雷达的应用
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雷达的发展
雷达信号分类
连续波
脉冲信号
发展
| 缩写 | 中文名 | 原理 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| PC | 脉冲压缩 | 发射宽脉冲信号并通过匹配滤波压缩，提高距离分辨率 | 军用雷达、汽车毫米波雷达 |
| SAR | 合成孔径雷达 | 利用雷达平台运动合成虚拟大孔径，实现二维高分辨率成像 | 卫星遥感、地形测绘 |
| ISAR | 逆合成孔径雷达 | 利用目标自身运动产生的多普勒信息进行高分辨率成像 | 飞机/舰船目标识别 |
| PD | 脉冲多普勒 | 采用高脉冲重复频率序列和多普勒滤波，实现运动目标检测与精确测速 | 机载火控雷达、气象雷达 |
模拟 --> 数字
电子战示意图
天线
核心性能参数
要理解天线，首先需要了解衡量其性能的关键指标：
方向性：天线将能量集中在一个或多个特定方向上发射的能力。方向性越强，能量越集中，探测距离越远。
增益：与一个理想化的“全向天线”相比，天线在最大辐射方向上实际辐射功率的放大倍数。通常用分贝表示。增益越高，说明能量汇聚得越好。高增益通常意味着窄波束。
波束宽度：天线主波束的宽度，通常指在最大辐射方向两侧，功率下降至一半（-3dB）处的夹角。波束越窄，角分辨率越高，能更精确地测定目标方位。
旁瓣电平：主波束周围那些不希望出现的次要波束称为“旁瓣”。旁瓣电平过高，会接收来自非主方向的干扰和杂波（如地面、云雨的回波），影响雷达性能。
极化方式：电磁波中电场矢量的振动方向。
线极化：水平极化、垂直极化。常用于天气雷达（雨滴对不同极化波反射特性不同）和船舶导航雷达。
圆极化：左旋/右旋圆极化。常用于抑制雨滴等球形粒子的干扰（干扰信号极化方向会反转，容易被滤波器剔除）。
带宽：天线能有效工作的频率范围。现代雷达常需要在不同频率上跳变以抗干扰，因此需要宽带天线。
常见雷达天线类型
- 机械扫描天线
通过物理转动天线来改变波束指向。这是最传统、最常见的形式。
抛物面天线：由一个旋转的抛物面反射器和位于其焦点上的馈源（喇叭天线）组成。馈源发出的球面波经抛物面反射后，变成定向的平面波束射出。接收时过程相反。机械转动惯性大，扫描速度慢，无法快速跟踪多目标。增益非常高，通常范围在 30 dBi 到 45 dBi 以上。可支持线极化和圆极化。
卡塞格伦天线：是抛物面天线的改进型，采用双反射面（主反射面为抛物面，副反射面为双曲面），可将馈源从焦点移至抛物面顶点后方，方便安装大型馈电设备，减小馈线损耗，效率更高。广泛应用于卫星通信和大型测控雷达。增益非常高（30 - 50 dBi）。可支持线极化和圆极化。
隙缝波导天线：一个长方形的平板，表面有很多平行的、像缝隙一样的刻痕。这些缝隙的间距和角度是精确计算的。背后是一个密封的波导管。整体非常坚固，风阻小。增益通常范围在 20 dBi 到 35 dBi。缝隙的方向决定了极化方式。线性极化（水平或垂直）是最常见的。
- 电子扫描天线
无需机械转动，通过电控方式快速改变波束指向。这是现代先进雷达的主流。
相控阵天线：由大量（几百到几千甚至数万）个小型天线单元（如微带贴片、偶极子）排列成规则的平面或曲面阵列。每个单元后面连接一个移相器。通过计算机控制每个移相器的相位，使所有单元发射的电磁波在特定方向上同相叠加（建设性干涉），形成强的主波束；在其他方向上则不同相叠加（破坏性干涉）。通过高速改变移相器设置，波束可以在微秒量级内实现无惯性的捷变扫描。
无源电子扫描阵列：只有一个中央发射机和接收机。阵列单元只有移相器，没有独立的发射/接收组件。信号经过移相后通过复杂的馈网络分配到各个单元。增益通常在 30 dBi 到 60 dBi 的量级。
有源电子扫描阵列：每个（或一组）天线单元后面都直接连接着一个完整的微型收发组件，包括功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器等。这是相控阵技术的顶峰。范围从 30 dBi 到 60+ dBi 甚至更高。具备最极化的灵活性。不仅可以实现双极化，还可以通过软件控制实时改变极化方式，自适应环境，抗干扰能力极强。
天线与雷达分辨率的关系
方位分辨率：取决于水平波束宽度。波束越窄，能区分角度上越靠近的两个目标。
公式近似为：方位分辨率 ≈ 距离 × 水平波束宽度（弧度）
距离分辨率：取决于发射信号的带宽（脉宽或编码），与天线本身关系不大。
仰角分辨率：取决于垂直波束宽度，原理同方位分辨率。
为了获得精细的方位分辨率，就必须使用大口径天线来产生极窄的波束。这就是为什么预警雷达的天线尺寸通常非常巨大。