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电磁之眼——雷达分类一览

作者:宽客吧

雷达的电磁波有一定的穿透能力,具有全天候、全天时的特点,且发射功率大、探测距离远、测量精度较高、可自动搜索并跟踪目标,这些优势使它能在许多领域得到广泛的应用。

1)按应用领域分类

按照用途,雷达可以分成军用、民用两类。

雷达早期发展主要来自军事需求。随着雷达性能的提高及雷达基础科学的发展,特别是高功率发射器件、计算机与高速信号处理技术的快速进步,雷达在国民经济中的应用范围也不断扩大,各种高性能的民用雷达获得了较快的发展。

①军用雷达

军用雷达是获取陆海空天战场全天候、全范围战术情报最主要的手段,是实现远程打击、精确打击的必要手段,在国防军事领域具有极其重要的战略地位,广泛应用于警戒、引导、武器控制、侦查和航行保障等领域。

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②民用雷达

随着雷达技术的不断提高,雷达在民用领域的应用范围不断扩大,覆盖自然灾害预防、飞机导航、气象保障和气象研究等众多领域,在气象、水利、空管等领域发挥着重要作用,应用方向不断趋于细分化和精准化。

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2)按天线扫描方式分类

按天线扫描方式划分,雷达产品可分为机械扫描雷达和相控阵雷达。

机械雷达和相控阵雷达的比较示意图如下:

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二十一世纪初,大陆雷达行业主要以机械扫描雷达为主,机械扫描雷达集中一个位置发射信号波,通过机械转台旋转,让信号波发射到不同的方向,探测不同目标,但其机械转动效率低,探测区域和探测目标有限,不再适应日趋复杂的电磁场发展方向。

近年来,相控阵技术在雷达领域逐渐拓展,与机械扫描雷达通过旋转天线使雷达波束转动不同,相控阵雷达使用“电子移相器”来实现扫描,因而相控阵雷达的反应速度、更新速率、多目标追踪能力、分辨率都有较大的提升,成为目前雷达行业发展的主要方向。

相控阵雷达性能虽然优异,但其技术实现复杂、成本居高不下,因此在很长一段时期主要用于军事用途,价格昂贵是限制其在民用领域实现大规模应用的主要障碍。

3)按波段分类

按波段划分,主要可分为S/C/X等波段雷达(或者分为超视距、微波、毫米波、激光雷达)。波段越长,雷达的搜索范围越大,但是精确度也相对较低。

各波段对应的频率以及应用领域如下表所示:

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中国气象局出台的《气象雷达发展专项规划(2017-2020年)》指出,大陆基本建成了全国新一代天气雷达网,截至2016年底已经完成了全国233部新一代天气雷达建设,其中基本属于S、C波段天气雷达。

偏振雷达气象应用研究初期,科学家们研究主要集中在波长较长的S、C波段双偏振雷达,随着研究的深入,X波段双偏振雷达的优势逐渐显现出来,特别是最近十多年有关X波段偏振雷达气象应用的研究也越来越多。相对于波长较长的偏振雷达,X波段双偏振雷达不仅造价较低、天线体积小、易于操控和移动,而且时空分辨率高,对云中水凝物粒子相态识别也更加精细,能提供更为细致的云中微物理及动力结构信息,为云和降水的发生、发展机理研究提供更为精细的观测数据。

与S、C波段的新一代天气雷达组网观测相比,X波段双偏振天气雷达起填补盲区及精细化探测的作用,其具有以下几个特点:

①波长短,对小粒子的探测能力好,可监测早期对流云的发展;

②体积小,安装方便,可解决一些S、C波段雷达因地物阻挡、地球曲率因素而无法观测到区域的预警问题。

由于在相同波束宽度下雷达天线的尺寸与波长成正比,S及C波段天线直径往往高达5~8米,而X波段天气雷达天线尺寸相对较小,站点建设、雷达架设均更为便捷。对于X波段相控阵天气雷达,其快速扫描特性更有利于对小尺度、生消变化快、致灾性大灾害性强对流天气的探测预警,其波束转换更为灵活,提高了扫描速度,同时在单位时间内也可以获得空间分辨率更为密集的扫描资料。目前X波段雷达能够弥补S、C波段天气雷达近地层的探测盲区。

综上,按不同划分标准,雷达分类较为丰富、复杂。目标多样化、环境复杂化和任务多元化决定了雷达种类的多样性,同时也促使了雷达体制、频段、理论和技术不断发展演进。

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