W 武器特有设备(未包括在其他类 N 导航 G 地面通用 型中的) Q 专用或组合 K 水陆两用 R 接收 M 地面上可移动 s 探测和/或测距、测向、搜索 P 便携式 T 发射 s 水面舰艇 W 自动飞行或遥控 T 地面上可运输 X 识别和辨认 U 一般用途 Y 监视和控制(火控和空中交通 V 地面车载 控制〉 W 水面和水下的组合 Z 有人和无人驾驶空中运输工 具的组合 • 16 • 霄达手册(第二版) 设备每经一次修改就在原型号后附加一个字母 (A、 B 、 C 等)，但设备的每次修改都 应保持它的可互换性。名称后括号中的 V 表示设备是可改变的系统(指那些通过增加或 减少装置、组件和单元，抑或它们的组合可改变功能的系统)。当名称后加上破折号、字 母 T 和数字则表明设备是用于训练的。除美国外，加拿大、澳大利亚、新西兰和英国的电子 设备也用 JETDS 命名规范，为这些国家保留了特定的数字组。更多的信息可以从因特网上的 MIL-STD-196D 中找到。 联邦航空局使用以下的术语来对空中交通管制雷达命名。 (1) ASR (机场监视雷达); (2) ARSR (空中航路监视雷达); (3) ASDE (机场表面探测雷达); (4) TDWR (终端多普勒气象雷达)。 字母后的数字表示该类雷达的特定型号(按顺序)。 美国国家气象局 (NOAA) 研发的气象雷达用 WSR 表示。 WSR 后的数字表明雷达开始 服役的时间。例如， WSR-88D 是 1988 年开始服役的 Nexrad 多普勒雷达。字母 D 表明它是 多普勒气象雷达。 1.8 雷达过去的一些进展 下面简单列出了雷达技术和性能在 20 世纪中一些主要的进展，按不很精确的年代顺序 排列，如下所示: (1)第二次世界大战之前和第二次世界大战期间，开发为防空部署在地面、舰船和军用 飞机上的 VHF 雷达。 (2) 第二次世界大战早期微波磁控管的发明和波导技术的应用，以获得能在微波频段工 作的雷达，从而可使用更小和机动性更强的雷达。 (3 )MIT 辐射实验室在第二次世界大战期间存在的五年中开发了超过 100 种不同的雷达 型号，为微波雷达奠定了基础。 (4) Marcum 的雷达检测理论。 (5) 速调管和行波管放大器的发明和发展，提供了稳定性好的大功率源。 (6) 使用多普勒频移来检测淹没于杂波中的移动目标。 (7)适于空中交通管制的雷达的开发。 (8) 脉冲压缩。 (9) 单脉冲跟踪雷达有高的跟踪精度，以及比以前的跟踪雷达对电子对抗措施有更好 的抵御能力。 (10) 合成孔径雷达，对地面场景和地面上的物体成像。 (10 机载动目标显示 (AMTI)，用于在有杂波情况下远程机载空中监视。 (2) 稳定的元件、子系统和超低副瓣天线，使可大量抑制无用杂波的高 P盯脉冲多普 勒雷达 (AWACS) 成为可能。 ( 13) 高频超视距雷达，把飞机和舰船的探测距离扩大了一个数量级。 (4) 数字处理，从 20 世纪 70 年代早期对雷达性能的改善有重大影响。 第 1 章雷达概论 (15) 监视雷达的自动检测和跟踪。 (6) 电扫描相控阵雷达的批量生产。 • 17 • (17) 逆合成孔径雷达 CISAR)，提供目标成像，如对舰船等非合作目标识别需要的图像。 (1 8) 多普勒气象雷达。 (9) 太空雷达，适于对如金星等行星进行观测。 (20) 计算机对复杂目标雷达截面积的精确计算。 (21)多功能机载军用雷达，体积和质量相对小，适于安装在战斗机前端，具有执行大 量不同的雪一空和空地任务的功能。 以上是对雷达过去一些主要发展的一点观点。其他人或许有不同的看法。并非每种重大 的雷达成就都包括在内。如果包括本书其他章节的内容，这个列表可能会更长并包含更多的 例子。但是这个列表己足以显示出对雷达性能改进很重要的进展类型。 1.9 雷达应用 军事噩噩 因为防御重型军用轰炸机的需要，在 20 世纪 30 年代发明了雷达。对雷达军事上的需要 或许是雷达最重要的应用及其主要进展(包括民用雷达的进展)的来源。 军用雷达的主要用途曾是地面、海面和机载空中防御。离开雷达，实施成功的空中防御 是不切实际的。在空中防御中，雷达用来进行远程监视、低海拔"弹出"目标的短距探测、 武器控制、导弹制导、非合作目标识别和战斗损伤评估。许多武器中的近炸引信也是雷达的 一个例子。对军用防空雷达成功的一个极好度量是在反抗其有效性的方法上花费的大量金 钱。这包括电子对抗措施和其他方面的电子战、寻的雷达信号的反辐射导弹及低截面积飞机 和舰船。雷达在军事上也用在对地面、海面的侦察及海洋监视中。 在战场上，要求雷达具有执行空中监视(包括对飞机、直升机、导弹和无人机的监 视)、空中拦截武器控制、敌方武器定位(迫击炮、火炮和火箭)、入侵人员检测和空中交通 管制等任务的功能。 自从 20 世纪 50 年代末出现弹道导弹的威胁后，使用雷达进行弹道导弹防御一直受到关 注。远程、高超声速和弹道导弹的小目标尺寸使这个问题具有挑战性。在太空没有防御飞机 时的自然杂波问题，但是弹道导弹会出现在大量的外部诱饵中，还伴有其他的由袭击者所发 射的用来伴随载有战斗部的再入体的对抗措施。基本的弹道导弹防御问题变成更是目标识别 问题，而不是探测和跟踪问题。弹道导弹迫近的预警需要，导致执行这种任务功能的一些不 同类型雷达的出现。类似的，也部署了能探测和跟踪卫星的雷达。 雷达的一个非军用的相关任务是探测和拦截毒品运输。有几种类型的雷达可满足这种需 要，包括远程高频超视距雷达。 部撞撞蘸 环境遥感的主要应用是气象观测雷达，如 Nexrad 系统，它的输出经常在电视天气预报上 看到。也存在垂直方向风廓线雷达，判定作为海拔函数的风速和风向，它通过探测洁净空气 • 18 • 雷达手