雷达

雷达（英文名：Radar），又称无线电定位，源于Radio Detection and Ranging的缩写，原意是“无线电探测和测距”，是利用电磁波探测目标的一种设备。雷达通过发射电磁波到探测目标并接受其回波，由此获得探测目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方向和高度等信息。

雷达的基本概念形成于20世纪初。1903年，德国工程师完成了探测舰船反射电磁波的试验。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。20世纪50年代，雷达系统已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩等技术，合成孔径的概念已被提出；60年代出现了相控阵雷达。70年代，固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世；80年代，相控阵技术已大量应用于战术雷达，包括美国陆军的“MIM-104防空导弹”和海军的“宙斯盾”等反弹道导弹系统。21世纪初，毫米波频段（通常为94 GHz）的高功率发射机已可用于雷达应用，其平均功率比以往高出100至1000倍。

雷达种类很多，按定位方法分为有源雷达、半有源雷达和无源雷达；按装设地点可分为地面雷达、舰载雷达、航空雷达等；按脉冲种类分为脉冲雷达和连续波雷达等。雷达主要由发射机、收发开关、天线、接收机、显示器组成，主要的应用领域有军事、民航领域等。

词源

“雷达”是英文“radar（radio detection and ranging）”的音译，意为“无线电探测和测距”。

历史

世界

1842年，克里斯蒂安·多普勒率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。1864年，马克斯威尔推导出可计算电磁波特性的公式。早在1886年，德国物理学家H.R.赫兹通过试验，验证了麦克斯韦理论和电磁波的存在性，并指出电磁波可以被金属和绝缘物体散射。1888年，赫兹成功利用仪器产生无线电波。1897年，汤普森展开对真空管内阴极射线的研究。雷达的基本概念形成于20世纪初，但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。1903年，德国工程师完成了探测舰船反射电磁波的试验，并在一些国家取得了专利。1904年，侯斯美尔发明电动镜，是利用无线电回声探测的装置，可防止海上船舶相撞。1906年，德弗瑞斯特发明真空三极管，是世界上第一种可放大信号的主劝电子元件。1916年，古列尔莫·马可尼和本杰明·富兰克林开始研究短波信号反射。1917年，沃森·瓦特成功设计雷暴定位装置。

1922年，意大利物理学家G.马可尼发表了主题为“无线电波可能检测物体”的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发现在其间通过的船舶。同年，马可尼在美国电气及无线电工程师学会发表演说，题目是可防止船只相撞的平面角雷达；美国泰勒和杨建议在两艘军舰上装备高频发射机和接收机以搜索敌舰。1924年，英国阿鲁利顿和奇平巴尼特通过电离层反射无线电测量赛层的高度。美国布莱尔和杜夫用脉冲波来测量“亥维塞”层。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。同年，伯烈特与杜武合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。

20世纪30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1930年，美国海军研究实验室的汉兰德采用连续波雷达探测到了飞机。1931年，美国海军研究实验室利用拍频原理研制雷达，开始让发射机发射还续波，三年后改用脉冲波。1935年，法国古倾研制出用磁控管产生16厘米波长的雷达探测器，可以在雾天或黑夜发现其他船只，这是雷达和平利用的开始。同年，英国沃森·瓦特发明了第一台实用雷达。1936年，美国研制出作用距离达40千米、分辨率为457米、用于探测飞机的脉冲雷达。同年，英国的瓦特在索夫克海岸呆起了英国第一个雷达站。随后英国皇家空军又增设了五个，它们在第二次世界大战中发挥了重要作用。1937年，马可尼公司替英国加建20个雷达站；美国第一个军舰雷达XAF试验成功；瓦里安兄弟研制成高功率微波振荡器，又称逮调管。1938年，英国在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。

雷达的出现，是由于二战期间英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术），用来在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三极电子管和四极电子管，把频率提高到500兆赫以上，这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明频率为3吉赫的磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达，使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。同年，布特与兰特尔发明电子管，又称共振穴磁控管。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584，使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落1架飞机，提高到数十发击中1架飞机。

第二次世界大战结束后，很快进入持续近半个世纪的冷战时期，军备竞赛的刺激等使得雷达技术迅速发展。1940年，英国伯明翰大学的J. T. Randhall和A. H. Boot发明了高频大功率多腔磁控管（multi-cavity-magnetron），开启了远距离探测的大门（雷达两大发明之一）。同年，英国研制了与雷达原理相同的无线电引信。1941年，苏联率先在飞机上装备预警雷达。1943年，麻省理工学院研制出机载雷达平面位置指示器，可将运动中的飞机拍摄下来，他还发明了可同时分辨几十个目标的微波預謦雷达。1944年，马可尼公司成功设计、开发并生产出“布袋式”系统，以及“地毡式”雷达干扰系统。前者用来截取纳粹德国的无线电通信，而后者則用来装备英国皇家空军的轰炸机队。1947年，英国贝尔电话实验室研制出线性调频脉冲雷达。20世纪40年代后期出现了动目标显示技术，有利于在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达须发射相干信号，促使研制出功率行波管、速调管和前向波管等器件。50年代，雷达系统已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩等技术，合成孔径的概念已被提出。50年代中期，美国装备了超视距预警雷达系统，可以探寻超昔速飞机，不久又研制出脉冲多普勒雷达。1959年，通用电气电器公司研制出弹道导弹预警雷达系统，可发跟踪3000英里外，600英里高的导弹，预警时间为20分钟。

20世纪60年代出现了相控阵雷达，应用最广泛的是/AN/SPS-48频扫三坐标雷达。1964年，关国装置了第一个空间轨道监视雷达，用于监视人造卫星或空间飞行器。70年代，对雷达增加数字处理能力的工作加速进行，同时固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世，第一部搭载合成孔径雷达载荷的星载海洋卫星（SeaSat）升空（分辨率为25米×25米）。1971年，加拿大伊朱卡等人发明全息矩阵雷达。与此同时，数字雷达技术在美国出现。80年代，相控阵技术已大量应用于战术雷达，包括美国陆军的“MIM-104防空导弹”和海军的“宙斯盾”等反弹道导弹系统，都可实现批量生产，甚高速集成电路已开始实用。

美苏冷战结束后，由于两次海湾战争和科索沃战争等高科技局部战争的实践与刺激，雷达又进入了一个新的发展时期。这一时期的突出特点是信息技术、空间技术和新材料等与雷达系统的紧密结合。有人/无人机载合成孔径雷达已成为对敌方纵深要地侦察与成像探测以及战果评估的重要技术手段。在第一次海湾战争中，美国军队首次使用空军/陆军联合监视目标攻击雷达系统（Joint STARS或JSTARS）探测、定位、跟踪敌方价值很高的固定目标和运动目标，该系统的核心即为/AN/APY-33型雷达，具备合成孔径成像和地面动目标显示能力。多功能相控阵雷达已成为机载火控雷达发展的主要方向。此外，认知雷达、综合射频孔径、多输入多输出雷达、通信雷达—体化等新概念、新技术也是雷达领域的研究热点，极大地推动着雷达技术的进步与发展。1993年，美国曼彻斯特市德雷尔·麦吉尔发明了多塔查克超智能雷达。

21世纪初，数字技术的进步推动了信号和数据处理技术的进一步发展，其目标是开发（几乎）全数字相控阵雷达。毫米波频段（通常为94 GHz）的高功率发射机已可用于雷达应用，其平均功率比以往高出100至1000倍。

中国

中国雷达技术从20世纪50年代初开始发展，已成功研制出用于防空的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达、再入段靶场测量与回收雷达，成功装备部队。研制的大型雷达还可用于观测中国和其他国家发射的人造卫星。在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用；研制的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘学地图。研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，工作频率已扩展至毫米波、太赫兹和激光等频段。

分类

雷达种类很多，可从多种维度进行划分：

1.雷达按照用途可以分为军用雷达和民用雷达。军用雷达包括警戒雷达、制导雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、敌我识别雷达等；而民用雷达包括导航雷达、气象雷达、测速雷达等。

2.按照雷达信号形式分类，有脉冲雷达、连续波雷达、脉部压缩雷达和频率捷变雷达等。

3.按照角跟踪方式分类，有单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。

4.按照目标测量的参数分类，有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和敌我识对雷达、多站雷达等。

5.按照雷达采用的技术和信号处理的方式有相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。

6.按照天线扫描方式分类，分为机械扫描雷达、相控阵雷达等。

7.按雷达频段分，可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。

8.按定位方法分：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。

9.按装设地点分：地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。

工作原理

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号变弱，距离过远会被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

距离测定

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为S=CT/2。

其中，S为目标距离，T为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C为光速。

方向测定

雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气的组合，雷达把天线指向要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出此时天线的指向角，就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。

雷达天线方向性：辐射功率与方位的关系。

重要参数：

θv——天线垂直波束宽度：

在垂直方向，半功率点之间的夹角（15°~30°）。

θh——天线水平波束宽度：

在水平方向，半功率点之间的夹角（0.7°~1.3°）。

强调：在水平方向上，θh很小——具有高度定向性。

速度的测定

测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，雷达测速利用了物理学中的多普勒原理：当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度。通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。

雷达的技术指标主要包括作用距离、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度等。其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。

硬件组成

各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及显示器，还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

发射机

可对频率源产生的小功率射频信号进行放大或者直接自激振荡产生高功率信号。它的平均功率可在毫瓦量级和兆瓦量级之间。

收发开关

其功能是在雷达发射时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射结束后断开发射支路，由天线截获的目标散射的回波信号进入接收支路。收发开关一般由特殊的充气管或铁氧环行器与半导体开关器件组成。

天线

把发射电磁波能量辐射到空间，并在接收时收集回波能量的设备。天线几乎都是定向的，把能量辐射到窄波束中，以此聚集功率判定目标方向，即可作为空间滤波器，提供角度分辨等能力。天线波束采用机械转动或电子扫描的方式对一定的空域进行扫描。

接收机

将接收到的微弱信号放大到可检测到其存在的电平，一般采用超外差式接收技术。在接收机前端通常有一个低噪声高频放大器。放大后的信号和本振信号混频生成中频信号。模拟式信号处理（如脉冲压缩和动目标显示等）在中频放大级进行处理，检波后将目标信号输至显示器；采用数字信号处理时，为降低处理运算的速率，应把信号混频至零中频，进行数字采样、数字信号处理等。

显示器

把雷达获得的、经过处理的有用信息显示给雷达观察员的设备。通常是把这些信息显示在阴极射线管荧光屏上。最常见的显示器是搜索雷达用的平面位置显示器，它的优点是能把雷达四周的目标全部直观地显示出来。对于先进的雷达，信息经数字处理后还输送给平面位置显示器，用以消除荧光屏上剩余的杂波和噪声。另外，还可将地图重叠到显示器上。

波段划分

雷达波段（radar 频率 band）是指雷达发射电波的频率范围。其度量单位是赫兹（Hz）或周/秒（C／S）。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30－300000兆赫，相应波长为10米至1毫米，包括甚高频（VHF）、特高频（UHF）、超高频（SHF）、极高频（EHF）4个波段。第二次世界大战期间，为了保密，用大写英文字母表示雷达波段。将230~1000兆赫称为P波段、1000~2000兆赫称为L波段、2000~4000兆赫称为S波段、4000~8000兆赫称为C波段、8000~12500兆赫称为X波段、12.5~18千兆赫称Ku波段、18~26.5千兆赫称K波段、26.5~40千兆赫称Ka波段。

雷达波段通常指波长范围为1mm~100m的电磁波段。在1GHz以下，由于通信和电视等占用频道，频谱拥挤，一般雷达较少采用，只有少数远程雷达和超视距雷达采用这一频段；高于15GHz时，空气水分子吸收严重；高于30GHz时，大气吸收急剧增大，雷达设备加工困难，接收机内部噪声增大，只有少数毫米波雷达工作在这一频段。

波段标准

由于最早的雷达使用的是米波，这一波段被称为P波段（P为Previous的缩写，即英语“以往”的字头）。

该系统十分繁琐、而且使用不便。终于被一个以实际波长划分的波分波段系统取代，这两个系统的换算如下：

原P波段=现A/B波段

原L波段=现C/D波段

原S波段=现E/F波段

原C波段=现G/H波段

原X波段=现I/J波段

原K波段=现K波段

应用领域

军事领域

军事应用一直是雷达应用最主要的领域。早在20世纪30年代，作为防御重型军用战略轰炸机的有效手段，雷达起到了决定性的作用。雷达是防空系统及其他作战系统的一个重要组成部分，包括对敌方飞机和舰船等目标的搜索和攻击引导；对导弹和卫星等目标的精密跟踪测量和火控；敌我识别系统，用于探明目标是敌机还是我机（友机）。自50年代末出现弹道导弹威胁后，使用雷达对导弹进行探测，识别真假弹头，并制导反弹道导弹导弹拦截，一直受到积极关注。

民事领域

民事应用主要包括遥感类、机场和海港管理以及其他应用。

1.遥感类：所有雷达都是遥感器，可实现对环境的准确感知。如气象雷达通过观测数百千米外的台风中心，可对恶劣天气提前发出警报，测知台风行进速度及移动方向等；星载高度计雷达能够获取全球高精度水准面等。

2.机场：空中交通管制雷达已成为现代机场必备的设备。无论在黑夜还是能见度差的云雾天气条件下，机场内飞机均起落频繁，且要求安全正点起落。现代机场配备有航线监视雷达、空中监视雷达、高分辨力航空港监视雷达等，对较远距离飞机、四周飞机及跑道上的飞机进行实时监控。

3.港口：海港或河港等船舶进出频繁，需使用雷达设备提供多类型服务，如监视、指挥和进港导航等，以避免灾难。

4.其他应用：探地雷达可用来寻找或监测埋于地下的公共管线或定位掩埋在地下深处的古代遗迹；使用能够穿透遮蔽金星表面云层的雷达，对金星表面进行测绘学；雷达对昆虫学家或鸟类学家更好地理解昆虫和鸟类迁徙习性等方面也有重要帮助，这对全球粮食安全具有重要意义。

发展趋势

随着需求的扩展和工艺的进步，雷达技术在宽带化、多功能化和智能化等多个方向快速发展，在器件、频段、体制和前沿技术等方面不断取得突破。

相控阵雷达特别是固态相控阵雷达可靠性极高，可采用与雷达搭载的飞机或卫星等外形贴合的共形天线。毫米波和激光雷达的波段信号在大气层内衰减严重，但适于卫星或宇宙飞船上的工作，即使天线很小也能获得很高的定位精度和分辨力。氮化镓（GaN）等先进材料的使用在提升雷达设备的小型化和可靠性等方面具有重要意义，微波光子器件的应用也将对雷达带宽提升产生重要影响。此外，通过把多种雷达组合成网，获得更多的测量自由度，可有效提高军用雷达生存与抗干扰能力。智能天线和自适应信息处理等新一代技术，也是雷达技术的重要研究课题。

参考资料

radar.Britannica.2024-01-09

雷达.中国大百科全书.2025-07-08

军事百科知识——雷达.重庆电子科技职业大学.2025-07-10

国产新型反导雷达横空出世 令红旗9不惧周边国家导弹.新浪军事.2025-07-10

今天，我开始在大兴机场为您领航!.中国电科第十四研究所.2025-07-10