雷達導論PART I.1 基本概念 2020-1-18

雷達導論專欄總目錄連結：

https://blog.csdn.net/lightninghenry/article/details/111316938

大家好！上一期講到本系列的文章将以《機載雷達導論》（第三版）帶領大家入門雷達領域，上一期引言主要對這本教程的主體層次結構進行了解讀和翻譯，不知道大家有沒有找到第二版中文的書籍或第三版的英文原本。話不多說，正式開始。

首先我們看一下第一篇，第一篇共50頁内容，分為3章，如下圖所示，分别是基本概念、實作方法、典型應用。

本期内容介紹第一章—基本概念，先看下第一章的層次結構，如下圖所示。

1.    基本概念

1.1  回波

1.2  無線電探測

1.3  測定目标位置

       1.3.1       測量距離

       1.3.2       測量方位

       1.3.3       自動跟蹤

1.4  多普勒效應

1.5  成像

       1.5.1  SAR（合成孔徑雷達）成像

1.6  總結

這幾個二級标題很有意思，大家都知道漢語的“雷達”這個詞是音譯詞，由英語的RADAR翻譯過來，然而RADAR這個單詞也是20世紀新造的，它其實是4個單詞的縮寫，即radio detection and ranging。1.2節和1.3節的名稱合起來其實就是解釋了RADAR的含義。大家注意range用了ing的形式，這裡range是個動詞，大家要廣義上來了解它，不能僅僅了解為是測距，它其實涵蓋了1.3節的所有内容。世界上有很多公司和研究所都用radio（無線電） xxx來取名字，現在再看到這個詞的時候你就應當明白這家公司/研究所是搞雷達的，而不是做收音機的。1.2到1.4節建議好好讀一遍，這裡面已經講明了雷達最最基本的原理，并且解釋了幾個專業詞彙。

在第一章末，作者給出了擴充閱讀的文獻，我貼在這裡。作者不僅給出了技術背景類的文獻，還給出了曆史背景類的文獻，值得國内的作者學習。

讀完第一章，作者提了幾個問題，這幾個問題包括上面的擴充閱讀都是第三版新增的，問題如下：

每章的問題原書作者隻為計算題給出了答案，例如隻有上圖中第3題的答案，并且沒有詳細的計算過程，其他問題均沒有給出答案。是以這裡我為這些問題一一作答。

1. 構成雷達系統的五大要素是什麼？

答：如下圖所示。分别是發射機、接收機、發射天線、接收天線、顯示器。

2. PRF和PRI的含義是什麼，它們之間有什麼關系？

答：PRF—pulse repetition frequency，脈沖重複頻率；

PRI—pulse repetition interval，脈沖重複間隔，下圖中的T就是PRI。

PRF=1/PRI。

3. 設雷達探測到一個目标的往返時間為666微秒，求目标距離雷達有多遠？（c為光速）

答：目标距離

4. 什麼情況下使用邊掃描邊跟蹤模式，什麼情況下使用單目标跟蹤模式？

答：1）需要持續對多個目标進行持續跟蹤時，使用邊掃描邊跟蹤模式，如圖1-16所示，就是邊掃描邊跟蹤模式的一種典型應用情況，機載雷達的波束從左到右周期重複的掃，前方有多個目标，需要連續快速發射多枚飛彈，這時候就要使用邊掃描邊跟蹤模式。

2）需要精确預測目标的航向，得到目标的航迹時，使用單目标跟蹤模式。下圖中飛機正在進行空中加油，飛機要飛到加油機旁邊的時候就要對加油機開啟單目标跟蹤模式。另外飛彈在末制導階段，為了精确制導，其彈載雷達也是單目标跟蹤模式。

另外，現代雷達大部分都是電掃雷達，很靈活，一部雷達既可以使用邊掃描邊跟蹤模式，也可以使用單目标跟蹤模式。舊式的機掃雷達則很難做到這一點。

5. 列舉3種可以用于提高跟蹤雷達系統角精度的技術。

答：1）圓錐掃描。天線波束中心軸圍繞定向軸（瞄準線）做小範圍的圓錐掃描，如果目标在瞄準線上則誤差為0，如果目标偏離瞄準線，則回波的幅度将成起伏變化，形成幅度調制，回波幅度最小值的點即為誤差方向，驅動天線波束往這個方向移動即可實作較高精度的跟蹤。這種技術目前隻有很老的雷達才用了。

2）比幅單脈沖

3）比相單脈沖

上圖為比相單脈沖的基本原理，後面的章節還會有詳細介紹，這裡就不展開說了。這3種技術都是很經典的方法，後兩種技術目前還有很多雷達在用，當然還有幾種先進的技術，後面再說。

6. 多普勒頻率（或徑向速度）是如何被雷達系統測量的？

答：首先明确一點，雷達波的傳播速度是光速，而目标與雷達的相對速度遠小于光速，是以多普勒頻移動非常小，僅僅表現為回波中脈沖間的相位移動。多普勒頻率就是通過測量脈沖間的相位變化間接地測量出來的。具體的方法後面的章節會有詳細的介紹。

7. 在雷達成像的過程中，可以用于産生高橫向分辨率的技術是什麼？

答：首先，縱向分辨率主要由脈寬決定，橫向分辨率由主要波束寬度決定。通過脈沖壓縮等技術可以提高縱向分辨率。通過提供雷達的工作頻率或加大天線有效口徑可以改進橫向分辨率。

然而工作頻率越大，雷達波在空氣中傳播的衰減越大，口徑也受雷達的載體和成本所限制。是以實際中行之有效的方法是使用SAR（synthetic aperture radar，合成孔徑雷達），從名稱就可以看出，其實是變相地加大了天線的有效口徑。下圖是聚束SAR的原理圖，SAR會在後面有專門一篇來介紹。

       本次的主要更新内容就到這裡了，附一張聚束SAR成出的圖像（圖1-31），相信沒見過的朋友一定好奇雷達成出的像是什麼樣的。

英國巨石陣

下圖是谷歌地球上找到衛星圖（光學圖），大家可以對照着看看。