雷达

用无线电波为工具来测量目标的位置，就是“雷达”这两个字的基本意义。雷达技术，在最近二十年来得到了迅速地发展。

无线电波能被物体反射的现象是雷达的某础。这种现象远在1897年，俄国的无线电发明家A．C．波波夫在一舰队的军舰上做无线电通信实验的时候就已发现，他注意到恰在两艘相互用无线电通信的军舰中间直线的位置上有第三只船出现时，通信就会中断。A．C．波波夫在自己的实验报告书中认为这是无线电波在目标上有反射作用。并从而指出了实际应用无线电波来测定目标位置和实现雷达的可能性。美国刊物故意捏造情节说是美国人首先发现了雷达的原理，事实上美国人晚了整整25年才重复了A.C.波波夫的著名实验，而不过得到同样的结果。

A.C.波波夫最初所发现的无线电波反射现象在很长的时间没有得到实际地应用。因为无线电通信很多年来使用长波，而显著的无线电波反射必须要电波的波长大约等于目标的尺寸。直到近代无线电技术在超短波、电视和制造精确测量仪器等方面有了发展和成就, 复杂雷达机械的创造方有了可能性。

远在第二次世界大战以前，许多国家就都开始设法创制能在任何可见度情况下，有效地发觉空中进犯者的新式设备。那时的主要防空设备还只有声波测定器、探照灯和光学仪器，而轰炸机的飞行高度, 载重升高能力和速度等方面的增加，需要有相应的更好的防空设备。使得各个国家都在极端秘密的情兄下进行研究，到了第二次世界大战的初期，已经各自独立地建立起了各种初级形式的雷达站。

不同的物体，反射无线电波的程度是不同的。各种物体的电气参数和周围空气介质的不同。金属和一般良导体比起其他物体来具有最大的电波反射特性。

通常用雷达观测的目标是飞机（图1）、轮船等。这些物体反射出来的电波是向各方向散射的。因此发射出去的能量只有很小的一部分被反射回到雷达站的接收机。但这接收机的灵敏度很高，即使反回来很小的能量，在很多情况下已经完全够用。

雷达设备有两种，一种可以连续放射电磁波，而另外一种是放射脉冲波。最简单的连续放射的雷达设备如飞机上的无线电测高计，可以随时测出飞机离地面的真正高度（图2）。发射机振荡的频率受过调制，使发出电波的波长随时间变化。这些电波从地面上反射回到飞机上的接收设备中，和正放射出来的振荡相位上有差别。由这相位差的大小，就可以测定无线电波从飞机到地面往返的路程长度，也就是真正的飞行高度。

脉冲发射方式的雷达实际应用较多，即放射雷波是在一些很短的时间，很均匀的被比较长的停歇时间分开。在停歇时雷达站就完成接收工作。收发既不同时，故天线可以被发射机和接收机共用，只须加上特制的灵活开关，便可交替地把它用于发送或接收。脉冲雷达被广泛使用是因为它可以很简单地测定目标的精确位置，并且可以很容易地同时观测到几个目标。因此下面我们将研究脉冲雷达站的基本原理。

在脉冲雷达站，发现目标并且测定它的距离是用下述方法进行的：发射机在很短的时间内放射电磁波（图3a），例如百万分之一秒，此后发射机便停止工作，雷达站在比较长的停歇时间中（例如等于一千微秒）仅仅做接收的工作。在这个时间里，已经放射出去的脉冲波到达目标，又从目标反射（图3б），并且有一小部分能量返回雷达站（图3в）。这样的过程定期重复着。雷达站的接收设备收到并记录下来两个脉冲——直达波与反射波，而反射脉冲波到达接收机的时间比直达脉冲要迟些，其相差时间就等于脉冲波从雷达站到达目标再反射回来所需要的时间。这个时间，可能只有几微秒，但是近代无线电技术已有可能用阴极射线管来表现微小的时间差，其准确度达几分之一微秒，所以能够准确地测定目标的距离。计算时间差为t的目标距离可用下式：

Д=\(\frac{Ct}{2}\)

式中Д——到达目标的距离（公里）

C——雷波在空中的传播速度，约等于光的速度，即300,000公里／秒。

上式除2因为电波传播到目标之后再反射回到雷达站来，所走距离等于目标距离的二倍。

因为距离Д和时间成比例，在雷达站接收机的输出指示器上（图4）档注的不是时间，而是距离。测定员实际上不需要进行任何计算，可直接读出目标的距离。

除了距离之外，还必须知道目标的方向和高度，方能决定目标的位置。按球面座标系统来决定目标的位置时，系用三个标值来表示，就是直接距离Д、方位角β和仰角ε。知道了这些标值，就可以用下列公式来计算水平距离Дιop（直接距离在地面上的投影）和目标的高度h：

因此如果在测量直接距离的同时，还能够测量它的方位角和仰角便可准确测定目标的位置。

为了测角准确，就必须采用方向性尖锐的天线，把无线电波集聚成很窄的电波束，就像探照灯的光束一样（图7）。天线如果在水平面上旋转，就能够观测一带地区的各部分。接收到反射信号就表示在这地区内有某种目标存在。目标的方位角是用天线座上的方位角度盘来读出的。采用类似的方法，并在垂直平面上改变天线的倾斜度可以测定仰角。

超短波特别是其中公厘波雷达设备所用天线，可以很容易地把电能集聚成窄束放射。图8表示几种公厘波雷达站天线的外形。

采用定向性尖锐的天线能够保证把能量集中在预定的方向，可以很有效的使用发射功率。应用这种天线来接收，又可减小其他方向来的对雷达站的干扰。

由于这种雷达的天线“视角”很小，因此可能把目标漏过去，而没有发现它，为了避免这种情况，通常采用自动反复“视察”的方法。

能够用雷达发观的目标最远距离是多少是具有非常重大意义的。例如能够观测的距离愈远，便能够提前发现敌方轰炸机，发出敌人来临的警告，让自己的驱逐机队和高射炮兵能够及时地做好准备。

发现目标可能的最大距离决定于雷达站发射机的功率和接收机的灵敏度、天线的装置高度、被测目标的体积和组成材料以及被测飞机的飞行高度。

雷达设备的脉冲时间很短，脉冲功率输出可以很大，普通达十万至几百万瓦。但是继续提高发射机的功率也是很困难的。而且接收到的反射信号的强度和距离的四次幂成比例，把发射机的功率增大16倍，雷达设备同样有效的作用距离仅增加一倍。

近代雷达站所采用接收机的灵敏度决定于接收设备输入电路本身的杂音电平。增加雷达天线定向作用的可能性也不是没有限制的。

增加天线高度，也可以增加雷达最远作用距离。按一般超短波的直线传播规律，并计及低空传播的曲率，雷达设备的作用距离可用下式来计算：

式中 hp——雷达站的天线高度，以公尺计，

hc——被测飞机的飞行高度，以公尺计。

如果天线高度hp=9公尺，而飞机的飞行高度hc=6000公尺，代入计算可知飞机在距离290公里时可能被发现。

上面所谈的是各种雷达站设备的工作原理。这些雷达站不仅如上所述，可以用于防空，还广泛地应用在和平生活中，例如在气象学及天文学中，在民用航空及商船队中。（（苏联）H．萨别茨基原著 原文载苏联“无线电”杂志一九五二年第四期 章燕翼、王先华译，本刊改编。）