1.5 雷达的应用

雷达技术是典型的军民两用技术，已广泛应用于地面、海上、空中和太空。地基雷达主要用于气象探测、对空中和太空目标进行探测、定位、跟踪和识别；船载雷达除探测空中和海面目标外，还可用作导航工具；机载雷达除用于探测空中、地面或海面目标外，还用作大地测绘、地形回避及导航；星载雷达主要用于地球观测、地面和海上目标监视等。此外，在宇宙飞行中，雷达还可用来控制宇宙飞船的飞行和降落，等等。下面给出雷达在不同领域中应用的一些典型例子[3，5]。

1.5.1 民用雷达的应用

1.遥感雷达

安装在卫星或飞机上的高分辨率成像雷达，可以作为微波遥感设备。它主要感知地球物理方面的信息，由于具有距离、方位上的二维高分辨率（有些雷达甚至还具有同时测高功能，因而具有三维成像能力），因而可对地形、地貌等成像。雷达遥感也参与地球资源的勘探，其中包括对海洋情况、水资源、冰覆盖层、农业、森林、地质结构及环境污染等进行测量和地图描绘。穿透成像雷达具有穿透植被和地面进行探测成像的能力，可用于探测地下管道、地雷和考古学研究。在雷达天文学研究中，也利用此类雷达来探测月亮、行星等天体。

图1-12示出了2007年12月发射的加拿大星载合成孔径雷达RADARSAT-2 的示意图。该合成孔径成像雷达工作在C波段，具有全极化成像测量能力。

2.气象雷达

用来测量暴风雨等各种气象参数、云层的位置及其移动路线等。气象雷达观测的不是“点”目标，而是体积很大的目标，所以在发射功率性能等方面的要求与其他类型的雷达有所不同，可以低一些。

图1-13示出了位于日本Shigaraki的MU大气测量雷达。MU大气测量雷达（左）是世界上最为复杂的雷达系统之一。MU雷达于1985 年建造，由日本京都大学（Kyoto University）无线电大气科学中心负责运行，用于对中层和上层大气的遥感观测。该雷达属于有源固态相控阵列雷达，中心频率46.5MHz，带宽1.65MHz。其天线阵列（中）是由475 副Yagi天线组成的圆形阵列，阵列面积8330m2（直径103m）。发射机（右）则由475 个各自峰值功率2.4kW、平均功率120W的固态发射机组成。

3.空中交通管制雷达

在现代航空飞行运输体系中，对于机场周围及航线上的飞机，都要实施严格的交通管制。空中交通管制雷达兼有警戒雷达和引导雷达的作用，故也称为机场监视雷达，它与二次雷达（即空管雷达信标系统）配合起来应用。二次雷达地面设备发射询问信号，机上接到信号后，用编码的形式，发出一个回答信号，地面收到应答信号后，在交通管制雷达显示器上显示。空中交通管制雷达和二次雷达组成的雷达系统，可以鉴定空中目标的高度、速度和属性，用以识别目标。

ASR-9机场监视雷达系统如图1-14所示。该雷达工作于S波段（2.7～2.9GHz），峰值功率1.3MW，天线波束宽度为1.4°，转速为12.5rpm，作用距离为90～100km，并提供机场附近的空中交通覆盖。ASR-9天线反射面顶部的阵列天线用于联邦航空局的空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）。

4.港口交通管制雷达

海上交通与内河航运的迅速发展，需要对航道及港口实施严格的交通管理。港口交通管制雷达承担监视港内船舶动向、确切掌握进港、出港船舶的调度和登记任务，并与港务部门保持联系。

5.宇宙航行用雷达

这种雷达用来控制飞船的交会和对接，以及在月球上的着陆。某些地面上的雷达用来探测和跟踪人造卫星。

此外，在飞机导航、航道探测（用以保证航行安全）、公路上车速测量、汽车防撞等方面，雷达也在发挥越来越重要的作用。

1.5.2 军用雷达的应用

1.早期预警雷达

这是一种超远程雷达，其主要任务是探测弹道导弹的发射，以便及早发出警报。现代早期预警雷达的特点是其作用距离可远达数千千米，并具有一定的目标坐标测量精度和目标识别能力。这种雷达不但能在弹道导弹发射后的上升段发现导弹，而且还可用于对战略轰炸机的探测和识别。

2.搜索和警戒雷达

其任务是发现飞机、战术弹道导弹和巡航导弹等，一般作用距离在400～600km。一般对这类雷达测定坐标的精确度和分辨率要求不高。对于承担保卫重点城市或建筑物任务的中程警戒雷达，要求其有360°全方位的搜索空域。

3.引导指挥雷达（监视雷达）

这种雷达用于对歼击机的引导和指挥作战，民用的机场调度雷达也属这一类。其特殊要求是：（1）对多批次目标能同时检测；（2）测定目标的三个坐标，要求测量目标的精确度和分辨率较高，特别是目标间相对位置数据的精度要求较高。

图1-15所示为TPS-1 1 7 可移动三坐标军用对空监视雷达，该雷达工作于L波段，中心频率为1.3GHz，有14%的带宽。其平面相控阵天线在方位上的转速为6rpm，而在0～20°仰角范围内为笔形波束电子扫描。方位波束宽度为3.4°，仰角波束宽度为2.7°。该雷达的架设时间为8人45min。

4.火控雷达

火控雷达的基本任务是控制火炮、地空导弹等对空中目标进行瞄准攻击，因此要求精确测定目标的坐标，并迅速地将射击数据传递给射击单元。此类雷达的作用距离较小，一般只有几十千米，但测量的精度要求很高。

图1-16所示为美国陆军“阿帕奇”直升机上的“长弓”Ka波段火控雷达，该雷达的工作频率为35GHz，它装在合叶片转动的直升机顶部的天线罩中。

5.制导雷达

它和火控雷达一样同属精密跟踪雷达，不同之处在于制导雷达对付的是飞机、弹道导弹和巡航导弹等。在测定它们的运动轨迹的同时，再控制导弹去攻击目标。制导雷达要求能同时跟踪多个目标，并对分辨率要求较高。这类雷达天线的扫描方式往往有其特点，并随制导体制而异。现代制导雷达越来越多地采用相控阵列雷达。

6.战场监视雷达

这类雷达用于发现坦克、军用车辆、人和其他在战场上的运动目标。现代战场监视雷达多采用SAR和GMTI相结合的体制。

美国用于战场侦察与监视的无人机载的合成孔径成像雷达如图1-17所示。左图为美国Sandia国家实验室和General Atomics公司联合研制的无人机载合成孔径成像雷达（SAR），具有高达10cm的成像分辨率、多种工作模式，包括条带式（Stripmap）SAR、聚束式（Spot-light）SAR、地面运动目标指示（GMTI）和相干变化检测（CCD）等功能。右图为该雷达对地面坦克在分辨率分别为1m（右上）、30cm（右中）和10cm（右下）时的SAR成像结果，显示出雷达高分辨率的重要性。

7.机载预警雷达

这是一种装载在中型或大型飞机上的预警雷达。近年来由于低空和超低空袭击的威胁日益严重，为了及早发现这类目标并采取相应对策，可由一部机载预警雷达来完成对地面搜索和引导指挥雷达的功能。由于地面雷达低空盲区以及视距的限制，它对低空飞行目标的探测距离很近，而装在预警飞机上的预警雷达可以登高而望远。20世纪70年代，把具有脉冲多普勒体制的预警雷达装在预警机上，可以保证能在很强的杂波背景下仍能把目标信号检测出来。20多年来，由于雷达技术的发展，机载预警雷达同时兼有引导指挥雷达的功能，此时预警机的作用等于把区域防空指挥所从地面搬上了飞机，使其成为一个完整的空中预警和控制系统。

典型机载预警、指挥和控制雷达如图1-18所示。左上图为美国海军E-2C“鹰眼”战术机载预警雷达（UHF波段），右上图为美国空军E3 机载告警与控制系统（AWACS，S波段）雷达，下图为以色列“费尔康”（Phalcon）机载早期预警、指挥和控制雷达系统（AEWC&C，UHF/VHF/HF波段）。在现代战争中，这类雷达在实时情报侦察、全天候预警、攻击与拦截指挥、控制、以及通信中继等方面发挥着极其重要的作用。

8.其他类型的机载雷达

除机载预警雷达外，其他类型的机载雷达主要有如下几种。

机载截击雷达：当歼击机按照地面指挥所命令，接近敌机并进入有利空域时，就利用装在歼击机上的截击雷达，准确地测量敌机的位置，以便进行攻击。它要求测量目标的精确度和分辨率高；

机载护尾雷达：它用来发现和指示机尾后面一定距离内有无敌机。这种雷达结构比较简单，不要求测定目标的准确位置，作用距离也不远；

机载导航雷达：用以显示地面图像，以便在黑夜和恶劣气象条件（如大雨、浓雾等）下，飞机能正确航行。对这种雷达的分辨率要求较高；

机载火控雷达：20 世纪70 年代后的战斗机上火控系统的雷达往往是多功能的。它能空对空搜索和截获目标，空对空制导导弹，空对空精密测距和控制机炮射击，空对地观察地形和引导轰炸，进行敌我识别和导航信标的识别，有的还兼有地形跟随和回避的作用，一部雷达往往具有传统上七八部雷达的功能。

对于机载雷达共同的要求是体积小、重量轻、工作可靠性高。

9.目标特征信号测量雷达

经过特殊设计用于雷达目标特征信号测量的雷达系统，分为静态测量和动态测量两类。静态测量雷达一般用于微波暗室、静态测试外场；动态测量雷达兼具运动目标跟踪和特征信号测量能力，多用于试验靶场。

位于美国国立散射测试场（RATSCAT）的双站多波段测量雷达（BICOMS）如图1-1 9所示。该雷达系统覆盖了1～18GHz（L、S、C、X、Ku）和34～36GHz（Ka）共6 个频段，可以完成对低可探测性目标进行单站和双站的宽带散射特征测量。该雷达系统包括固定雷达单元和移动雷达单元两大部分。图1-19所示分别为该测量雷达系统的固定雷达单元（中上）、移动雷达天线单元（左下）和移动雷达收发设备（右下）。

美国用于空间目标电磁特征靶场测量的多个雷达系统如图1-20所示。这些雷达系统由美国MIT林肯实验室主导设计和研制，包括如下几部雷达：UHF/L波段TRADEX雷达（左上）、VHF/UHF波段ALTAIR雷达（右上）、C波段ALCOR雷达（左下）和毫米波（mmW）雷达（右下）。TRADEX雷达是其第一代洲际弹道导弹跟踪测量雷达，最早建于1962年，工作在UHF/L波段，后于1972年重建并改为L/S波段。ALTAIR是第二代空间目标跟踪测量雷达，于20世纪70年代初建，并于80 年代初得到改进。ALCOR是第一部具有对再入目标及其尾流进行测量和成像能力的高分辨率成像雷达，具有512MHz带宽，于1970年装备。毫米波雷达于1983年装备，具有1GHz调频带宽，主要用于增加尺度测量的精度和建立毫米波目标特征数据库。

10.无线电高度表（测高仪）

它装置在飞机或导弹上。这是一种连续波调频雷达，用来测量飞机离开地面或海面的高度。

11.雷达引信

这是装置在炮弹或导弹头上的一种小型雷达，用来测量弹头附近有无目标，当距离缩小到弹片足以击伤目标的瞬间，使炮弹（或导弹头）爆炸，提高命中率。

应该指出的是，在现代空天和对地观测或武器系统中，通常并不限于采用单一的感知系统，而是多种先进传感器系统协同工作。以美国的弹道导弹防御（BMD）中的雷达系统为例，现阶段的BMD系统，其感知系统包括天基国防支援计划（DSP）卫星、天基红外系统（SBIRS）、地基早期预警雷达（UEWR）、地基和海基X波段高分辨率雷达（XBR）以及拦截导引头的可见与红外传感器等。美国弹道导弹防御系统中的雷达系统如图1-21示。左上图为升级的早期预警雷达（UEWR），右上图为X波段高分辨率地基雷达（XBR），下图为这两部大型雷达在BMD系统中的作用示意图。UEWR为UHF波段雷达，用于弹道导弹发射后主动段（上升阶段）和早期中段的探测和跟踪。XBR为X波段宽带高分辨率雷达，其带宽达到1.3GHz甚至2GHz，用于对中段（自由飞行段）和再入段（下降阶段）真假弹头的探测、跟踪和识别。