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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯) 第 4 頁(yè)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
羅睿楨
指導(dǎo)教師
王飛
2012年 03 月 10 日
雷達(dá)概述
雷達(dá)是利用無(wú)線電波來測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備。英文radar原是“無(wú)線電探測(cè)與定位”的英文縮寫，其基本任務(wù)是探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成。那么，雷達(dá)具體是怎么工作的呢，下面來做簡(jiǎn)單地介紹。
雷達(dá)是通過比較發(fā)射信號(hào)和目標(biāo)產(chǎn)生的反射信號(hào)來獲取信息的。反射信號(hào)只能說明目標(biāo)的存在，但僅僅知道這些是不夠的，有時(shí)候還必須了解更多關(guān)于目標(biāo)的信息。所以就要求雷達(dá)不僅能夠提供目標(biāo)的位置，還應(yīng)該反映出更對(duì)的關(guān)于目標(biāo)的信息。如目標(biāo)物體的樣式、方向、速度等。
測(cè)量距離或范圍也是雷達(dá)的一個(gè)重要功能。雷達(dá)主要是通過測(cè)定發(fā)射的信號(hào)和接收到的反射波的時(shí)間延遲來進(jìn)行距離或是范圍的測(cè)量。到目前為止，還沒有其它的任何一種傳感器能夠像雷達(dá)一樣測(cè)定到遠(yuǎn)距離目標(biāo)的動(dòng)態(tài)范圍。一些專用的特殊雷達(dá)能夠精確的測(cè)定千米以外的目標(biāo)范圍，其精確度可達(dá)厘米。小到交通測(cè)速大到測(cè)量臨近星球的距離都可以用雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)，雷達(dá)的應(yīng)用廣泛由此可見一斑。
幾乎所有雷達(dá)都帶有定向天線。定向天線不僅為微弱信號(hào)提供傳遞增益和必要的接收孔徑，而且它的窄波束寬度能夠確定目標(biāo)的方位。一個(gè)典型的雷達(dá)波束寬度一般為1~2度。波束寬度還決定了角坐標(biāo)分辨率，但后者具有更高的準(zhǔn)確度。對(duì)一個(gè)典型的雷達(dá)來說，出現(xiàn)波束分裂是很正常的。一些雷達(dá)還能更精準(zhǔn)的檢測(cè)角坐標(biāo)的準(zhǔn)確度，最好的追蹤雷達(dá)甚至可能達(dá)到0.1毫拉德的均平方根誤差。
由于多普勒效應(yīng)，雷達(dá)所發(fā)射的波束從一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)反射所產(chǎn)生的回波會(huì)產(chǎn)生電子頻移——多普勒效應(yīng)用于測(cè)定相對(duì)速度。相對(duì)速度還可以通過變動(dòng)率的范圍來確定。追蹤雷達(dá)通常就是用這種方法來確定目標(biāo)的相對(duì)速度，而不是多普勒頻移。但是，用來監(jiān)測(cè)和追蹤地球以外的目標(biāo)，例如衛(wèi)星和飛船的雷達(dá)通常直接利用多普勒頻移來測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)速度，但是這一方法很少被用于飛行器的監(jiān)視雷達(dá)。在飛行器監(jiān)視雷達(dá)中，多普勒頻移被用于區(qū)分所需的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和不需要的固定雜波回波，如活動(dòng)目標(biāo)指示雷達(dá)。
如果雷達(dá)可以從多個(gè)方位對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，就可以確定它的形狀?？臻g物體識(shí)別雷達(dá)就是能夠提取目標(biāo)形狀信息的例子。另外一個(gè)例子就是能夠描繪地形的合成孔徑雷達(dá)。能夠確定目標(biāo)形狀的雷達(dá)有時(shí)也稱成像雷達(dá)。
通過確定距離分辨力和角分辨力可以得到目標(biāo)大小和形狀。好的距離分辨率通常比同等的角分辨率更容易獲得。在一些雷達(dá)應(yīng)用中，如果監(jiān)測(cè)分散式或是與雷達(dá)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，可以用多普勒頻率分辨率代替角分辨率。這是因?yàn)橐恍〔糠值姆稚⒛繕?biāo)有不同的相對(duì)速度，所以測(cè)得的分辨率是不可用的。這一原理被用于合成孔徑雷達(dá)地面測(cè)繪，逆SAR地面成像，空間物體識(shí)別，星體成像和根據(jù)入射角測(cè)量地表和海洋回波散射。
目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)是一種專用監(jiān)視雷達(dá)，通常與控射雷達(dá)緊密相連。這種雷達(dá)主要用于監(jiān)控一個(gè)相當(dāng)有限的掃描區(qū)域并且為射控雷達(dá)或者武器本身提供打擊目標(biāo)的指定數(shù)據(jù)。
目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)既可以單獨(dú)使用，又可以多功能雷達(dá)的模式使用。這兩種方法都有人使用，就目前來說更趨向于多功能雷達(dá)，即雷達(dá)同時(shí)執(zhí)行目標(biāo)探測(cè)，武器引導(dǎo)和控制的功能（如愛國(guó)者相控陣?yán)走_(dá)）。
測(cè)高雷達(dá)具是一種經(jīng)典的多功能雷達(dá)，目前仍被應(yīng)用于許多空中防御系統(tǒng)。這種雷達(dá)的功能是通過二維監(jiān)視雷達(dá)提供選中目標(biāo)的高度基準(zhǔn)。測(cè)高雷達(dá)一般工作在C頻和D頻波段，并且提供一定程度的與二維監(jiān)視雷達(dá)相一致的ECCM頻率分隔，通常工作在L波段和較低頻率。
典型的測(cè)高雷達(dá)(FPS-6) CAN可在四秒內(nèi)旋轉(zhuǎn)至方位角內(nèi)的任一位置。然后雷達(dá)在高程點(diǎn)以每分鐘二十到三十赫茲的頻率擺動(dòng)。方位波束寬度近似于三度，從而確立了二維監(jiān)控雷達(dá)的越區(qū)轉(zhuǎn)接精確度。使用兩個(gè)測(cè)高雷達(dá)的空中防御系統(tǒng)以平均每分鐘四十的頻率擺動(dòng)。峰點(diǎn)是通過測(cè)量目標(biāo)仰角和范圍，再根據(jù)三角形關(guān)系確定的。高度精確度是范圍的函數(shù)，并且是以目標(biāo)區(qū)間范圍內(nèi)每公里一到兩米為標(biāo)準(zhǔn)的。
在當(dāng)今的空中防御系統(tǒng)中，由于目標(biāo)密度過于密集因此需使用三維監(jiān)視雷達(dá)?，F(xiàn)代的三維監(jiān)視雷達(dá)可在五到十秒內(nèi)提供在它監(jiān)視范圍內(nèi)的每一個(gè)目標(biāo)的高度信息。三D雷達(dá)的使用同時(shí)也推動(dòng)了平衡雷達(dá)頻率（通常在S波段）的使用。
應(yīng)用于Hawk地空導(dǎo)彈系統(tǒng)的連續(xù)波搜索雷達(dá)也是目標(biāo)探測(cè)雷達(dá)的一種。這種雷達(dá)用于搜索探測(cè)視野（零到四度高程范圍）內(nèi)的低空飛行器和導(dǎo)彈，但是在帶有活動(dòng)目標(biāo)指示器的傳統(tǒng)脈沖雷達(dá)中通常被地面雜波屏蔽。
高效率發(fā)射機(jī)（X波段）用于使雷達(dá)多路徑的影響最小，這種多路徑會(huì)在低高度（ht<λR4ifa）產(chǎn)生破壞性干擾。窄頻帶多普勒濾波器儲(chǔ)庫(kù)從雜波中提取目標(biāo)信息并且允許檢測(cè)射線的速率。頻率調(diào)制對(duì)具有足夠準(zhǔn)確度的測(cè)量目標(biāo)范圍的傳送波形有影響以便選擇指定的目標(biāo)跟蹤雷達(dá)。
順時(shí)針方向行波的射頻應(yīng)用使得探測(cè)深嵌在地面雜亂回波中的目標(biāo)成為可能。此外，這套系統(tǒng)也使得子過程雜波在100~200dB的范圍內(nèi)是可見的。發(fā)射器滲漏是可能引起雷達(dá)性能降低，可以使用獨(dú)立的接收和發(fā)射天線來減少滲漏。除此以外，空間碰撞技術(shù)，即把發(fā)射器載體的一個(gè)異相樣品增添至接收器也可用來消除輻射滲漏。
雷達(dá)是利用無(wú)線電波來測(cè)定物體位置的無(wú)線電設(shè)備。是“無(wú)線電探測(cè)與定位”的英文縮寫，其基本任務(wù)是探測(cè)感興趣的目標(biāo)，測(cè)定有關(guān)目標(biāo)的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號(hào)處理機(jī)）和顯示器等部分組成。
雷達(dá)工作時(shí)是通過發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號(hào)。由于在傳播過程中電磁波會(huì)隨著傳播距離而衰減，雷達(dá)回波信號(hào)非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。
目前這種雷達(dá)所面臨的挑戰(zhàn)主要是具有敏銳洞察力的高速低空飛行的飛行器以及大量的低空飛行巡航導(dǎo)彈，運(yùn)用彈出式和超低空飛行策略的直升機(jī)，在雷達(dá)視野內(nèi)出現(xiàn)時(shí)間極短?？s短了雷達(dá)執(zhí)行功能的可用時(shí)間尺度，哪怕幾分之一秒都是重要的?？紤]到它不僅能夠探測(cè)目標(biāo)，并且能在重電場(chǎng)和多目標(biāo)環(huán)境中識(shí)別目標(biāo)并產(chǎn)生一個(gè)軌道矢量，Hawk CWAR 面對(duì)這種威脅時(shí)掃描整個(gè)檢測(cè)范圍至少需要三秒的時(shí)間。
雷達(dá)天線是自由空間傳播和導(dǎo)行波（傳輸線）傳播之間的換能器。其功能是在雷達(dá)發(fā)射過程中將輻射的能量集中成一字形能量束照亮目標(biāo)所在的方向，從而可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。接收回波時(shí)天線收集目標(biāo)所反射的波束中所含的能量，并傳送到接收器。因此，雷達(dá)天線在雷達(dá)工作過程中擔(dān)任著發(fā)射和接收波束的任務(wù)。在這種工作模式下，其主要目的是精確地確定目標(biāo)的角方向。因此，高度精確的指令（窄）波束寬度是非常有必要的，它能夠獲得精準(zhǔn)的測(cè)角精度。雷達(dá)天線的性能指標(biāo)不僅僅是表現(xiàn)在波束的寬度，也和發(fā)射增益和有效接收孔徑有關(guān)聯(lián)，后兩個(gè)參數(shù)彼此之間成正比關(guān)系，檢測(cè)范圍和測(cè)角精度也存在直接的關(guān)系。
上述雷達(dá)天線的是集發(fā)射和接收功能于一體的，這種天線廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)。但也一些非民用的雷達(dá)使用的是兩個(gè)功能獨(dú)立的天線，也就是所謂的收發(fā)分屬的雷達(dá)，這種雷達(dá)擁有兩個(gè)相互獨(dú)立的發(fā)射和接收的天線。
雷達(dá)天線按照作用原理不同可分為兩大類，光學(xué)天線和相控陣天線。光學(xué)天線即是基于光學(xué)原理的天線，包括兩個(gè)分組：反射面天線和透鏡天線。到目前為止反射面天線仍然被廣泛用于雷達(dá)系統(tǒng)，而透鏡天線，雖然仍在一些通信和電子戰(zhàn)（EW）中使用，但已經(jīng)不再用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)；