1.4 雷達的基本工作原理

雷達主要用于反射物體的測距和定位，如飛機、艦船、導彈、航天飛機、車輛、行人和自然環境中氣象等。它將電磁能量輻射到空間，電磁波在空間傳播到反射物體后，將反射的信號接收檢測出來后測出電磁波來回經過的時間乘以電磁波的速度再除以2，就是雷達天線與反射物體之間的距離。電磁波在空間的速度經科學家測定為光速，即每秒30萬千米（3×108m/s）。只要能測出雷達信號到目標并從目標返回雷達的時間，就能得到雷達到目標的距離。目標的角度位置可以根據收到回波信號幅度最大方向確定，雷達天線的波束寬度越窄，獲得的目標方向越準，對目標的定位越精確。

雷達的基本工作原理如圖1.3所示。

發射脈沖與接收回波脈沖的時間關系如圖1.4所示。

回波在雷達與目標之間來回走的時間為TR，光速為c，則目標與雷達之間的距離R為

雷達能夠探測的最大距離Rmax為

式中，Gt為雷達天線的增益；λ為雷達工作的波長（λ＝c/f），波長等于光速除以工作頻率（f）；σ為目標的等效反射面積（m2），或稱目標截面積；Pt為雷達發射機輸出功率；Smin為雷達接收機的實際工作靈敏度。

天線方向圖可以描述成從天線輻射出的電磁能量在空間的分布，稱為波束。波束中能量最為集中的空間范圍稱為主瓣，其余范圍稱為副瓣。如果讓波束水平射出，且用一個水平面去截它，就得到能量隨方位角度在水平面的分布，如果用垂直平面去截它，就得到能量隨俯仰角度在垂直平面的分布。

天線的立體波束及其剖面方向圖如圖1.5所示。

從設計天線的角度考慮，希望天線的副瓣越小越好，但實際上做不到。現在的超低副瓣天線方向圖，可做到副/主比為-40～-50dB。

雷達的測距原理是測定發射信號到目標之間來回經過的時間，算出雷達與目標之間的距離。而測方位角是依靠天線在方位上變動，測出回波的最大值，記下天線的方位角度，就是目標的方位。測目標的仰角也可在該方向上下移動天線仰角，測出接收機輸出的最大信號，記下此時的天線仰角，就是目標的仰角。對一個目標，測出它的距離、方位角、仰角就可以確定它的位置，這就是雷達對目標定位的基本原理。

雷達經過八十多年的改進和發展，出現了許多新體制和先進的雷達：

為了增加雷達的探測距離，出現了脈沖壓縮雷達；

為了測定低空目標，發展了脈沖多普勒雷達；

為了進行圖像測繪，研制出了合成孔徑雷達；

為了在遠距離發現隱身飛機，研制成功超視距雷達；

為了能在數千公里外發現目標，研制成功超遠程雷達；

為了抗干擾，研制成功捷變頻雷達、雙基地雷達、多發多收雷達等。

這些雷達不管它多么先進、千變萬化，都逃不出被干擾的命運。換句話說，沒有干擾不了的雷達，當然也沒有抗不掉的干擾。這就看實際的對抗中具體的變量而定。