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電磁之眼——雷達分類一覽

作者:寬客吧

雷達的電磁波有一定的穿透能力,具有全天候、全天時的特點,且發射功率大、探測距離遠、測量精度較高、可自動搜尋并跟蹤目标,這些優勢使它能在許多領域得到廣泛的應用。

1)按應用領域分類

按照用途,雷達可以分成軍用、民用兩類。

雷達早期發展主要來自軍事需求。随着雷達性能的提高及雷達基礎科學的發展,特别是高功率發射器件、計算機與高速信号處理技術的快速進步,雷達在國民經濟中的應用範圍也不斷擴大,各種高性能的民用雷達獲得了較快的發展。

①軍用雷達

軍用雷達是擷取陸海空天戰場全天候、全範圍戰術情報最主要的手段,是實作遠端打擊、精确打擊的必要手段,在國防軍事領域具有極其重要的戰略地位,廣泛應用于警戒、引導、武器控制、偵查和航行保障等領域。

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②民用雷達

随着雷達技術的不斷提高,雷達在民用領域的應用範圍不斷擴大,覆寫自然災害預防、飛機導航、氣象保障和氣象研究等衆多領域,在氣象、水利、空管等領域發揮着重要作用,應用方向不斷趨于細分化和精準化。

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2)按天線掃描方式分類

按天線掃描方式劃分,雷達産品可分為機械掃描雷達和相控陣雷達。

機械雷達和相控陣雷達的比較示意圖如下:

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二十一世紀初,大陸雷達行業主要以機械掃描雷達為主,機械掃描雷達集中一個位置發射信号波,通過機械轉台旋轉,讓信号波發射到不同的方向,探測不同目标,但其機械轉動效率低,探測區域和探測目标有限,不再适應日趨複雜的電磁場發展方向。

近年來,相控陣技術在雷達領域逐漸拓展,與機械掃描雷達通過旋轉天線使雷達波束轉動不同,相控陣雷達使用“電子移相器”來實作掃描,因而相控陣雷達的反應速度、更新速率、多目标追蹤能力、分辨率都有較大的提升,成為目前雷達行業發展的主要方向。

相控陣雷達性能雖然優異,但其技術實作複雜、成本居高不下,是以在很長一段時期主要用于軍事用途,價格昂貴是限制其在民用領域實作大規模應用的主要障礙。

3)按波段分類

按波段劃分,主要可分為S/C/X等波段雷達(或者分為超視距、微波、毫米波、雷射雷達)。波段越長,雷達的搜尋範圍越大,但是精确度也相對較低。

各波段對應的頻率以及應用領域如下表所示:

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中國氣象局出台的《氣象雷達發展專項規劃(2017-2020年)》指出,大陸基本建成了全國新一代天氣雷達網,截至2016年底已經完成了全國233部新一代天氣雷達建設,其中基本屬于S、C波段天氣雷達。

偏振雷達氣象應用研究初期,科學家們研究主要集中在波長較長的S、C波段雙偏振雷達,随着研究的深入,X波段雙偏振雷達的優勢逐漸顯現出來,特别是最近十多年有關X波段偏振雷達氣象應用的研究也越來越多。相對于波長較長的偏振雷達,X波段雙偏振雷達不僅造價較低、天線體積小、易于操控和移動,而且時空分辨率高,對雲中水凝物粒子相态識别也更加精細,能提供更為細緻的雲中微實體及動力結構資訊,為雲和降水的發生、發展機理研究提供更為精細的觀測資料。

與S、C波段的新一代天氣雷達組網觀測相比,X波段雙偏振天氣雷達起填補盲區及精細化探測的作用,其具有以下幾個特點:

①波長短,對小粒子的探測能力好,可監測早期對流雲的發展;

②體積小,安裝友善,可解決一些S、C波段雷達因地物阻擋、地球曲率因素而無法觀測到區域的預警問題。

由于在相同波束寬度下雷達天線的尺寸與波長成正比,S及C波段天線直徑往往高達5~8米,而X波段天氣雷達天線尺寸相對較小,站點建設、雷達架設均更為便捷。對于X波段相控陣天氣雷達,其快速掃描特性更有利于對小尺度、生消變化快、緻災性大災害性強對流天氣的探測預警,其波束轉換更為靈活,提高了掃描速度,同時在機關時間内也可以獲得空間分辨率更為密集的掃描資料。目前X波段雷達能夠彌補S、C波段天氣雷達近地層的探測盲區。

綜上,按不同劃分标準,雷達分類較為豐富、複雜。目标多樣化、環境複雜化和任務多元化決定了雷達種類的多樣性,同時也促使了雷達體制、頻段、理論和技術不斷發展演進。

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