雷达是一种神奇的电学器具,它由电磁波往返时间,测得阻波物的距离。假如你问雷达是谁发明的?在芬克的雷达机械中说,“雷达的发明,不能专归于某一位科学家,乃是许多无线电学工程师努力研究,加以调准而成。”在战时,美国麻省理工学院由五百位科学家和工程师致力于雷达的研究。希奇得很,在自然界中,你找得到神为某种动物所豫备的雷达。在一九四七年一月号的英国奋勉杂志上,科学家B. Vesey-Fitzgerald 发表了一篇很有趣的文本,给我们解释蝙蝠在黑暗中如何指导自己飞行,不论如何黑暗,如何狭窄的地方,绝不碰壁,这是什么原因?它怎样知道前面有无障碍呢?关于这事有两位美国生物学家格利芬和迦朗包在一九四○年已经证明,蝙蝠能够避免碰撞,是藉一种天然雷达,不过是声波代替电磁波,在原理方面完全相仿。从蝙蝠口中发出一种频率极高的声波,超过人类听觉范围以外,二位科学家藉着一种特制的电力设备,在蝙蝠飞行时,将它所发的高频率声波记录出来。这种声波碰到墙上,必然折回,它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近,而向适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像雷达一样,都是相距极短的时间而且极有规则,并且每只蝙蝠,有其固有的频率,这样蝙蝠可分清自己的声音,不至发生扰乱。因这缘故,蝙蝠飞行之时,常是张口,假如你将它口紧闭,它便失去指挥作用,假如堵上它的耳朵,便要撞到墙上,无法飞行。这个有趣的实验,道破了它的秘密。
会飞的“活雷达”
蝙蝠善于在空中飞行,能作圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。白犬,隐藏在岩穴、
树洞或屋檐的空隙里;黄昏和夜间,飞翔空中,捕食蚊、蝇、蛾等昆虫。蝙蝠捕食大量的害虫,对人有益,理应得
到保护。
到了夏季,雌蝙蝠生出一只发育相当完全的幼体。初生的幼体长满了绒毛,用爪牢固地挂在母体的胸部吸乳,
在母体飞行的时候也不会掉下来。
蝙蝠有用于飞翔的两翼,翼的结构和鸟翼不相同,是由联系在前肢、后肢和尾之间的皮膜构成的。前肢的第二、
三、四、五指特别长,适于支持皮膜;diyi指很小,长在皮膜外,指端有钩爪。后肢短小,足伸出皮膜外,有五趾,
趾端有钩爪。休息时,常用足爪把身体倒挂在洞穴里或屋檐下。在树上或地上爬行时,依靠diyi指和足抓住粗糙物
体前进。蝙蝠的骨很轻,胸骨上也有与鸟的龙骨突相似的突起,上面长着牵动两翼活动的肌肉。
蝙蝠的口很宽阔,口内有细小而尖锐的牙齿,适于捕食飞虫。它的视力很弱,但是听觉和触觉却很灵敏。一些
实验证明,蝙蝠主要靠听觉来发现昆虫。蝙蝠在飞行的时候,喉内能够产生超声波,超声波通过口腔发射出来。当
超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时,蝙蝠能够用耳朵接受,并能判断探测目标是昆虫还是障碍物,以及距离它
有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式,叫做“回声定位”。蝙蝠在寻食、定向和飞行时发出的信号是由
类似语言音素的超声波音素组成。蝙蝠必须在收到回声并分析出这种回声的振幅、频率、信号间隔等的声音特征后,
才能决定下一步采取什么行动。
靠回声测距和定位的蝙蝠只发出一个简单的声音信号,这种信号通常是由一个或二个音素按一定规律反复地出
现而组成。当蝙蝠在飞行时,发出的信号被物体弹回,形成了根据物体性质不同而有不同声音特征的回声。然后蝙
蝠在分析回声的频率、音调和声音间隔等声音特征后,决定物体的性质和位置。
蝙蝠大脑的不同部分能截获回声信号的不同成分。蝙蝠大脑中某些神经元对回声频率敏感,而另一些则对二个
连续声音之间的时间间隔敏感。大脑各部分的共同协作使蝙蝠作出对反射物体性状的判断。蝙蝠用回声定位来捕捉
昆虫的灵活性和准确性,是非常惊人的。有人统计,蝙蝠在几秒钟内就能捕捉到一只昆虫,一分钟可以捕捉十几只
昆虫。同时,蝙蝠还有惊人的抗干扰能力,能从杂乱无章的充满噪声的回声中检测出某一特殊的声音,然后很快地
分析和辨别这种声音,以区别反射音波的物体是昆虫还是石块,或者更精确地决定是可食昆虫,还是不可食昆虫。
当2万只蝙蝠生活在同一个洞穴里时,也不会因为空间的超声波太多而互相干扰。蝙蝠回声定位的精确性和抗
干扰能力,对于人们研究提高雷达的灵敏度和抗干扰能力,有重要的参考
定义
雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译,为Radio Detection And Ranging的缩写,意为无线电检测和测距,是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。
组成
各种雷达的具体用途和结构不尽相同,但基本形式是一致的,包括五个基本组成部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
工作原理
雷达所起的作用和眼睛相似,当然,它不再是大自然的杰作,同时,它的信息载体是无线电波。 事实上,不论是可见光或是无线电波,在本质上是同一种东西,都是电磁波,传播的速度都是光速C,差别在于它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离,距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差,因电磁波以光速传播,据此就能换算成目标的精确距离。
测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同,两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时,雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。
应用
雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米,且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
种类
雷达种类很多,可按多种方法分类:
(1)按定位方法可分为:有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
(2)按装设地点可分为;地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
(3)按辐射种类可分为:脉冲雷达和连续波雷达。
(4)按工作被长波段可分:米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
(5)按用途可分为:目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能,而且具有其它射频功能。有源电扫阵列的Z重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比,有许多显著甘道夫嘿嘿翻译润肤乳饿么发附件
雷达的历史
1842年多普勒(Christian Andreas Doppler)率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。
1864年马克斯威尔(James Clerk Maxwell)推导出可计算电磁波特性的公式。
1886年赫兹(Heinerich Hertz)展开研究无线电波的一系列实验。
1888年赫兹成功利用仪器产生无线电波。
1897年汤普森(JJ Thompson)展开对真空管内阴极射线的研究。
1904年侯斯美尔(Christian Hülsmeyer)发明电动镜(telemobiloscope),是利用无线电波回声探测的装置,可防止海上船舶相撞。
1906年德弗瑞斯特(De Forest Lee)发明真空三极管,是世界上diyi种可放大信号的主动电子元件。
1916年马可尼( Marconi)和富兰克林(Franklin)开始研究短波信号反射。
1917年沃森瓦特(Robert Watson-Watt)成功设计雷暴定位装置。
1922年马可尼在美国电气及无线电工程师学会(American Institutes of Electrical and Radio Engineers)发表演说,题目是可防止船只相撞的平面角雷达。
1922年美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。
1924年英国阿普利顿和巴尼特通过电离层反射无线电波测量赛层(ionosphere)的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量亥维塞层。
1925年贝尔德(John L. Baird)发明机动式电视(现代电视的前身)。
1925年伯烈特(Gregory Breit)与杜武(Merle Antony Tuve)合作,diyi次成功使用雷达,把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。
1931年美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达,开始让发射机发射连续波,三年后改用脉冲波。
1935年法国古顿研制出用磁控管产生16厘米波长的撜习窖捌鲾,可以在雾天或黑夜发现其他船只。这是雷达和平利用的开始。
1936年1月英国W.瓦特在索夫克海岸架起了英国diyi个雷达站。英国空军又增设了五个,它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。
1937年马可尼公司替英国加建20个链向雷达站。
1937年美国diyi个军舰雷达XAF试验成功。
1937年瓦里安兄弟(Russell and Sigurd Varian)研制成高功率微波振荡器,又称速调管(klystron)。
1939年布特(Henry Boot)与兰特尔(John T. Randall)发明电子管,又称共振穴磁控管(resonant-cavity magnetron )。
1941年苏联Z早在飞机上装备预警雷达。
1943年美国麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器,可将运动中的飞机柏摄下来,他胶发明了可同时分辨几十个目标的微波预警雷达。
1944年马可尼公司成功设计、开发并生产「布袋式」(Bagful)系统,以及「地毡式」(Carpet)雷达干扰系统。前者用来截取德国的无线电通讯,而后者则用来装备英国空军(RAF)的轰炸机队。
1945年二次大战结束后,全凭装有特别设计的真空管——磁控管的雷达,盟军得以打败德国。
1947年美国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。
50年代中期美国装备了超距预警雷达系统,可以探寻超音速飞机。不久又研制出脉冲多普勒雷达。
1959年美国通用电器公司研制出弹道预警雷达系统,可发跟踪3000英里外,600英里高的,预警时间为20分钟。
1964年美国装置了diyi个空间轨道监视雷达,用于监视人造地球卫星或空间飞行器。
1971年加拿大伊朱卡等3人发明全息矩阵雷达。与此同时,数字雷达技术在美国出现。