雷(lei)達的(de)出現(xian),是由于一(yi)戰(zhan)(zhan)期間(jian)當時(shi)(shi)英國(guo)和德國(guo)交戰(zhan)(zhan)時(shi)(shi),英國(guo)急需一(yi)種能(neng)探測空(kong)(kong)中(zhong)金(jin)屬物(wu)體(ti)的(de)雷(lei)達(技術)能(neng)在(zai)反空(kong)(kong)襲戰(zhan)(zhan)中(zhong)幫(bang)助搜(sou)尋德國(guo)飛(fei)機。二戰(zhan)(zhan)期間(jian),雷(lei)達就已經出現(xian)了地(di)對空(kong)(kong)、空(kong)(kong)對地(di)(搜(sou)索)轟炸、空(kong)(kong)對空(kong)(kong)(截擊)火控、敵我識別(bie)功能(neng)的(de)雷(lei)達技術。
二戰以后,雷達發展(zhan)了單脈沖(chong)角度跟(gen)(gen)蹤、脈沖(chong)多(duo)(duo)普勒信(xin)號處理、合成孔徑和(he)脈沖(chong)壓(ya)縮(suo)的(de)高分辨率(lv)、結(jie)合敵我識別的(de)組合系統、結(jie)合計(ji)算機的(de)自動火(huo)控系統、地形回避和(he)地形跟(gen)(gen)隨(sui)、無(wu)源或(huo)有源的(de)相位陣(zhen)列、頻(pin)率(lv)捷(jie)變、多(duo)(duo)目標探測與跟(gen)(gen)蹤等新的(de)雷達體(ti)制(zhi)。
后(hou)來隨著微電子等(deng)各(ge)個領域科學進步,雷達技(ji)術的不斷發(fa)展(zhan),其(qi)內涵(han)和研究內容都在(zai)不斷地拓展(zhan)。雷達的探測(ce)(ce)手段已經由從(cong)前(qian)的只有雷達一種探測(ce)(ce)器發(fa)展(zhan)到了紅外光(guang)、紫外光(guang)、激光(guang)以及其(qi)他光(guang)學探測(ce)(ce)手段融(rong)合協作。
當代雷達的(de)(de)同(tong)(tong)時(shi)多功能(neng)的(de)(de)能(neng)力使得戰場指(zhi)揮員在(zai)各種不同(tong)(tong)的(de)(de)搜索/跟蹤模式(shi)下對目(mu)標進行掃描,并對干擾誤差(cha)進行自動修正(zheng),而且大多數的(de)(de)控制(zhi)功能(neng)是在(zai)系統內部(bu)完成的(de)(de)。
自動目標識(shi)別則可使武器系統最大限度地發揮作(zuo)用,空中(zhong)預警機和(he)JSTARS這(zhe)樣的具(ju)有戰(zhan)(zhan)場敵我識(shi)別能(neng)力(li)的綜合雷達系統實際上已經成(cheng)為了未來戰(zhan)(zhan)場上的信息指揮中(zhong)心。
1842年,奧(ao)地利(li)物理(li)學家多(duo)普(pu)勒(Christian Andreas Doppler)率先(xian)提出利(li)用(yong)多(duo)普(pu)勒效(xiao)應的多(duo)普(pu)勒式(shi)雷(lei)達。
1864年,英(ying)國物理學(xue)家麥克斯(si)韋(wei)(James Clerk Maxwell)推導(dao)出可計算電磁波(bo)特性的公式。
1886年(nian),德國物理學家(jia)赫(he)茲(Heinerich Hertz)展開(kai)研究(jiu)無線(xian)電波的一系列實(shi)驗。
1888年赫茲成功利(li)用儀器產生無線電波。
1897年湯姆遜(JJ Thomson)展開對真空(kong)管內陰極射(she)線的研究。
1904年侯斯美爾(Christian Hülsmeyer)發明(ming)電(dian)動鏡(telemobiloscope),是(shi)利用無線電(dian)波(bo)回聲探測的(de)裝置,可防止海上(shang)船舶(bo)相撞。
1906年德(de)弗(fu)瑞(rui)斯特(De Forest Lee)發明真空三極管,是世界(jie)上第(di)一種可放(fang)大(da)信號(hao)的主(zhu)動電子元件。
1916年馬可尼( Marconi)和富蘭克林(Franklin)開始研究(jiu)短(duan)波(bo)信(xin)號(hao)反(fan)射。
1917年羅伯特(te)·沃特(te)森·瓦特(te)(Robert Watson-Watt)成功設計雷暴(bao)定位裝(zhuang)置(zhi)。
1922年馬可(ke)尼在美(mei)國電氣及(ji)無線電工程師(shi)學會(hui)(American Institutes of Electrical and Radio Engineers)發表演說,題目(mu)是可(ke)防止船(chuan)只(zhi)相撞(zhuang)的(de)平(ping)面角雷達(da)。
1922年美國泰勒和楊建議在(zai)兩艘軍艦(jian)上裝(zhuang)備高頻發射機(ji)和接收機(ji)以搜索敵艦(jian)。
1924年英國阿普(pu)利(li)頓和(he)(he)巴尼特通過電離層反射無(wu)線電波測(ce)量(liang)賽(sai)(ionosphere)的高度。美國布萊(lai)爾(er)和(he)(he)杜夫用脈沖波來測(ce)量(liang)亥維塞層。
1925年貝爾德(John L. Baird)發明機(ji)動式電視(現代電視的前身)。
1925年伯(bo)烈特(Gregory Breit)與(yu)杜(du)武(Merle Antony Tuve)合作(zuo),第一(yi)次成功(gong)使(shi)用雷達,把從電(dian)離層(ceng)反射回來的(de)無(wu)線(xian)電(dian)短脈沖顯示在陰(yin)極射線(xian)管(guan)上。
1931年美(mei)國(guo)海軍研究實驗(yan)室(shi)利(li)用拍頻(pin)原理研制雷達,開(kai)始讓(rang)發(fa)射(she)機發(fa)射(she)連續波,三年后改用脈(mo)沖波。
1935年法國古頓研制出用磁控管產生(sheng)16厘米波長(chang)的(de)信號,可(ke)以(yi)在霧(wu)天或黑夜(ye)發現其他船(chuan)只。這是雷達和平利用的(de)開始。
1935年英國(guo)羅伯特·沃特森·瓦特發明第一臺(tai)實(shi)用雷(lei)達。
1936年1月英(ying)國(guo)羅(luo)伯(bo)特(te)·沃特(te)森(sen)·瓦(wa)特(te)在索夫克(ke)海岸架起了英(ying)國(guo)第一個雷達站(zhan)。英(ying)國(guo)空軍又增(zeng)設了五(wu)個,它們在第二次世(shi)界大戰中發揮了重要作用。
1937年(nian)馬可(ke)尼公司(si)替英國加建20個鏈向雷達站。
1937年美國第(di)一個(ge)軍艦雷達XAF試驗成(cheng)功。
1937年瓦里安兄弟(di)(Russell and Sigurd Varian)研(yan)制(zhi)成高功率微波(bo)振蕩器(qi),又稱(cheng)速調管(klystron)。
1939年布特(Henry Boot)與蘭特爾(John T. Randall)發明(ming)電子管(guan),又稱共振穴磁控管(guan)(resonant-cavity magnetron )。
1941年蘇聯最早在飛機上裝備預(yu)警(jing)雷(lei)達(da)。
1943年(nian)美國麻省理工學院(yuan)研制出機載(zai)雷達平面位置指示器(qi),預(yu)警雷達。
1944年馬可(ke)尼公(gong)司(si)成功設計、開(kai)發并生產「布袋式」(Bagful)系統,以及「地(di)氈式」(Carpet)雷達(da)干擾系統。前者用(yong)來(lai)截取德(de)國(guo)的無線電通訊,而后者則用(yong)來(lai)裝備英國(guo)皇家空軍(RAF)的轟炸(zha)機隊。
1945年二次大(da)戰結束后(hou),全(quan)憑裝有特別設(she)計的真空管──磁控管的雷達,盟軍得以打敗德國。
1947年美國貝爾電(dian)話實驗室研制出線(xian)性調(diao)頻(pin)脈沖(chong)雷達。
50年代中期美國裝備了超距(ju)預警雷(lei)達系統,可以探尋超音速(su)飛機。不(bu)久(jiu)又研制出脈(mo)沖(chong)多普勒雷(lei)達。
1959年美國通(tong)用(yong)電器公司(si)研制出彈(dan)道導彈(dan)預警雷達系統,可發跟蹤(zong)3000英里(li)(li)外,600英里(li)(li)高的導彈(dan),預警時間為20分鐘。
1964年(nian)美國裝置了第一個空(kong)間軌道監(jian)視(shi)雷達(da),用(yong)于監(jian)視(shi)人造地球衛星(xing)或(huo)空(kong)間飛行器。
1971年(nian)加拿大(da)伊朱卡(ka)等3人發(fa)明(ming)全息(xi)矩陣(zhen)雷達(da)(da)。與此同時,數字雷達(da)(da)技術在美國出現(xian)。
1993年美國曼徹斯特市德雷爾·麥吉爾發明了多塔查(cha)克超智(zhi)能雷達。
各種雷達的具體用(yong)途和(he)結(jie)構不盡相同(tong),但基本形式是一致的,包括:發射(she)機(ji)、發射(she)天(tian)線(xian)、接收(shou)機(ji)、接收(shou)天(tian)線(xian),處理(li)部分以及顯示器。還(huan)有電源設(she)備、數據錄取(qu)設(she)備、抗干擾(rao)設(she)備等(deng)輔助設(she)備。
雷達(da)所起的(de)(de)(de)(de)(de)作用跟(gen)眼(yan)睛和(he)耳朵相似,當然,它(ta)不(bu)再是(shi)(shi)大(da)自然的(de)(de)(de)(de)(de)杰作,同(tong)時,它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)信息載體(ti)是(shi)(shi)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo)。 事實(shi)上,不(bu)論(lun)是(shi)(shi)可見光或(huo)是(shi)(shi)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)(bo)(bo)(bo),在本質上是(shi)(shi)同(tong)一種東西,都是(shi)(shi)電(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo),在真(zhen)空中傳(chuan)播的(de)(de)(de)(de)(de)速度都是(shi)(shi)光速C,差別在于(yu)它(ta)們各(ge)自的(de)(de)(de)(de)(de)頻率和(he)波(bo)(bo)(bo)(bo)長不(bu)同(tong)。其原理是(shi)(shi)雷達(da)設備的(de)(de)(de)(de)(de)發射(she)機通過(guo)天(tian)線(xian)把(ba)電(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo)能量射(she)向(xiang)空間(jian)某一方向(xiang),處(chu)在此(ci)方向(xiang)上的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti)反(fan)射(she)碰到的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)磁波(bo)(bo)(bo)(bo);雷達(da)天(tian)線(xian)接收此(ci)反(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo),送至(zhi)(zhi)接收設備進行處(chu)理,提取(qu)有關(guan)該(gai)物(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)某些信息(目(mu)標(biao)物(wu)(wu)體(ti)至(zhi)(zhi)雷達(da)的(de)(de)(de)(de)(de)距離,距離變化率或(huo)徑向(xiang)速度、方位(wei)、高度等)。
測(ce)量(liang)速度原(yuan)(yuan)理是(shi)雷達(da)根(gen)據自身和(he)目(mu)標(biao)之(zhi)間(jian)(jian)有相(xiang)對運動(dong)產生(sheng)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)多(duo)(duo)普(pu)(pu)勒(le)效應。雷達(da)接收(shou)到的(de)(de)目(mu)標(biao)回(hui)波頻(pin)(pin)率(lv)(lv)與(yu)雷達(da)發射頻(pin)(pin)率(lv)(lv)不同,兩(liang)者的(de)(de)差值稱為多(duo)(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。從(cong)多(duo)(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)中可提取的(de)(de)主(zhu)要信息之(zhi)一是(shi)雷達(da)與(yu)目(mu)標(biao)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)距離變化率(lv)(lv)。當(dang)目(mu)標(biao)與(yu)干擾雜(za)波同時存在于雷達(da)的(de)(de)同一空間(jian)(jian)分辨單元(yuan)內時,雷達(da)利用它們之(zhi)間(jian)(jian)多(duo)(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)不同能(neng)從(cong)干擾雜(za)波中檢測(ce)和(he)跟蹤目(mu)標(biao)。測(ce)量(liang)目(mu)標(biao)方(fang)位原(yuan)(yuan)理是(shi)利用天線的(de)(de)尖銳(rui)方(fang)位波束(shu),通過測(ce)量(liang)仰角(jiao)(jiao)靠窄的(de)(de)仰角(jiao)(jiao)波束(shu),從(cong)而根(gen)據仰角(jiao)(jiao)和(he)距離就能(neng)計算(suan)出目(mu)標(biao)高(gao)度。
測(ce)量距離原理是(shi)測(ce)量發射脈沖與回波(bo)脈沖之(zhi)間(jian)的時間(jian)差,因電磁波(bo)以光速傳(chuan)播,據此就能換算(suan)成雷達與目標的精確距離。
雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)的種類(lei)繁(fan)多,分類(lei)的方法(fa)也非常復雜(za)。一般為軍用雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)。通常可以(yi)按照雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)的用途分類(lei),如預警(jing)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、搜索警(jing)戒雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、引導指揮雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、炮瞄(miao)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、戰場監視雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、機載雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、無線電測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)引信、氣象(xiang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、航行管制雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)、導航雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)以(yi)及防(fang)撞和(he)敵我識別(bie)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)(da)(da)等。
1.按照雷(lei)(lei)達信(xin)號形(xing)式分類,有脈(mo)沖(chong)雷(lei)(lei)達、連續波(bo)雷(lei)(lei)達、脈(mo)部(bu)壓縮雷(lei)(lei)達和頻率捷變雷(lei)(lei)達等(deng)。
2.按照角跟(gen)蹤方式分類,有(you)單脈沖雷達(da)、圓錐掃描(miao)(miao)雷達(da)和隱蔽圓錐掃描(miao)(miao)雷達(da)等。
3.按照(zhao)目(mu)標(biao)測量(liang)的參數分(fen)類,有測高雷(lei)達、二坐標(biao)雷(lei)達、三坐標(biao)雷(lei)達和敵我識對雷(lei)達、多站雷(lei)達等。
4.按照雷(lei)達采用的技術和信號處(chu)理的方式有(you)相參(can)積累(lei)和非相參(can)積累(lei)、動目(mu)標顯示、動目(mu)標檢測、脈沖多普勒雷(lei)達、合成孔徑雷(lei)達、邊掃描邊跟蹤(zong)雷(lei)達。
5.按(an)照天線(xian)掃描方式分類,分為機械掃描雷達、相控陣雷達等(deng)。
6.按雷(lei)達頻段(duan)分,可分為超視(shi)距(ju)雷(lei)達、微(wei)波雷(lei)達、毫米(mi)波雷(lei)達以及激(ji)光雷(lei)達等。
其中(zhong),相控(kong)陣(zhen)(zhen)雷達又(you)稱作相位陣(zhen)(zhen)列雷達,是(shi)一種以改(gai)變(bian)雷達波相位來(lai)改(gai)變(bian)波束(shu)方向的(de)(de)(de)雷達,因(yin)為是(shi)以電子(zi)方式(shi)控(kong)制波束(shu)而非(fei)傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)機械轉動天線面方式(shi),故又(you)稱電子(zi)掃描(miao)雷達相控(kong)陣(zhen)(zhen)技術,早在30年(nian)代(dai)后期就(jiu)已(yi)經出(chu)現。1937年(nian),美國首(shou)先開始這(zhe)項研(yan)(yan)究工作。但一直(zhi)到(dao)50年(nian)代(dai)中(zhong)期才研(yan)(yan)制出(chu)2部實用(yong)型艦(jian)載相控(kong)陣(zhen)(zhen)雷達。80年(nian)代(dai),相控(kong)陣(zhen)(zhen)雷達由于具有(you)很(hen)多獨特的(de)(de)(de)優點,得(de)到(dao)了更進(jin)一步的(de)(de)(de)應用(yong)。在已(yi)裝備(bei)和正在研(yan)(yan)制的(de)(de)(de)新一代(dai)中(zhong)、遠程(cheng)防(fang)空(kong)導彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)多采(cai)用(yong)多功(gong)能相控(kong)陣(zhen)(zhen)雷達,它已(yi)成為第三代(dai)中(zhong)、遠程(cheng)防(fang)空(kong)導彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)一個重要標志。從(cong)而,大大提高了防(fang)空(kong)導彈(dan)(dan)武(wu)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)作戰性能。在21世紀,相控(kong)陣(zhen)(zhen)雷達隨(sui)著(zhu)科(ke)技的(de)(de)(de)不斷發展和現代(dai)戰爭(zheng)兵器(qi)的(de)(de)(de)特點,其制造和研(yan)(yan)究將(jiang)會(hui)更上(shang)一層樓(lou)。
最早用(yong)于搜索雷(lei)達的電(dian)磁波(bo)(bo)波(bo)(bo)長度為(wei)23cm,這一波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(duan)被定義(yi)為(wei)L波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(duan)(英(ying)語Long的字(zi)頭),后來這一波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(duan)的中心波(bo)(bo)長度變為(wei)22cm。 當波(bo)(bo)長為(wei)10cm的電(dian)磁波(bo)(bo)被使用(yong)后,其波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(duan)被定義(yi)為(wei)S波(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(duan)(英(ying)語Short的字(zi)頭,意(yi)為(wei)比原有波(bo)(bo)長短的電(dian)磁波(bo)(bo))。
在主要使用(yong)3cm電磁(ci)波(bo)的(de)(de)火(huo)控雷達(da)出(chu)現后,3cm波(bo)長的(de)(de)電磁(ci)波(bo)被稱(cheng)為X波(bo)段(duan),因為X代(dai)表坐標上的(de)(de)某點。
為了結合(he)X波(bo)(bo)段和(he)S波(bo)(bo)段的優點,逐漸出現(xian)了使用(yong)中心波(bo)(bo)長(chang)為5cm的雷達(da),該波(bo)(bo)段被稱為C波(bo)(bo)段(C即Compromise,英語“結合(he)”一詞的字(zi)頭)。
在(zai)英(ying)國人之后,德國人也開(kai)始獨立開(kai)發自(zi)己的(de)雷(lei)達,他們選擇1.5cm作(zuo)為自(zi)己雷(lei)達的(de)中(zhong)心波長。這一波長的(de)電磁波就被稱為K波段(K = Kurz,德語中(zhong)“短”的(de)字頭)。
“不幸(xing)”的(de)是(shi),德國人以(yi)其(qi)日爾(er)曼民族特有的(de)“精確性(xing)”選擇的(de)波(bo)(bo)長可(ke)以(yi)被水蒸氣強烈吸(xi)收。結(jie)果這(zhe)一波(bo)(bo)段的(de)雷達不能在雨中和有霧的(de)天氣使用。戰后設計的(de)雷達為(wei)(wei)了避免這(zhe)一吸(xi)收峰,通常使用頻率略(lve)高于(yu)K波(bo)(bo)段的(de)Ka波(bo)(bo)段(Ka,即英語(yu)K-above的(de)縮寫,意(yi)為(wei)(wei)在K波(bo)(bo)段之(zhi)(zhi)上)和略(lve)低(Ku,即英語(yu)K-under的(de)縮寫,意(yi)為(wei)(wei)在K波(bo)(bo)段之(zhi)(zhi)下(xia))的(de)波(bo)(bo)段。
最后,由于最早的(de)雷達(da)使用的(de)是米波,這一波段(duan)被(bei)稱(cheng)為(wei)P波段(duan)(P為(wei)Previous的(de)縮寫,即(ji)英(ying)語(yu)“以往”的(de)字頭)。
該系(xi)統(tong)(tong)十(shi)分(fen)(fen)繁(fan)瑣、而且(qie)使用(yong)不便。終(zhong)于(yu)被一個以實際波長(chang)劃分(fen)(fen)的(de)(de)波分(fen)(fen)波段系(xi)統(tong)(tong)取代(dai),這兩個系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)換(huan)算(suan)如下。
原 P波(bo)段(duan) = 現 A/B波(bo)段(duan)
原 L波段(duan) = 現 C/D 波段(duan)
原 S波段(duan) = 現 E/F 波段(duan)
原(yuan) C波段 = 現 G/H 波段
原 X波(bo)段(duan) = 現(xian) I/J 波(bo)段(duan)
原 K波段 = 現 K 波段
雷(lei)達(da)(da)的(de)優點是白天(tian)黑夜均(jun)能探測(ce)遠(yuan)距離(li)的(de)目標(biao)(biao),且(qie)不(bu)受霧(wu)、云和雨的(de)阻擋,具有全天(tian)候、全天(tian)時的(de)特點,并有一定的(de)穿透能力(li)。因此,它不(bu)僅成為軍事(shi)上必(bi)不(bu)可(ke)少的(de)電子裝備,而且(qie)廣泛應用(yong)于(yu)社(she)會(hui)經(jing)(jing)濟發展(如(ru)氣象預報、資源探測(ce)、環境監(jian)測(ce)等(deng))和科學研(yan)(yan)究(jiu)(天(tian)體研(yan)(yan)究(jiu)、大氣物理、電離(li)層結構(gou)研(yan)(yan)究(jiu)等(deng))。星載(zai)和機載(zai)合成孔徑(jing)雷(lei)達(da)(da)已(yi)經(jing)(jing)成為當今(jin)遙(yao)感中十(shi)分(fen)重要的(de)傳感器(qi)。以地(di)(di)面(mian)(mian)為目標(biao)(biao)的(de)雷(lei)達(da)(da)可(ke)以探測(ce)地(di)(di)面(mian)(mian)的(de)精確形狀。其空(kong)間分(fen)辨力(li)可(ke)達(da)(da)幾(ji)(ji)米到幾(ji)(ji)十(shi)米,且(qie)與(yu)距離(li)無關(guan)。雷(lei)達(da)(da)在洪水監(jian)測(ce)、海冰監(jian)測(ce)、土(tu)壤濕度(du)調查、森(sen)林(lin)資源清(qing)查、地(di)(di)質調查等(deng)方面(mian)(mian)也顯示出了很好的(de)應用(yong)潛(qian)力(li)。