雷达

雷达（RADAR），是英文“Radio Detection and Ranging”（无线电侦测和定距）的缩写及音译。将电磁能量以定向方式发射至空间之中，借由接收空间内存在物体所反射之电波，可以计算出该物体之方向，高度及速度，并且可以探测物体的形状。雷达的出现，始于二战前。虽然美、法等国亦注意到“以无线电探测目标的可能”，这在当时的学术界并不是秘密，但真正开始研制实用设备的是英、德2国。因北大西洋时常恶劣的天气，英、德在两战间开发雷达的本意是在夜间或雾天协助钢铁货轮航行；而欲实现以无线电探测目标，需要大功率的发射源，这在当时是物理界的前沿技术；后发展出磁控管等一系列至今仍属高端技术的产品，历史证明各国均为此投入了大量资金和专业人员。因此英、德早期的研究人员均不约而同地找到政府申请投资，而政府又要求项目具有军事价值作为回报，从而在相互不知情的情况下，两国的雷达项目均成为了机密的军事项目。两国雷达的最大不同在选择的频段，英国选择了高频频段（High frequency/HF），频率 3MHz-30MHz。因为这是英国当时技术能够得到的可靠的大功率发射器件的最高频率。由于波长太长，后来战时在英吉利海峡树立的天线极为庞大不可移动，对小物体的检测性能不好，战时实际用来探测德军机群而非单机；但是可以超视距工作，探测到因地球曲率处于地平线以下的机群或军舰。德国选择了K频段（德文Kurz，意思是短），频率12.5GHz-40GHz。功率密度更高，雷达体积较小拆解后可移动部署，后来战时更率先发展出机载版本用于Bf 110G-4夜间战斗机上，可探测到单机，英国只有木结构的蚊式易躲过侦测；但德国雷达的频率过于接近22.24GHz即水蒸气的谐振波长，存在大气衰减因素，其作用距离比较短，且易受雨雪天气影响。二战期间列强的研究使得雷达技术得以快速的发展，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。目前，雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了雷达、红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。早期的雷达天线是固定的、无方向的阵列，只有距离信息。天线在一定的时间间隔内发射射频脉冲，将接收到的回波放大，并在示波器的CRT上显示（即常称的A显示），产生一个与目标位置对应的水平线，供雷达操作员识别目标的大致距离。但由于当时所用的射频电波频率较低，为了有效地发射和接收射频信号，雷达系统需要一个很大的天线，这种天线不能迁移或者改变方向，而且只能探测到大目标，且距离信息的精度也很低。到二战结束时，雷达系统中那些现在熟悉的特征—微波频率、抛物面天线和平面位置指示器（英语：Plan position indicator）显示，已建立起来。当代雷达的主要特点：圆锥扫描雷达、单脉冲雷达、无源相控阵雷达、有源相控阵雷达、脉冲压缩雷达、频率捷变雷达、MTI雷达、MTD雷达、PD雷达、合成孔径雷达、噪声雷达、冲击雷达、双/多基地雷达、天/地波超视距雷达等。米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达、激光/红外雷达......两坐标雷达、三座标雷达、测速雷达、测高雷达、制导雷达等。影响雷达探测距离的雷达方程其基本的公式是其中其中 P t G t 4 π r 2 {displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}} 为雷达波的功率密度（每瓦特米的平方）由雷达发射机产生。因电磁波的功率密度和距离平方成反比递减，而这个发射出去的雷达波功率密度在照射到目体表面后的雷达反射截面RCS为符号 σ {displaystyle sigma } （米的平方）表示，被其目标表面雷达截面积反射其中一部分。因此这两项相乘的乘积就是到达目标后开始反射的雷达功率密度 P t G t 4 π r 2 σ {displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma } 而雷达波在次按照原路径从目标反射回来功率密度又一次乘平方反比递减 1 4 π r 2 {displaystyle {{1} over {4pi r^{2}}}} ，因此最后返回雷达接收天线的功率密度只剩下 P t G t 4 π r 2 σ 1 4 π r 2 {displaystyle {{P_{t}G_{t}} over {4pi r^{2}}}sigma {{1} over {4pi r^{2}}}} ，而这个值最后还要在乘上雷达天线的有效接收面积 A e f f {displaystyle A_{eff}} 。最后才是雷达接受到的功率。因此雷达的探测距离和目标的“雷达反射截面RCS、雷达功率、天线增益、天线接收面积这四项参数的大小的乘积的四次方根成正比。而雷达的RCS取决于目标物体的几何横截面积大小、反射率、和方向性。