什么是雷達(dá)？

什么是雷達(dá)（Radar）？“Radio Detection and Ranging ”，意思是無線電檢測(cè)和測(cè)距。

雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波，再接收目標(biāo)反射信號(hào)，根據(jù)接收的時(shí)間差測(cè)得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)和相對(duì)距離。

雷達(dá)測(cè)距的原理

最基本的原理就是利用時(shí)間差計(jì)算距離，被測(cè)與雷達(dá)都靜止不動(dòng)，假設(shè)接收到的發(fā)射出去的信號(hào)時(shí)間是t，那么距離L=t*v（3*10^8）/2

那么是怎么測(cè)移動(dòng)的速度呢？

這里要提到多普勒效應(yīng)。

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)以恒定的速率沿某一方向移動(dòng)時(shí)，由于傳播路程差的原因，會(huì)造成相位和頻率的變化，通常將這種變化稱為多普勒頻移。它揭示了波的屬性在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生變化的規(guī)律。

也就是說當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射信號(hào)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射頻率。

根據(jù)頻率的偏移計(jì)算物體移動(dòng)的速度和方向。

如上圖所示，雷達(dá)發(fā)射的脈沖波，起始是A，結(jié)束是B，AB之間的距離為D，相對(duì)速率為Vr，由于目標(biāo)在移動(dòng)，A和B接觸目標(biāo)的時(shí)間就不同，△t=D/（c+Vr）

B點(diǎn)接觸到目標(biāo)后被反射，由于多普勒效應(yīng)，頻率發(fā)生變化，那么AB之間的距離Dt也發(fā)生變化

Dt=(c?Vr)*Δt=D*(c+Vr)/(c?Vr)

因?yàn)槊}沖波的個(gè)數(shù)是不會(huì)變的

f/ft=D/Dt=1+2Vr/(c-Vr)≈1+2Vr/c

所以頻偏Δf=ft-f=f(1+2Vr/c-1)=f*2Vr/c=2Vr/λ

λ=c/f

通過這里我們也可以明白雷達(dá)為什么大部分都是脈沖波，脈沖波雷達(dá)既可以測(cè)速可以測(cè)距。

雷達(dá)的設(shè)計(jì)

雷達(dá)作為探測(cè)工具，發(fā)射功率非常大，雷達(dá)在工作過程中，發(fā)射信號(hào)泄漏會(huì)對(duì)接收機(jī)造成干擾，情況主要有兩種：一種是大信號(hào)干擾使得接收機(jī)壓縮增益或出現(xiàn)飽和，甚至造成接收機(jī)阻塞；另一種是發(fā)射信號(hào)的邊帶噪聲將微弱的回波信號(hào)淹沒，對(duì)接收機(jī)的目標(biāo)檢測(cè)造成影響。

雷達(dá)與通信不同，通信的信息包含在發(fā)射端，即發(fā)射端知道自己發(fā)射了一個(gè)什么信息，接收端通過協(xié)議，也知道需要接收什么。

雷達(dá)發(fā)射端不包含任何信息，信息（目標(biāo)）未可知，所以，接收端需要將中間的調(diào)制信息（目標(biāo)），經(jīng)過與發(fā)射混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行，幅度相位的處理，接收端與發(fā)射端的設(shè)計(jì)思路與通信相同。

也就是說，雷達(dá)與通信最大的不同是信息的處理方式。

雷達(dá)為什么要用相控陣？

雷達(dá)通常不是作為一個(gè)獨(dú)立的射頻電路出現(xiàn)的，它的出現(xiàn)一般都伴隨著相控陣，為什么要用相控陣？

這要說到雷達(dá)的成像，雷達(dá)具有對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（飛機(jī)、導(dǎo)彈等）、區(qū)域目標(biāo)（地面等）進(jìn)行成像和識(shí)別的能力。成像就不僅需要知道目標(biāo)的位置和距離，還需要知道目標(biāo)的大小。

距離分辨率

雷達(dá)的分辨率ρ=c/2f，頻率越高，分辨率越高，所以根據(jù)需要探測(cè)目標(biāo)大小和分辨率的不同，雷達(dá)的頻率也不同（氣象雷達(dá)通常是L）

方向分辨率

橫向分辨率CR近似為

CR = Rλ/D = 天線目標(biāo)距離*波長(zhǎng)/天線尺寸 ，提高方位分辨力的常規(guī)方法只有兩條途徑：一是采用更短的波長(zhǎng)，二是研制尺寸更大的天線。

假設(shè)需要0.1m的分辨率，10000MHz信號(hào)波長(zhǎng)0.03m，距離1000m，那么就需要300m的天線尺寸。這么大的天線顯然不太現(xiàn)實(shí)。

這時(shí)候就可以通過多個(gè)天線陣列去做方向分辨，天線的陣列距離我們是知道的，可以通過對(duì)不同陣元接受的信息處理就可以得到方向的圖像。

這就是相控陣在雷達(dá)中的應(yīng)用，如果要成像，要用相控陣。

█?最后的話

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