电子武器科技知识(上)(青少年高度关注的前沿武器科技)

第8章 军用雷达

总述

军用雷达是利用电磁波发现目标并测定其位置、速度和其他特性的军用电子装备。

雷达具有发现目标距离远,测定目标坐标速度快,能全天候使用等特点。因此在警戒、引导、武器控制、侦察、航行保障、气象观测、敌我识别等方面获得广泛应用,成为现代战争中一种重要的电子技术装备。

原理和组成

典型的雷达是脉冲雷达,主要由天线、收发转换开关、发射机、接收机、定时器、显示器、电源等部分组成。

发射机产生强功率高频振荡脉冲。具有方向性的天线,将这种高频振荡转变成束状的电磁波(简称波束),以光速在空间传播。电磁波在传播过程中遇到目标时,目标受到激励而产生二次辐射,二次辐射中的一小部分电磁波返回雷达,为天线所收集,称为回波信号。

接收机将回波信号放大和变换后,送到显示器上显示,从而探测到目标的存在。为了使雷达能够在各个方向的广阔空域内搜索、发现和跟踪目标,通常采用机械转动天线或电子控制波束扫描的方法,使天线的定向波束以一定的方式在空间扫描。

定时器用于控制雷达各个部分保持同步工作。收发转换开关可使同一副天线兼作发射和接收之用。电源供给雷达各部分需要的电能。目标的距离是根据电磁波从雷达传播到目标所需要的时间(即回波信号到达时间的一半)和光速(每秒30万公里)相乘而得的。目标的方位角和仰角是利用天线波束的指向特性测定的。

根据目标距离和仰角,可测定目标的高度。当目标与雷达之间存在相对运动时,雷达接收到目标回波的频率就会产生变化。这种频移称为多普勒频移,它的数值与目标运动速度的径向分量成正比。据此,即可测定目标的径向速度。

战术技术性能

主要包括:雷达的最大作用距离,最小作用距离,方位角和仰角工作范围,精确度,分辨力,数据率,反干扰能力,生存能力,机动性、可靠性、维修性和环境适应性;以及雷达的工作体制,载波频率,发射功率,信号形式,脉冲重复频率,脉冲宽度,接收机灵敏度,天线的波束形状和扫描方式,显示器的形式和数量等。

精确度,指雷达测定目标的方位、距离和高度等数据时偏离其实际值的程度。分辨力,指雷达在方位、距离和仰角上分辨两个相邻目标的能力。反干扰能力,指雷达抑制敌方施放的有源干扰和无源干扰以及自然界存在的地物、海浪与气象干扰的能力。

通常采取的反干扰措施有:将各种不同频段、不同类型的雷达组成雷达网,互相利用数据,对干扰飞机进行多站定位;展宽雷达工作频段,快速电子跳频,降低天线副瓣电平,增大发射功率、脉冲压缩、脉冲多普勒滤波等。

分类

雷达有多种不同的分类方法。按照任务不同,可分为:

用于警戒和引导的雷达

对空情报雷达。用于搜索、监视和识别空中目标。它包括对空警戒雷达、引导雷达和目标指示雷达,还有专门用来探测低空、超低空突防目标的低空雷达。

对海警戒雷达。用于探测海面目标的雷达。一般安装在各种类型的水面舰艇上或架设在海岸、岛屿上。

机载预警雷达。安装在预警机上,用于探测空中各种高度上(尤其是低空、超低空)的飞行目标,并引导己方飞机拦截敌机、攻击敌舰或地面目标。它具有良好的下视能力和广阔的探测范围。

超视距雷达。利用短波在电离层与地面之间的跳跃传播,探测地平线以下的目标。它能及早发现刚从地面发射的洲际弹道导弹(见洲际导弹)和超低空飞行的战略轰炸机等目标,可为防空系统提供较长的预警时间,但精度较低。

弹道导弹预警雷达。用来发现洲际、中程和潜地弹道导弹,并测定其瞬时位置、速度、发射点、弹着点等弹道参数。

用于武器控制的雷达

炮瞄雷达。用于连续测定目标坐标的实时数据,通过射击指挥仪控制火炮瞄准射击。有地面型和舰载型。

导弹制导雷达。用于引导和控制各种战术导弹的飞行。有地面型和舰载型。

鱼雷攻击雷达。安装在鱼雷艇和潜艇上,用于测定目标的坐标,通过指挥仪控制鱼雷攻击。

机载截击雷达。安装在歼击机上,用于搜索、截获和跟踪空中目标,并控制航炮、火箭和导弹瞄准射击。

机载轰炸雷达。安装在轰炸机上,用于搜索和识别地面或海面目标,并确定投弹位置。

末制导雷达。安装在导弹上,在导弹飞行的末段,自动控制导弹飞向目标。

弹道导弹跟踪雷达。在反导武器系统和导弹靶场测量中,用于连续测定飞行中的弹道导弹的坐标、速度,并精确预测其未来位置。

用于侦察的雷达

战场侦察雷达。陆军侦察分队用于侦察和监视战场上敌方运动中的人员和车辆。

炮位侦察校射雷达。地面炮兵用于侦察敌方火炮发射阵地位置,测定己方弹着点的坐标,以校正火炮射击。

活动目标侦察校射雷达。用于测定地面或海面的活动目标,并测定炮弹炸点或水柱对目标的偏差以校正地炮或岸炮射击。

侦察与地形显示雷达。安装在飞机上,用于侦察地面、海面的活动目标与固定目标和测绘地形。它采用合成孔径天线,具有很高的分辨力;所获得的地形图像,清晰度与光学摄影相接近。

用于航行保障的雷达

航行雷达。安装在飞机上,用于观测飞机前方气象情况、空中目标和地形地物,以保障飞机安全飞行。

航海雷达。安装在舰艇上,用于观测岛屿和海岸目标,以确定舰位,并根据所显示的航路情况,引导、监督舰艇航行。

地形跟随与地物回避雷达。安装在飞机上,用于保障飞机低空、超低空飞行安全。它和有关机载设备结合起来,可使飞机在飞行过程中保持一定的安全高度,自动避开地形障碍物。

着陆(舰)雷达。在复杂气象条件下,用于引导飞机安全着陆或着舰。通常架设在机场或航空母舰甲板跑道中段的一侧。

有些雷达上还装有雷达敌我识别系统,用于判定所发现目标的敌我属性。它由配属于各种雷达的询问机和安装在己方各种飞机、舰艇上的应答机(或询问应答机)组成,以密码问答方式完成对目标的识别。

用于气象观测的气象雷达

可探测空中云、雨的状态,测定云层的高度和厚度,测定不同大气层里的风向、风速和其他气象要素。它包括测雨雷达、测云雷达、测风雷达等。此外,按雷达架设位置的不同,可分为地面雷达、机载雷达、舰载雷达、导弹载雷达、航天雷达、气球载雷达等。

按工作频段不同,可分为米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达、毫米波雷达等。

按发射信号形式不同,可分为脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达等。

按天线波束扫描控制方式不同,可分为机械扫描雷达、机电扫描雷达、频扫雷达和相控阵雷达等。

历史

20世纪20年代末至30年代初,许多国家开展了对雷达的研究。1936年,英国人R.A.沃森-瓦特设计的“本土链”对空警戒雷达,部署在英国泰晤士河口附近,投入使用。该雷达频率为22~28兆赫,对飞机的探测距离可达250公里。到1941年,沿英国海岸线部署了完整的雷达警戒网。1938年,英国又研制出最早的机载对海搜索雷达ASVMarkII。同年,美国海军研制出最早的舰载警戒雷达XAF,安装在“纽约”号战列舰上,对飞机的探测距离为137公里,对舰艇的探测距离大于20公里。在此期间,苏联、德国、日本等国也各自研制出本国的雷达用于战争。

20世纪40年代,由于微波多腔磁控管的研制成功和微波技术的发展,出现了微波雷达。它具有测量精度高、体积小、操作灵活等优点,因而雷达的用途逐步扩大到武器控制、炮位侦察、投弹瞄准等方面。美国在1943年中期研制成最早的微波炮瞄雷达AN/SCR-584,工作波长为10厘米,测距精度为±22.8米,测角精度为±0.06度,它与指挥仪配合,大大提高了高炮射击的命中率。1944年,德国发射V-1导弹袭击伦敦时,最初英国击落一枚V-1导弹平均需要发射上千发炮弹,而使用这种炮瞄雷达后,平均仅需50余发炮弹。

20世纪50~60年代,航空和空间技术迅速发展,超音速飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等都以雷达作为探测和控制的重要手段。20世纪60年代中期以来研制的反洲际弹道导弹系统,使雷达在探测距离、跟踪精度、分辨能力和目标容量等方面获得了进一步提高。

发展趋势

雷达的工作频段将继续向电磁频谱的两端扩展;应用微电子学和固态技术成果,将实现雷达的小型化;利用计算机管理和控制雷达,将实现操作、校准、性能和故障检测的自动化,并发展自适应抗干扰技术;在中小型地面、舰载、机载雷达中,相控阵技术将获得广泛应用,以实现雷达的多功能;将提高雷达对目标实际形象、尺寸大小、运动姿态和诱饵识别的能力,增强雷达抗核袭击和抗反辐射导弹摧毁的能力;并将发展新的雷达体制如多基地雷达、无源雷达、扩频雷达、噪声雷达等。

冯文远编著

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