雷(lei)達(da)的(de)(de)出現(xian),是由于一戰(zhan)(zhan)期(qi)間(jian)當(dang)時英國和德國交戰(zhan)(zhan)時,英國急需一種能(neng)(neng)探測空中金屬(shu)物體的(de)(de)雷(lei)達(da)(技(ji)術)能(neng)(neng)在反空襲戰(zhan)(zhan)中幫(bang)助搜尋德國飛(fei)機。二戰(zhan)(zhan)期(qi)間(jian),雷(lei)達(da)就已經出現(xian)了地對(dui)空、空對(dui)地(搜索)轟(hong)炸、空對(dui)空(截擊(ji))火控、敵我(wo)識別(bie)功能(neng)(neng)的(de)(de)雷(lei)達(da)技(ji)術。
二戰以后,雷達發(fa)展了單脈沖(chong)角度跟(gen)蹤、脈沖(chong)多普勒信號處理、合(he)成孔(kong)徑和(he)脈沖(chong)壓縮的(de)(de)高分(fen)辨率、結合(he)敵我識(shi)別的(de)(de)組(zu)合(he)系統、結合(he)計算機(ji)的(de)(de)自動火控系統、地形(xing)回避和(he)地形(xing)跟(gen)隨、無源或有(you)源的(de)(de)相位(wei)陣列、頻率捷變(bian)、多目標(biao)探測與跟(gen)蹤等新的(de)(de)雷達體(ti)制。
后來隨著(zhu)微電子等各個領域科學(xue)進步,雷(lei)達技(ji)術的不(bu)斷發展,其(qi)內涵和(he)研究內容都在不(bu)斷地拓展。雷(lei)達的探測手(shou)段已經由從前的只有雷(lei)達一種探測器發展到了紅(hong)外光、紫外光、激光以及其(qi)他光學(xue)探測手(shou)段融合協作(zuo)。
當代雷達的(de)同時多功能的(de)能力(li)使得(de)戰(zhan)場指揮員在各種不同的(de)搜索/跟蹤(zong)模式下對(dui)目標進行掃描,并(bing)對(dui)干擾(rao)誤差進行自(zi)動修正(zheng),而且大(da)多數的(de)控制功能是在系統內部完(wan)成(cheng)的(de)。
自動目(mu)標識別(bie)則可使武器系統(tong)最大限度(du)地發(fa)揮(hui)作用(yong),空中預(yu)警(jing)機(ji)和JSTARS這樣的具有(you)戰場敵我(wo)識別(bie)能力(li)的綜合雷達系統(tong)實際上已(yi)經成為(wei)了未來戰場上的信息指揮(hui)中心(xin)。
1842年,奧(ao)地利物(wu)理學(xue)家多普(pu)勒(le)(le)(Christian Andreas Doppler)率先提出(chu)利用(yong)多普(pu)勒(le)(le)效應的多普(pu)勒(le)(le)式雷達(da)。
1864年,英(ying)國物理學家(jia)麥克斯韋(James Clerk Maxwell)推導(dao)出可計算電磁波特性的(de)公式(shi)。
1886年,德(de)國物理學家赫茲(Heinerich Hertz)展(zhan)開研(yan)究(jiu)無線電波的(de)一系(xi)列實驗。
1888年赫(he)茲成功(gong)利用儀(yi)器(qi)產(chan)生無線電波。
1897年湯(tang)姆(mu)遜(JJ Thomson)展開對真空管(guan)內陰極射(she)線的研究。
1904年侯斯美爾(Christian Hülsmeyer)發明電(dian)動鏡(telemobiloscope),是利用無線電(dian)波回聲探測的(de)裝(zhuang)置,可防止海上船(chuan)舶相撞。
1906年德(de)弗瑞(rui)斯特(De Forest Lee)發明真空三極管,是世界上第一種可放大信號的主動電子元件(jian)。
1916年馬可尼( Marconi)和富蘭克林(Franklin)開始研究(jiu)短波信號(hao)反射。
1917年羅伯特(te)·沃特(te)森·瓦特(te)(Robert Watson-Watt)成功(gong)設(she)計雷暴定位裝置。
1922年馬可(ke)尼(ni)在美國電氣及無線電工程(cheng)師(shi)學會(hui)(American Institutes of Electrical and Radio Engineers)發(fa)表演說,題目是可(ke)防止(zhi)船只相(xiang)撞的(de)平面角雷(lei)達。
1922年美國泰勒和楊建議在兩艘軍艦上(shang)裝備高頻發射機(ji)和接收機(ji)以搜索敵艦。
1924年英國阿(a)普利頓和巴尼特通過(guo)電離層(ceng)反射無(wu)線電波測量賽(ionosphere)的高度。美國布萊爾和杜夫用脈沖波來測量亥(hai)維塞(sai)層(ceng)。
1925年(nian)貝爾(er)德(de)(John L. Baird)發明機動式電(dian)視(shi)(現代電(dian)視(shi)的前身(shen))。
1925年伯烈特(Gregory Breit)與杜武(Merle Antony Tuve)合作(zuo),第一次(ci)成(cheng)功使用雷達(da),把從電離層反射回來的無線電短脈沖(chong)顯(xian)示在陰極(ji)射線管上(shang)。
1931年美國海軍研究實驗(yan)室(shi)利(li)用拍頻原理研制雷達(da),開始讓發射(she)機發射(she)連續波,三年后改(gai)用脈沖波。
1935年法(fa)國古頓研制出用(yong)磁控管產生16厘米波長(chang)的信號,可以在霧天或黑夜發現(xian)其他船只。這是雷達和平利(li)用(yong)的開始。
1935年英(ying)國(guo)羅伯(bo)特·沃特森·瓦特發明(ming)第一臺實用(yong)雷達(da)。
1936年(nian)1月(yue)英國(guo)(guo)羅伯特·沃特森·瓦(wa)特在索夫克(ke)海岸架起了英國(guo)(guo)第一(yi)個雷達站(zhan)。英國(guo)(guo)空(kong)軍(jun)又增設了五個,它們在第二次世(shi)界(jie)大戰中發揮了重要(yao)作用。
1937年馬可尼(ni)公司替英國(guo)加建(jian)20個鏈向雷達(da)站。
1937年美(mei)國第一個(ge)軍艦(jian)雷達XAF試驗成功。
1937年瓦里安兄弟(Russell and Sigurd Varian)研制成(cheng)高(gao)功率(lv)微波振蕩器,又稱速調管(guan)(klystron)。
1939年(nian)布特(te)(te)(Henry Boot)與蘭特(te)(te)爾(John T. Randall)發明電(dian)子管,又稱(cheng)共振穴(xue)磁(ci)控(kong)管(resonant-cavity magnetron )。
1941年蘇聯最早在飛(fei)機上(shang)裝(zhuang)備預警雷(lei)達。
1943年美國麻省理(li)工(gong)學院研制出機載雷達平面位(wei)置(zhi)指示(shi)器,預(yu)警雷達。
1944年馬(ma)可尼公(gong)司成功(gong)設計、開發并生產「布袋式」(Bagful)系(xi)統,以及「地氈式」(Carpet)雷(lei)達(da)干(gan)擾系(xi)統。前者用來截取(qu)德國的(de)無(wu)線電通訊,而后者則用來裝(zhuang)備英國皇家空(kong)軍(RAF)的(de)轟炸機隊。
1945年二次大(da)戰結(jie)束后,全(quan)憑裝(zhuang)有特別(bie)設計(ji)的真空管──磁控管的雷達,盟(meng)軍(jun)得以打敗德國(guo)。
1947年(nian)美國貝爾電(dian)話實驗(yan)室研制出(chu)線性調頻脈沖雷達。
50年代中期美國(guo)裝備了超距預警雷達系統,可(ke)以探尋超音速飛(fei)機。不久又研制出脈沖多普勒雷達。
1959年(nian)美國(guo)通用電器公司研制出(chu)彈道導彈預(yu)警(jing)雷達系(xi)統,可發跟蹤3000英里外,600英里高的導彈,預(yu)警(jing)時間為(wei)20分鐘。
1964年(nian)美(mei)國裝置(zhi)了第一(yi)個(ge)空(kong)間(jian)軌道監視雷(lei)達(da),用(yong)于(yu)監視人造地球衛星或空(kong)間(jian)飛行器。
1971年加拿大伊朱卡等3人發明全息矩陣(zhen)雷達(da)(da)。與此同時,數(shu)字(zi)雷達(da)(da)技術在美(mei)國(guo)出現。
1993年美國曼徹(che)斯特市德雷(lei)(lei)爾(er)·麥吉爾(er)發明了多塔(ta)查(cha)克(ke)超智能雷(lei)(lei)達。
各種雷達的(de)具體(ti)用途和結構不盡相同(tong),但基(ji)本(ben)形式是一致(zhi)的(de),包括:發射(she)機、發射(she)天(tian)線、接(jie)收機、接(jie)收天(tian)線,處理部分以及(ji)顯示(shi)器。還(huan)有電(dian)源設(she)備、數據錄取設(she)備、抗(kang)干擾(rao)設(she)備等(deng)輔助設(she)備。
雷(lei)達所起的(de)(de)作用跟眼睛(jing)和耳朵相(xiang)似(si),當然,它(ta)不(bu)(bu)再是(shi)(shi)大自然的(de)(de)杰(jie)作,同(tong)時,它(ta)的(de)(de)信息載體是(shi)(shi)無線(xian)(xian)電波。 事實上,不(bu)(bu)論是(shi)(shi)可見(jian)光(guang)或是(shi)(shi)無線(xian)(xian)電波,在本質(zhi)上是(shi)(shi)同(tong)一種東西,都是(shi)(shi)電磁波,在真空(kong)(kong)中傳(chuan)播(bo)的(de)(de)速度(du)都是(shi)(shi)光(guang)速C,差別在于它(ta)們各自的(de)(de)頻率和波長不(bu)(bu)同(tong)。其原(yuan)理(li)是(shi)(shi)雷(lei)達設(she)備(bei)的(de)(de)發射(she)(she)機通(tong)過天(tian)線(xian)(xian)把電磁波能量射(she)(she)向(xiang)空(kong)(kong)間某一方向(xiang),處(chu)在此方向(xiang)上的(de)(de)物體反射(she)(she)碰到(dao)的(de)(de)電磁波;雷(lei)達天(tian)線(xian)(xian)接(jie)收(shou)此反射(she)(she)波,送至接(jie)收(shou)設(she)備(bei)進行處(chu)理(li),提(ti)取(qu)有關該物體的(de)(de)某些信息(目(mu)標物體至雷(lei)達的(de)(de)距離,距離變化率或徑向(xiang)速度(du)、方位(wei)、高度(du)等)。
測(ce)量(liang)速度(du)原(yuan)理是(shi)雷(lei)(lei)達(da)根據(ju)自(zi)身和目標之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)(jian)有(you)相對運(yun)動產(chan)生(sheng)的(de)頻率(lv)(lv)多普(pu)勒(le)效應。雷(lei)(lei)達(da)接(jie)收(shou)到的(de)目標回波頻率(lv)(lv)與(yu)雷(lei)(lei)達(da)發射頻率(lv)(lv)不同(tong)(tong),兩者的(de)差值(zhi)稱為多普(pu)勒(le)頻率(lv)(lv)。從多普(pu)勒(le)頻率(lv)(lv)中(zhong)可提取的(de)主要信息之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)一是(shi)雷(lei)(lei)達(da)與(yu)目標之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)(jian)的(de)距離變(bian)化率(lv)(lv)。當目標與(yu)干(gan)擾雜(za)波同(tong)(tong)時存在于雷(lei)(lei)達(da)的(de)同(tong)(tong)一空(kong)間(jian)(jian)分辨單(dan)元內時,雷(lei)(lei)達(da)利用(yong)它們之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)(jian)多普(pu)勒(le)頻率(lv)(lv)的(de)不同(tong)(tong)能(neng)從干(gan)擾雜(za)波中(zhong)檢測(ce)和跟蹤目標。測(ce)量(liang)目標方位(wei)原(yuan)理是(shi)利用(yong)天線的(de)尖銳方位(wei)波束,通過測(ce)量(liang)仰(yang)角靠(kao)窄(zhai)的(de)仰(yang)角波束,從而根據(ju)仰(yang)角和距離就能(neng)計算出目標高度(du)。
測(ce)量距(ju)離原理是測(ce)量發射脈沖(chong)與回波(bo)脈沖(chong)之間(jian)的(de)時(shi)間(jian)差,因電磁波(bo)以光速傳(chuan)播,據此就能換算成雷達與目標的(de)精確距(ju)離。
雷(lei)(lei)(lei)達(da)的種類(lei)繁多,分類(lei)的方法也非常復雜。一般為(wei)軍(jun)用(yong)雷(lei)(lei)(lei)達(da)。通常可以(yi)按照雷(lei)(lei)(lei)達(da)的用(yong)途分類(lei),如(ru)預警(jing)(jing)雷(lei)(lei)(lei)達(da)、搜索警(jing)(jing)戒(jie)雷(lei)(lei)(lei)達(da)、引導指揮雷(lei)(lei)(lei)達(da)、炮瞄雷(lei)(lei)(lei)達(da)、測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)、戰場監視雷(lei)(lei)(lei)達(da)、機載雷(lei)(lei)(lei)達(da)、無線電(dian)測高雷(lei)(lei)(lei)達(da)、雷(lei)(lei)(lei)達(da)引信(xin)、氣象雷(lei)(lei)(lei)達(da)、航行管制雷(lei)(lei)(lei)達(da)、導航雷(lei)(lei)(lei)達(da)以(yi)及防(fang)撞和敵我識別雷(lei)(lei)(lei)達(da)等(deng)。
1.按照雷達信(xin)號形式分類(lei),有脈(mo)沖雷達、連續波(bo)雷達、脈(mo)部(bu)壓縮雷達和頻率捷(jie)變雷達等。
2.按照(zhao)角跟蹤方式分類,有(you)單脈沖雷(lei)達、圓(yuan)錐掃描雷(lei)達和隱蔽圓(yuan)錐掃描雷(lei)達等。
3.按照目標測量的參數分類(lei),有(you)測高雷(lei)達(da)(da)(da)、二坐(zuo)(zuo)標雷(lei)達(da)(da)(da)、三(san)坐(zuo)(zuo)標雷(lei)達(da)(da)(da)和敵我識對雷(lei)達(da)(da)(da)、多站(zhan)雷(lei)達(da)(da)(da)等。
4.按照雷(lei)(lei)達采用的技術和信(xin)號處(chu)理(li)的方式有相參積累和非相參積累、動(dong)目標顯示、動(dong)目標檢(jian)測、脈沖多普勒雷(lei)(lei)達、合(he)成孔(kong)徑雷(lei)(lei)達、邊掃描邊跟蹤雷(lei)(lei)達。
5.按照天線掃描方式分類,分為機械掃描雷達、相控(kong)陣雷達等。
6.按雷達頻段分,可分為(wei)超視(shi)距(ju)雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等(deng)。
其(qi)中,相(xiang)控陣雷(lei)(lei)(lei)達又稱作相(xiang)位(wei)陣列雷(lei)(lei)(lei)達,是(shi)一(yi)(yi)種以改變雷(lei)(lei)(lei)達波(bo)相(xiang)位(wei)來改變波(bo)束方(fang)向的(de)(de)(de)雷(lei)(lei)(lei)達,因為(wei)是(shi)以電(dian)子方(fang)式(shi)控制波(bo)束而(er)非傳統的(de)(de)(de)機械(xie)轉動天線面方(fang)式(shi),故又稱電(dian)子掃描雷(lei)(lei)(lei)達相(xiang)控陣技術,早在30年(nian)代(dai)(dai)后期就(jiu)已經出現。1937年(nian),美國首先開始(shi)這項研(yan)(yan)究(jiu)工(gong)作。但一(yi)(yi)直到50年(nian)代(dai)(dai)中期才研(yan)(yan)制出2部實用(yong)型艦(jian)載相(xiang)控陣雷(lei)(lei)(lei)達。80年(nian)代(dai)(dai),相(xiang)控陣雷(lei)(lei)(lei)達由于具有很多獨特的(de)(de)(de)優點,得到了更進一(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)(de)應用(yong)。在已裝備和正在研(yan)(yan)制的(de)(de)(de)新一(yi)(yi)代(dai)(dai)中、遠程(cheng)防空(kong)導彈武(wu)器(qi)系統中多采用(yong)多功能相(xiang)控陣雷(lei)(lei)(lei)達,它已成為(wei)第三代(dai)(dai)中、遠程(cheng)防空(kong)導彈武(wu)器(qi)系統的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個重(zhong)要標志(zhi)。從而(er),大(da)大(da)提高了防空(kong)導彈武(wu)器(qi)系統的(de)(de)(de)作戰(zhan)性能。在21世紀,相(xiang)控陣雷(lei)(lei)(lei)達隨著(zhu)科技的(de)(de)(de)不斷發展和現代(dai)(dai)戰(zhan)爭兵(bing)器(qi)的(de)(de)(de)特點,其(qi)制造和研(yan)(yan)究(jiu)將(jiang)會更上一(yi)(yi)層樓。
最早用(yong)于搜(sou)索雷(lei)達的(de)電(dian)磁(ci)波波長(chang)度為23cm,這一波段(duan)被(bei)定(ding)義為L波段(duan)(英(ying)語Long的(de)字頭),后(hou)來這一波段(duan)的(de)中心波長(chang)度變為22cm。 當波長(chang)為10cm的(de)電(dian)磁(ci)波被(bei)使用(yong)后(hou),其波段(duan)被(bei)定(ding)義為S波段(duan)(英(ying)語Short的(de)字頭,意為比原(yuan)有(you)波長(chang)短的(de)電(dian)磁(ci)波)。
在主要使用3cm電磁(ci)波的火控雷達出現后,3cm波長的電磁(ci)波被(bei)稱為X波段,因為X代表坐標上的某點。
為(wei)了結合(he)X波(bo)段(duan)(duan)(duan)和(he)S波(bo)段(duan)(duan)(duan)的優點(dian),逐漸出現了使用中心(xin)波(bo)長為(wei)5cm的雷達,該波(bo)段(duan)(duan)(duan)被稱為(wei)C波(bo)段(duan)(duan)(duan)(C即(ji)Compromise,英語“結合(he)”一(yi)詞(ci)的字頭)。
在英國人(ren)之后,德(de)國人(ren)也開(kai)始獨立開(kai)發自己(ji)的(de)雷(lei)達(da),他們選擇1.5cm作為(wei)(wei)自己(ji)雷(lei)達(da)的(de)中心波長。這(zhe)一波長的(de)電磁(ci)波就被稱為(wei)(wei)K波段(K = Kurz,德(de)語中“短”的(de)字(zi)頭)。
“不幸”的(de)是,德國人以其日爾曼(man)民(min)族特有的(de)“精確性”選擇的(de)波(bo)(bo)(bo)長可以被水(shui)蒸氣(qi)強(qiang)烈吸收。結果這一波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)的(de)雷達(da)不能(neng)在雨中(zhong)和有霧的(de)天氣(qi)使用(yong)。戰后設(she)計的(de)雷達(da)為了(le)避免這一吸收峰,通常使用(yong)頻率略高于(yu)K波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)的(de)Ka波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)(Ka,即英語K-above的(de)縮寫(xie),意為在K波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)之(zhi)上(shang))和略低(Ku,即英語K-under的(de)縮寫(xie),意為在K波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)之(zhi)下)的(de)波(bo)(bo)(bo)段(duan)(duan)(duan)。
最后,由(you)于最早的雷達使用的是(shi)米波(bo),這一波(bo)段(duan)被稱為(wei)P波(bo)段(duan)(P為(wei)Previous的縮寫,即英語“以往(wang)”的字(zi)頭)。
該(gai)系(xi)統十分(fen)繁瑣、而且(qie)使(shi)用不(bu)便。終于被一個以實際(ji)波(bo)長劃分(fen)的波(bo)分(fen)波(bo)段系(xi)統取代,這(zhe)兩個系(xi)統的換(huan)算如(ru)下(xia)。
原 P波(bo)段(duan) = 現(xian) A/B波(bo)段(duan)
原 L波段(duan) = 現(xian) C/D 波段(duan)
原(yuan) S波段 = 現 E/F 波段
原 C波段 = 現 G/H 波段
原 X波段 = 現 I/J 波段
原 K波(bo)段 = 現 K 波(bo)段
雷達的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)是白(bai)天黑夜均(jun)能(neng)探(tan)(tan)測(ce)遠距離的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目標,且不(bu)受霧、云和雨(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻擋,具有(you)全天候、全天時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點(dian),并有(you)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穿透能(neng)力(li)。因此(ci),它(ta)不(bu)僅成(cheng)為軍事上必不(bu)可少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)裝備,而且廣泛應(ying)用于社(she)會經濟發展(如(ru)氣象預報、資源(yuan)探(tan)(tan)測(ce)、環(huan)境監測(ce)等(deng))和科學(xue)研究(jiu)(天體研究(jiu)、大氣物理、電離層結(jie)構研究(jiu)等(deng))。星載(zai)和機載(zai)合成(cheng)孔徑雷達已經成(cheng)為當今遙感(gan)中十(shi)分重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳感(gan)器。以(yi)地(di)面(mian)為目標的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雷達可以(yi)探(tan)(tan)測(ce)地(di)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)精確形(xing)狀。其空(kong)間分辨力(li)可達幾米到(dao)幾十(shi)米,且與距離無關。雷達在洪水監測(ce)、海冰(bing)監測(ce)、土壤濕度調查(cha)(cha)、森林(lin)資源(yuan)清查(cha)(cha)、地(di)質調查(cha)(cha)等(deng)方面(mian)也顯示出了很好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用潛力(li)。