功率篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之四

軍情 09-14

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共2165字，14圖。預計閱讀時間：3分鐘。

本系列，小火箭將和大家一起，回顧雷達發展的歷史，展望雷達技術的未來，梳理和分析雷達的三大關鍵技術。

讀罷本系列，小火箭期待好友能夠在三個方面產生對雷達的深度了解：

第一：雷達工作在不同的波段，使用不同的波長和頻率；

第二：怎樣在有限的功率條件下，產生強大的雷達信號；

第三：預警雷達、雷達制導的導彈、戰鬥機雷達是如何判讀和計算目標距離的。

在第一篇《起源篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之一》中，咱們探討了雷達的起源；

在第二篇《頻率篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之二》裡面，咱們分析了雷達不同的工作頻率；

在第三篇《波段篇：小火箭軍用雷達關鍵技術系列報告之三》中，咱們繼續聊了雷達的頻率和波段。

本文是小火箭雷達系列報告的第四篇，在這裡，咱們聊一下雷達的一項關鍵技術。

雷達的形式多種多樣，但基本工作原理則大體相同。無線電波以光速在空中傳播，遇到目標發生反射後被雷達接收到回波。通過將發射波和回波之間的時間差乘以光速再除以2便能求得雷達與目標之間的距離。

這種利用回聲測距的方法簡單有效。但是在實際的應用過程中，還需要考慮很多現實問題。

首先是無處不在的干擾。由宇宙大爆炸產生的宇宙微波背景輻射對地球上的電磁設備的干擾無處不在。無論是家裡的電視機、收音機（電視機無信號時出現的「雪花」、收音機的吱吱聲大多與宇宙微波背景輻射有關），還是機載雷達都難逃其影響。從海面、地面傳來的「雜波」干擾也很明顯。

其次是前文提到的大氣衰減。大氣中的氣體分子對電磁波有吸收和散射的作用（尤其是在高頻波段），使得雷達收到的回波的波峰要比發射時矮一些。

上圖攝於祁連山上空。小火箭邢強攝於2018年9月。

如果把發射波比作立在平地上的一根竹竿的話，干擾信號就如同竹竿周圍，長在平地上的一片密密的雜草，大氣的衰減作用則像一把鋒利的斧頭，將竹竿越削越短。

當需要探測的目標離雷達太遠，以至於斧頭將竹竿削得太短而隱沒在雜草中時，雷達便無法分辨干擾與目標回波了，這便達到了雷達探測的距離極限。

早期警戒雷達有充足的能量供應，為盡量將探測距離拉長，其發射的超長波能夠無視大氣的衰減作用（這是一根直徑達幾公里的竹竿），甚至巍峨的高山也擋不住這樣的大功率超長波。

而戰鬥機和導彈則沒有那麼強大的能量來源，不能以大功率來抵禦長距離的衰減。

另外，機載雷達對測量精度的要求較高，有時甚至要精確到幾厘米，只好採用較短的波長。

既然不能把竹竿做得粗一些，那就只好盡量把竹竿做高了。高高的竹竿，即使被砍去大半，也仍會有足夠的高度區別於周圍的野草。但是，雷達波的波峰越高，就需要越大的發射脈衝電壓。

當電壓高到一定程度時，機載雷達的設備會耐受不住而被擊穿。

那麼，如何在有限的功率、電壓的情形下制出盡量高的波峰呢？

小火箭在這裡介紹一種比較巧妙的技術：

脈衝壓縮術。

這種脈衝壓縮技術的思路是以時間換取空間。

它用若干個雷達波來拼接成一個「長竹竿」，然後再用編碼的方法將這根「竹竿」立起來，便得到了一根「高竹竿」。把無線電波放大來看，我們會發現這是由一系列的正弦波構成的。脈衝壓縮技術先把這些發射波的一部分波形做「反相處理」（圖中的藍色正弦波是被反相處理過的波形）。

被反相處理的正弦波的正負值顛倒了過來。然後在雷達的接收機部分採用了一種叫做延遲線的設備，把接收到的雷達波進行加和運算，從而得到我們需要的波形。

小火箭以一種四位編碼波為例，來說明這種技術的原理。延遲線相當於一個有四個方格的箱子。雷達波依次經過這些方格併產生不同的輸出。延遲線上還有一個監視器，當四個抽屜都被充滿時，強制所有的輸出都為正值（通過一個叫做反相器的硬體來實現）。

由圖可見，原本幅值為1的雷達波，在經過一系列處理後，變成了幅值為8的雷達波。如果編碼的位數更多的話，則會得到更細更高的「竹竿」。

這種又細又高的波形兼顧了探測距離的長度和精度，使得擁有有限能量的機載雷達也能探測到距離很遠的目標。另外，脈衝壓縮所採用的編碼長度和類別多種多樣，而線性頻率調製、多相編碼調製等技術也能使雷達波的身材變得又細又高，小火箭在這裡就不一一列舉了。

F-16戰鬥機搭載的APG-68雷達能夠在對空任務和對地任務時根據需要自動調節跟蹤模式，其使用的脈衝多普勒波束銳化技術能夠實現較高清晰度的雷達波束成像，其航路記憶能力有效地避免了因為雜波的影響而瞬間丟失目標的情況。

F-22戰鬥機上搭載的APG-77多模式脈衝多普勒雷達使用了低截獲概率技術，在以高精度探測對方的同時能夠隱匿自身的信號，對較低性能的雷達形成了「單向透明」的優勢。

達索在雷達的應用方面也是很拼的。

雷達不僅僅能夠判斷目標的距離和方位，還能夠測速，而且有的雷達還能夠成像。上圖是某新型雷達對目標飛行器的探測效果。

本文是邢強博士原創文章，騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。

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