雷達，是英文Radar的音譯，源于radio detection and ranging的縮寫，意思為"無線電探測和測距"，即用無線電的方法發現目標并測定它們的空間位置。因此，雷達也被稱為“無線電定位”。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。

1、典型雷達應用

監視——軍事、民用航空交通管制、地面、空中、沿海警戒、衛星
搜索和跟蹤——軍事目標搜索和跟蹤
火控——為火控系統提供信息(主要包括目標方位、仰角、距離和速度)。
導航——衛星、航空、航海、陸地導航
汽車——碰撞警告，自適應巡航控制(ACC)，避免碰撞
液位距離測量——液體的液位監控，距離測量等等。
近炸引信——軍事用途: 制導武器系統需要一個接近觸發引信爆炸彈頭
高度計——飛機或太空船的高度計，為民用和軍用使用
地形回避——機載軍事應用
二次雷達——異頻雷達收發機，接收目標反射的編碼信號
氣象——避免風暴，變風警告，氣象測繪
空間遙感——軍事基地監視、地面測繪，空間環境探索
安全——隱藏武器檢測、軍事基地監視

2、雷達頻段和應用

3、常見雷達類型

連續波雷達

固定頻率的連續波(CW型)雷達系統可用于測量速度。但是，它不能提供任何距離信息。天線發射某一固定頻率的信號。在移動目標(例如汽車)上反射回來的信號產生了多普勒頻移。也就是說會在略微偏移的頻率上接收到反射信號。通過比較收發信號的頻率,我們可以確定目標的徑向速度(而不是距離)。基于這個原理,一個典型的應用是交通監測雷達。

雷達移動傳感器也是基于相同的原理，但由于可能存在變化的干擾環境，它們還必須具有能夠檢測緩慢變化場強的能力。

交警使用的超速檢測雷達(speed traps)也是采用這種技術。如果一個特定距離的目標超速了，攝影機就拍下照片。

現代交通監視雷達

軍事上的應用：

連續波雷達也用于目標雷達波束照射。這是一個簡明應用：利用一個目標跟蹤雷達，雷達波束保持在目標上。制導的防空導彈就是利用此目標的反射。

連續波雷達比較難以被探測到，因此,它們歸類為低截獲概率雷達。

連續波雷達很適合檢測低空飛行的飛機，這些飛機試圖通過貼近地面的飛行來克服敵方的防衛。脈沖雷達很難區分地面回波和低空飛機的反射波。連續波雷達克服了這一點，因為它可以忽略那些緩慢變化的地面回波而只對移動目標的反射信號進行精準定位。捕獲的信息可再傳送給協同作業的脈沖雷達進行進一步的分析和處理

調頻連續波雷達

連續波雷達系統的缺點是由于缺少一個時間參考因而不能用來測量距離。然而, 可以利用“調頻連續波”雷達產生時間參考來測量靜止目標的距離。此方法的原理是：發送一頻率呈周期性變化的信號。當接收到回波信號時，就會得到一個類似脈沖雷達的延遲。可以通過比較收發信號的頻率來確定延時從而得到距離。可以采用更加復雜的調頻模式(如噪聲雷達)，使得在相同的重復周期內得到最大的無模糊測量距離。然而，最簡單的情況是采用基本的鋸齒波或三角波調頻,這只能得到相對比較小的無模糊測量距離。

調頻連續波雷達的基本工作原理

目標距離是基于發射信號和回波之間的延遲計算得到

此類測距原理有以下應用：例如，在飛機上測量高度(無線高度表)或用地面跟蹤雷達來保持固定的離地高度。相比脈沖測量雷達而言，它的優點是可提供連續的測量結果(相對于各種脈沖重復頻率下的離散時刻)。

調頻連續波雷達也常用于另一些民用的測距應用，如物位指示器。

脈沖和脈沖多普勒雷達

簡單的脈沖雷達系統的基本原理

一個簡單的脈沖雷達系統只能通過測量脈沖發送和接收的時間差來提供被測目標的距離信息，它不能確定目標的速度。脈沖寬度決定了空間分辨率。

帶旋轉天線的雷達系統測量方位角信息

接收脈沖時，每個瞬間旋轉天線指向特定的輻射方向，因此可得到方向信息(方位角φ)。此類(非相干)雷達設備的主要測試包括：距離精度和分辨率,接收機自動增益控制（AGC）處理時間、峰值功率、頻率穩定度，本振相位噪聲以及所有的脈沖參數。

脈沖多普勒雷達

除了提供目標距離信息（以及方向信息），脈沖多普勒雷達還提供目標徑向速度信息，雷達發射機和接收機相參工作時，速度信息就可以從脈沖和脈沖之間的相位變化中獲得。通常使用I/Q解調的方式。為了避免距離和速度模糊，最新的脈沖多普勒雷達根據需要采用變脈沖重頻（PRF）的技術，脈沖重復頻率變化范圍一般從幾百Hz到500 KHz。

另外，更為先進的脈沖多普勒雷達系統采用一種“交錯”的脈沖重頻（PRF），即根據探測過程需要，交替變換脈沖重頻。要獲得脈沖多普勒系統高的性能，需要非常低的本振（LO）相位噪聲，低的接收機噪聲，低的I/Q增益相位不平衡度（以避免虛假的目標信息）。

脈沖壓縮雷達

傳統的脈沖雷達和脈沖多普勒雷達，為了獲得高的距離分辨率，需要發射非常短的脈沖，但短脈沖意味著發射的信號能量低，作用距離減小。增加脈沖功率，可以增加作用距離，但發射功率的提高，是很有限的，而且成本會很高。遠的作用距離和高距離分辨率之間在實現中存在矛盾。

脈沖壓縮體制利用脈沖內的調制，很大程度上解決了作用距離和距離分辨率之間矛盾。充分利用了寬脈沖提供的大的作用距離和短脈沖提供的高的分辨率分別帶來的好處。并可以使用低的脈沖功率。

通過調制脈沖，在脈沖之間建立時間上的參考，和調頻連續波（FMCW）的情況類似。常用的調制方式：

• 線性調頻
• 非線性調頻
• 脈沖相位編碼
• 多相調制和時－頻編碼調制

盡管脈沖壓縮雷達具有低脈沖功率時獲得遠的作用距離和高的分辨率的優點，但也存在一個明顯的不足，最短的作用距離受到脈沖寬度的限制，在脈沖發射時間，接收機是阻塞的。在空中交通管制的應用中，由于脈沖壓縮雷達這一主要不足，往往采用兩種技術，遠距離時采用調頻脈沖，而近距離時則采用非常短的脈沖，而近距離時，不需要大的發射功率。

－線性調頻應用最廣泛；
－非線性調頻盡管有許多優點，但迄今用的很少；
－脈沖相位編碼應用非常廣泛，尤其長度為11和13碼元的巴克碼（Barker）調制；
－先進的軍用雷達系統中，特殊編碼的多相調制的脈沖壓縮技術的應用正逐步增加。

捷變頻雷達（FAR）（抗阻塞干擾和雜波抑制）

跳頻是雷達系統對付阻塞干擾和電子對抗（ECCM）的有效方法，通常用在軍用雷達技術中。采用FAR還具有到雜波抑制的功能。典型參數：小于1us的切換時間，X波段幾百MHz的跳變帶寬，W波段（95GHz）2GHz的跳變帶寬。

另外一些與FAR相關的測量參數包括，頻率切換時間、頻率跳變序列、切換雜散以及寬帶幅度相位穩定性等。

步進跳頻雷達

步進跳頻雷達多見成像應用，跳頻帶寬從幾百MHz到2GHz，分辨率達到10cm。

步進跳頻時域示意圖

脈沖到脈沖之間，頻率以固定步進變化。典型應用一個跳變周期包括128個脈沖。步進跳頻的優點是，寬帶范圍內頻率跳變獲得很寬的帶寬，從而獲得高的分辨率，而無需很大的瞬時帶寬。

由于發射機和接收機的要求很大的射頻帶寬，這些子系統必須具有非常好的幅度和相位穩定性，以獲得高的分辨率。因此，測量脈沖－脈沖之間幅度相位穩定性非常重要。又如捷變頻雷達（FAR）一樣，本振在跳變過程中的設定時間也是一個重要的測量參數。

活動目標指示雷達（MTI）

活動目標指示雷達（MTI）的基本思想是抑制固定的或慢速運動的目標的反射，如固定建筑物、山體、云、水波等雜波，以獲取運動目標，如飛行物、車輛的反射并指示。此時，由于多普勒效應使得相對于雷達徑向運動的目標回波與發射機頻率之間產生頻差，這一頻差正比于相對徑向速度（對線性調頻雷達而言）。對脈沖雷達系統，運動目標的回波相對于發射信號而言，產生脈沖之間相位變化。

活動目標指示雷達

MTI的優化應用，需要一些經驗，如交錯PRF（脈沖之間的時間間隔可按一定規律變化）從而避開所謂的盲速。對優化的MTI或雜波抑制而言，重要的測量參數有：對發射信號脈沖－脈沖之間的幅度相位穩定性；本振信號的相位噪聲和高穩定性，尤其對測量慢速運動的目標探測而言，低的相位噪聲尤其重要。

單脈沖雷達

單脈沖雷達天線

單脈沖雷達系統中，至少需要采用空間分離的兩組天線。通過比較和差通道，可以定位雷達波束照射范圍內的目標。左右通道的反相耦合形成差通道（ΔAz），即方位差通道。在指向的方向上，和通道得到最大值，同時差通道最小值。由于和通道（Σ）和差通道（Δ）在一個脈沖回波就可以得到結果。所以，一個脈沖就可足以計算目標位置。（常常將這樣組合天線的方式稱為單脈沖天線）。和通道與差通道的比值提供了實際目標的指向和天線軸線（“前視”）的偏離程度，天線前視和目標實際的方位角之間的差別就是大家所熟知的“前視偏向角”。

三維雷達系統中，俯仰角測量采用相同的技術，需要一個俯仰差通道作為第二差通道（ΔEI）。通道之間的一致性，對象單脈沖雷達這樣的多通道系統而言至關重要，為此，通常要求相位相參的合成器的相位偏差可調。

相控陣雷達

和反射天線只有一個輻射單元不同，相控陣雷達天線具有幾百甚至幾千個獨立的輻射單元。饋送到每個輻射單元信號的幅度、相位可以分別獨立控制，從而可以獲得任何所需要的輻射方向形狀（方向圖）。實際應用中，方向輻射可以在±60°范圍內調整。與傳統機械掃描天線不同，相控陣天線方向圖的調整通過改變各單元饋電幅度和相位實現，所需時間非常短，幾乎沒有延時。

有源電掃描相控陣天線（AESA）

相控陣造價非常高，主要應用于軍事領域和合成孔徑雷達（SAR）的衛星應用。有源相控陣（ASEA）每個輻射單元都有獨立的發射/接收模塊（T/R），而無源相控陣（PESA）則使用共同的RF信號，每個單元通過移相器進行調整。

對ASEA而言，不同T/R模塊的幅相一致性非常重要，需要精確測試和測量。

合成孔徑雷達（SAR）

合成孔徑雷達（SAR），與真實孔徑雷達（RAR）一樣，都屬于成像雷達。此類雷達系統安裝于機載或星載平臺，通過電磁波掃描地球表面，而獲得地面二維圖象。

SAR基本原理是，包含一個沿輻射方向垂直的路徑移動的天線，位置全程已知，運動方向通常稱為“跡軌方向（Along Track）”或方位方向，而相應垂直于運動的方向稱為“斜距方向(Cross Track)”。而所謂“腳印（footprint）”是指真實孔徑照射的區域，所謂“刈幅（swath）”則指沿運動方向掃過的一個條帶。

SAR讓雷達在軌道上運動，并按一定的重復頻率發射雷達信號，將連續的不同位置的信號加以綜合，增加了時間帶寬積。可以等效為天線長度在運動方向增加，等效波束變窄，提高分辨率。在距離方向，SAR的信號仍可以采用寬帶信號，以獲得高的分辨率。沿運動方向的分辨率可以達到真實天線尺寸的一半。真實天線的長度減小一半，分辨率改善一倍。

方位向分辨率

距離分辨率

如果需要達到1m的分辨率，信號帶寬達到150MHz。現代的SAR帶寬大于1GHz，（有時需要2GHz帶寬），分辨率達到小于10cm。

信號帶寬通常由脈沖壓縮獲得，如線性調頻。更先進的SAR采用步進跳頻、極化開關，以及其他復雜技術。

TERRA SAR 城市區域成像結果

雙基地/多基地雷達

大多數情況下，雷達發射機和接收機利用同一天線，通過時間上的切換實現多工。這種雷達稱作“單基地雷達”，雙基地雷達具有一部發射機，而在另外的地點具有一部或多部接收機。收發天線之間相隔很遠距離或很大的空間角。單基地雷達通過增加另外的接收機就很容易構成一部多基地雷達。或者，采用兩部工作于同頻率的單基地雷達構成一部多基地雷達。

多基地雷達收發部分距離很遠或具有很大的空間角。這就意味著，在某些情況下，由于目標反射等原因，單基地雷達無法接收到信號時，多基地雷達仍能接收到信號。所以，這種雷達往往應用于氣象雷達和軍用反隱身雷達。

當系統采用多個分布的接收機時，我們稱之為多基地雷達。

德國FGAN 開展的機載雙基SAR 成像結果

無源（被動）雷達

無源（被動）雷達是一種定位技術，不同于傳統的雷達，無源雷達不發射電磁波信號，而是接收、跟蹤已知的廣播發射機、移動電臺和其他系統所發射出來的信號照射到目標上后產生的反射和多普勒效應。無源（被動）雷達很難被偵查到，因為它不發射任何信號。這在軍事上具有重要應用。另一軍事應用是無源（被動）雷達在對隱身飛機探測，目前有源雷達技術對此問題的解決是有限的。

當然，由于無源（被動）雷達無發射機，接收機測量將會是非常復雜。在測量解決方案中，常常包含多路相干的信號源。

外輻射源雙基SAR 實驗圖像

低截獲率雷達

低截獲率（LPI）雷達是面向電子戰環境發展的軍用雷達系統。或多或少地，這種LPI雷達，躲過電子情報系統（ELINT）的偵測。LPI雷達采用了如下技術：

• 多基地雷達
• 超低副瓣天線
• 超寬帶信號
• 長脈沖
• 低功率
• 無源雷達

多模雷達

現今，許多軍用雷達系統需要完成大量的任務，所以必須采用多種模式。

• 目標搜索和跟蹤
• 武器制導
• 高分辨率地面測繪
• 惡劣天氣預測
• 電子對抗

在這些應用中，采用不同的脈沖重復頻率（PRF）和調制模式。調頻脈沖（Chirp）、脈內巴克碼（Barker）調制以及復雜調制、AESA天線、SAR、跳頻、變極化等。測量這樣的多模雷達系統是復雜，費用很高的。

未來雷達技術展望

未來，我們期待見到包含有雷達系統和紅外系統的多傳感器系統，這樣可以將各自的優點緊密的連接在一起，以克服各自特定的缺點。

軍用機載雷達系統將會不斷面臨先進戰斗機隱蔽偷襲的威脅。今后，一架戰斗機既要有隱蔽偷襲功能，又不能在使用機載雷達時暴露自己，這是一對必須要解決的矛盾。解決這個問題的可能就是采用雙基地雷達，即在飛機上只有發射機或只有接收機。

雷達天線將不再作為一個放在罩子里獨立的部件單元，它將和飛機（輪船或其他平臺）的幾何結構共形。下一代AESA機載雷達系統將會有多幅天線陣列，從而獲得更大的空間掃描角。

雷達的數據處理部分的速度將大大提高（通過并行處理的方式），以適應處理更高的數據率，從而可得到更高的分辨率。