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感謝大家前來捧場(chǎng)，我是調(diào)皮哥，今天是【雷達(dá)課堂】的第2講。
1.距離測(cè)量
雷達(dá)以極高的脈沖功率發(fā)射無線電窄脈沖，該脈沖僅通過天線的方向性聚焦在一個(gè)方向上，并以光速在給定方向上傳播。
如果在這個(gè)方向上存在一個(gè)目標(biāo)（例如一架飛機(jī)），那么脈沖的一部分能量就散布在空間的各個(gè)方向上，只有一小部分也被反射回雷達(dá)，如下圖所示。雷達(dá)天線接收該能量，用于后續(xù)的雷達(dá)信號(hào)處理中評(píng)估所包含的目標(biāo)信息。
我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)易示波器測(cè)量目標(biāo)的距離，脈沖變化如下圖右下角所示。在示波器上我們可以設(shè)置一個(gè)與發(fā)射的脈沖同步移動(dòng)的發(fā)光點(diǎn)。從發(fā)射機(jī)脈沖發(fā)射開始，發(fā)光點(diǎn)隨無線電波在示波上縮放移動(dòng)。若天線接收到了回波脈沖，則示波器上也會(huì)顯示該脈沖，而示波器上顯示的兩個(gè)脈沖（零點(diǎn)處也有一個(gè)脈沖）之間的距離就是雷達(dá)與飛機(jī)之間的“距離量度”。
由于無線電波以光速傳播，因此目標(biāo)的距離可以通過發(fā)射信號(hào)的運(yùn)行時(shí)間確定。
雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)實(shí)際距離是雷達(dá)與被照射物體之間的直線距離，稱為傾斜距離。地面距離是雷達(dá)與目標(biāo)之間的水平距離，計(jì)算水平距離需要得到目標(biāo)的高程（相對(duì)于雷達(dá)地平面的高度）。
由于電磁波擊中目標(biāo)并發(fā)射回雷達(dá)接收端，因此電磁波單程的往返時(shí)間需要除以2，以獲得電磁波到達(dá)目標(biāo)所需的時(shí)間，如下所示：
目標(biāo)的距離通常用公里或者海里表示，1海里等于1.852公里。
上述過程是雷達(dá)最為基本、最簡(jiǎn)單的目標(biāo)距離測(cè)量方式，但是在很多情況下我們只是基于這一基本原理，并不能夠只采用這種方式就能夠得到我們想要的目標(biāo)信息，以及性能指標(biāo)。
比如采用寬帶LFM信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮、采用FMCW模式的毫米波雷達(dá)等都不是單一地利用發(fā)射信號(hào)的“TOF”來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的距離估計(jì)。
2、方位測(cè)量
目標(biāo)的角度測(cè)量由天線的方向性決定。天線方向性，有時(shí)也稱為方向性增益，是天線將發(fā)射能量集中在某個(gè)特定方向上的能力。其中， 具有高方向性增益的天線被稱為定向天線。
通過測(cè)量回波時(shí)天線指向的方向，可以估計(jì)目標(biāo)相當(dāng)于雷達(dá)的方位角和仰角。另外，角度測(cè)量的精度取決于天線的方向性，它是天線尺寸的函數(shù)。
關(guān)于天線部分的詳細(xì)內(nèi)容，為了文章的簡(jiǎn)潔易懂，暫時(shí)不講，留到以后再慢慢討論。
雷達(dá)天線陣元通常在非常高的頻率下工作，其原因是：
（1）發(fā)射信號(hào)以類似光學(xué)的方式進(jìn)行傳播。
（2）具有高分辨率。波長(zhǎng)越小，雷達(dá)能夠檢測(cè)到的物體就越小。
（3）在相同增益下，頻率越高，天線尺寸越小，如60G、77G的天線尺寸可以做到硬幣大小，如下圖所示。
調(diào)皮哥筆記：
真北（也稱為大地北）是沿著地球表面朝向地理北極的方向。地面P點(diǎn)真子午面與地球表面交線稱為真子午線，真子午線在P點(diǎn)的切線北方向稱真北方向。
百度百科
大多數(shù)時(shí)候我們都是采用相對(duì)方位角，如無人機(jī)監(jiān)測(cè)雷達(dá)、室內(nèi)人員檢測(cè)雷達(dá)、汽車?yán)走_(dá)等都是采用相對(duì)方位角。
大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)為在單向波瓣或波束上輻射能量，只需移動(dòng)天線即可在方位上移動(dòng)。如下圖所示，由于波束的形狀特點(diǎn)，隨著天線波束在目標(biāo)上移動(dòng)，回波信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生變化，即波束中心照射到目標(biāo)時(shí)回波信號(hào)強(qiáng)度高，波束邊緣照射到目標(biāo)時(shí)，回波信號(hào)強(qiáng)度低。
在實(shí)際操作中，搜索雷達(dá)天線連續(xù)移動(dòng)，波束指向目標(biāo)的方位由檢測(cè)電路或操作員目測(cè)的最大回波點(diǎn)來確定。武器控制和制導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)定位到最大信號(hào)返回點(diǎn)，并通過手動(dòng)或自動(dòng)跟蹤電路保持在該位置。
為了精確測(cè)量目標(biāo)的方位角，我們需要確定真北方向，較舊的雷達(dá)系統(tǒng)必須使用指南針或借助已知的三角點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)可以在 GPS 衛(wèi)星的幫助下獨(dú)立確定真北方向。
伺服系統(tǒng)用于較舊的雷達(dá)天線和導(dǎo)彈發(fā)射器，并在同步扭矩發(fā)射器和同步扭矩接收器等設(shè)備的輔助下工作。在較新的雷達(dá)系統(tǒng)中，我們研發(fā)了一個(gè)方位角變化脈沖 (ACP) 系統(tǒng)， 在天線的每一次旋轉(zhuǎn)中，編碼器都會(huì)發(fā)送許多脈沖，然后這些脈沖會(huì)在示波器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。
較新的雷達(dá)系統(tǒng)完全可以在沒有或有部分機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況下工作，這些雷達(dá)在方位和/或仰角（相控陣天線）中采用電子相位掃描，被稱為相控陣?yán)走_(dá)。
關(guān)于相控陣?yán)走_(dá)的更多內(nèi)容，后面會(huì)單獨(dú)介紹，盡請(qǐng)期待。
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