軍用雷達的功能和分類

雷達是英文Radar的音譯,意為「無線電探測和測距」(Radio Detection and Ranging)。它是利用電磁波對障礙物(目標)的反射 特性來發現目標的一種電子設備,通常由收發天線、發射機、接收機和顯示幕組成。其工作原理是:首先由雷達發射機發射出一串短促脈衝式的電磁波(稱為人射波)照射目標(譬如一架正在飛行的飛機),並利用雷達接收機接收從目標反射回來的電磁波(稱為回波)。然後根據雷達發射電磁波和接收回波的時間差以及電磁波在空間的傳播速度,計算出雷達到目標的距離,而目標的方向則由雷達接收回波的天線指向角測出。由此即得到目標所在的空間位置,從而可對目標的距離、角度和速度進行跟蹤。因此,雷達能探測到的目標類型非常廣泛,包括飛機、艦艇、裝甲車輛、飛彈、衛星以及建築物、橋梁、鐵路、山川、雨雲等。而軍用雷達是專門為特定的軍事用途而設計製造的無線電探測和定位裝置。軍用雷達種類繁多,按其發射接收天線所在位置可分為單基地雷達、雙基地雷達和多基地雷達;按其發射波形分為連續波雷達、調頻連續波雷達和脈衝波雷達;按其裝載的平台可分為地基雷達、機載雷達、艦載雷達和星載雷達;按其使用的波長可分為短波雷達、米波雷達、分米波雷達、微波雷達和毫米波雷達;按其探測的目標類型和目的可分為預警雷達、截獲雷達、跟蹤雷達、制導雷達、尋的雷達、成像雷達和地形迴避雷達等;按其最大有效距離可分為視距雷達和超視距雷達。軍用雷達是獲取陸、海、空、天戰場全天候、全天時戰略和戰術情報的重要手段之一,是防天、防空、防海和防陸武器系統和指揮自動化系統的首要傳感器。它不但可以預警、截獲、跟蹤、識別、引導攔截空中、海面、地面和外空的各類飛行目標,而且具有依靠空中或外空平台對地大面積固定目標進行成像的能力。目前其分辨率及測量精度雖不及光學和紅外傳感器.但軍用雷達的全天候、全天時以及大空域高數據率的性能則是其他傳感器無法替代的,因而軍用雷達在軍事領域擔負著極其重要的角色,具有廣泛的應用前景。

警戒雷達

警戒雷達是在特定的空域內探測發現目標完成任務的雷達。它是指揮控制系統的前哨雷達,為指揮員提供最早的來襲目標的情報資訊。警戒雷達的首要戰術指標是警戒空域、警戒目標類型、最大和最小探測距離、數據更新率、處理目標容量、目標識別能力和抗摧毁能力。警戒雷達按其警戒區域可分為對空警戒雷達、對海警戒雷達、對外空警戒雷達(又稱外空早期預警雷達)。按其最大警戒距離可分為超遠程警戒雷達、遠程警戒雷達、中程警戒雷達、近程警戒雷達。按其提供的空間坐標數可分為兩坐標(距離、方位)警戒雷達和三坐標(距離、方位、高度)警戒雷達。警戒雷達一詞是早期雷達技術尚未成熟,雷達功能單一,對目標的警戒、截獲、跟蹤、目標識別、制導等功能分別由不同的雷達完成時所採用的。近代多功能相控陣雷達的出現,警戒、跟蹤、目標識別、制導等多種功能已在1部或2部雷達中完成,因此警戒雷達已很少單獨存在。

引導雷達

引導雷達是一種用來引導我機進入目標區域去截擊敵機的雷達。它可以比較準確地測定敵機的高度、方位和距離等資訊,把測得的數據及時報知我機,以便順利地找到敵機進行截擊。其特點是既要有一定的作用距離和發現概率,還要有較高的定位精度和數據率,以保證有較寬的引導空域和實時的準確引導。它一般有三坐標雷達(如V形波束雷達、多波束3D雷達、頻率或相位掃描3D雷達等)擔任,也可由二坐標雷達和測高雷達共同組成的配高制3D雷達系統擔任,機載預警與控制系統(AWACS)也能很好地完成引導任務。

有源相控陣雷達

有源相控陣雷達是採用有源相控陣天線的相控陣雷達,也是一種電掃描雷達。有源相控陣雷達天線中每一個天線單元或子陣上均有一個T/R組件,這使有源相控陣雷達具有一些顯著特點和優點:可獲得足夠大的天線陣面輻射功率;可降低相控陣天線中饋線網路即信號功率分配/相加網路的功率損耗;由於饋線損耗降低,與無源相控陣雷達(指集中饋電的相控陣雷達)相比,降低了對發射機總輸出功率及發射初級電源容量的要求,降低了饋線系統承受高功率的要求;接收繫統易於獲得更大的範圍。有源相控陣雷達的上述特點適合於觀測遠距離高速飛行目標。美國在20世紀70年代建成的用於空間監視和彈道飛彈預警的 AN/FPS—115(「鋪路爪」)就是有源相控陣雷達,共有1792個固態發射/接收組件,為整個天線陣面提供600千瓦峰值功率和150千瓦平均功率。80年代以來,固態有源相控陣天線已開始廣泛應用於各種戰術雷達。隨著固態發射/接收組件成本的降低,有源相控陣雷達將成為相控陣雷達發展中的主流。

稀佈陣綜合脈衝孔徑雷達

稀佈陣綜合脈衝孔徑雷達是一種採用正交編碼全向發射,接收用匹配濾波處理獲得發射和接收天線陣方向圖的雷達。採用大孔徑天線陣列係數佈陣,各發射陣元為全向天線,輻射一組相互正交的寬脈衝信號,在空間形成無方向性的均勻照射;各接收單元也是全向天線,各路接收通道對不同方向、距離的回波信號進行匹配濾波處理,使各發射單元的回波信號同相疊加,等效獲得發射陣的方向圖,經匹配濾波處理後同時可得到窄脈衝,再採用數字波束形成的方法獲得接收陣的方向圖。這是一種發射和接收陣均為計算機波束形成的雷達,具有低截獲概率(LPI)特性。應用於米波段,具有米波雷達在反隱身和抗輻射飛彈方面的優勢,可利用大孔徑獲得與微波雷達相當的角分辨率,並可採用自適應波束形成提高抗有源干擾的能力,這種雷達因採用長時間相干積累而具有精細的速度分辨能力,因而是一種四坐標(距離、方位、仰角和速度)新型米波雷達。

超視距雷達

超視距雷達為不受地球曲率的影響探測以雷達站為基準的水準視線高度以下目標的雷達,狹義而言是指雷達發射和接收的電磁波以凹曲向下的路徑,非直線傳播的地面雷達,因此可探測到在距雷達R處,距海平面高度h小於R2/D的目標,D為符合直線傳播電磁波情況的等效地球直徑,約為16800千米。通常超視距雷達所指的是工作于短波波段,或稱高頻(HF)波段的地波超視距雷達以及雷達輻射和接收的電磁波經過電離層折射路徑傳播的天波超視距雷達。利用海面上水蒸氣密度隨高度升高而減小,造成折射指數在垂直方向的變化而形成的「大氣波導」,使微波波段電磁波能在有限高度沿地球表面曲率傳播而工作的微波雷達,有時也稱為微波超視距雷達。但由於「大氣波導」現象不能全部時間穩定存在,且只適用於探測距海面高度很低的目標,故一般只稱為超折射探測。在陸上,由於晝夜地面與空氣中溫度變化的影響,靠近地面上空的空氣,也會在垂直方向造成折射探測現象。廣義而言,在升空平台(如預警機、直升機、系留氣球)上面的雷達,雖輻射和接收的電磁波是按直線傳播的,但其作用也屬於超視距雷達範疇,視其完成的不同任務,常稱為超視距探測儀或超視距目標指示儀。

脈衝多普勒雷達

脈衝多普勒雷達是工作在脈衝波形下的一種多普勒雷達,其工作原理是對脈衝列信號進行頻譜分析,並對其單根譜線進行濾波,以測得目標的徑向速度和距離。與一般時域監測的脈衝體制雷達不同之處是脈衝多普勒雷達是頻域檢測,對回波脈衝列進行頻譜分析,利用運動目標的回波信號具有多普勒頻移的特點,將其與固定目標區別開來,所以能在十分強的地雜波、海雜波背景中檢測出微弱的運動目標信號。因此脈衝多普勒雷達從體制上根本解決了雜波抑制問題,這使得諸如機載雷達能夠下視等成為可能。脈衝多普勒雷達的優點十分突出,但信號處理設備很複雜,隨著數字技術的發展,使信號處理設備得以實現。脈衝多普勒雷達應用十分廣泛,如機載火控雷達、機載預警雷達、低空防禦雷達、艦載雷達、戰場偵察雷達、火炮定位雷達、氣象雷達、飛彈導引頭等。

合成孔徑雷達

合成孔徑雷達是置於運動平台(如飛機、衛星)上,在飛行過程中順序地發射和接收信號,形成合成孔徑的雷達。用合成孔徑提高橫向距離分辨率可以從多個方面加以解釋,最常用的是多普勒分辨、探測地面上橫向相鄰的兩個點目標,由於雷達運動,其多普勒頻率有微小差別,因而通過較長時間相干處理(等效加長合成孔徑)就可以提高橫向距離分辨率,而將兩個點目標區分開。合成孔徑雷達滿足二維成像要求,採用寬頻脈衝壓實現距離分辨。合成孔徑雷達成像具有全天候、全天時和易於遠距離工作的特點。一般合成孔徑雷達使用條帶測繪(側視)模式,具有覆蓋大面積區域的成像能力。在特殊情況下使用聚束式合成孔徑雷達可使相對較小的區域具有較高的分辨地形數據,得到高度數據,實現三維成像。

無源雷達

無源雷達又稱被動雷達。雷達本身不發射信號,而是利用目標發射的信號、目標自身的輻射或目標對其他輻射源的散射能量來完成目標檢測、分選和坐標參數估計的設備。無源雷達能夠對目標進行定位、跟蹤,並以一定的數據率顯示目標點跡、航跡和目標特徵,向其他系統提供目標位置和其他資訊。由於缺乏有關輻射時間的資訊,對輻射源距離估值要從不少於兩個站點的數據來確定,因此無源雷達一般由兩個以上的同時接收輻射信號的站點組成。無源雷達常見的體制主要有多站時差定位和測向交叉定位,多用於目標輻射信號的實時定位跟蹤。其主要優點是隱蔽工作、生存能力強、可靠性高,缺點是系統性能對目標信號的依賴性強、精度及分辨率較差、多目標時分選困難等。現代探測系統將採用有源雷達和無源雷達互補協同工作,組建綜合探測系統。