史上最淺顯易懂的雷達基礎知識

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一、什么是雷達

小時候看西游記，覺得里面的千里眼、順風耳非常神奇，要是人類也能擁有這個能力就好了。其實當時不知道，人類在二戰的時候就已經擁有了這種能力，只不過借助的不是神話，而是科技。人類發明的雷達遠在百公里、千公里之外就能發現敵方并對其進行精確定位，它已是現代戰爭核心裝備，被稱為現代戰爭的 “眼睛”。

本文將以非常淺顯易懂的方式解釋雷達的工作原理，了解雷達是如何發現并定位目標的。但是在了解雷達原理之前，首先我們得搞清楚什么是雷達。雷達一詞其實是英文“Radar”的音譯，源于Radio Detection and Ranging，原意是無線電探測和測距。即用無線電(電磁波)方法發現目標并測定其空間位置的裝置就稱之為“雷達”。只不過，隨著雷達技術的發展，現代雷達的作用已遠超出探測和定位的范疇，雷達不僅可以對目標進行定位，還可以測量目標的速度、對目標進行成像甚至測量目標的大小和材料特性。

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二、雷達的工作原理

小時候我們就知道“回聲”現象，當你對著大山或高大的建筑大喊一聲后，只要在合適的距離上(該距離最近你能把回聲和原聲分開，最遠回聲還沒衰減到你的聽力之下)你就能聽到回聲。假如你手上有一個精確的定時器，能分別將你發聲的時間t1和聽到回聲的時間t2記錄下來，那么你就可以根據聲音在空氣中的傳播速度計算出大山或高大建筑與你的距離：

R=vt/2

其中v為聲波在空氣中的傳播速度，t=t2-t1為回聲和發聲之間的時間延遲。之所以要除以2，是因為聲波從你到反射體，再從反射體反射回來一共跑了兩趟。

人靠聲音對目標進行定位，而雷達是通過電磁波對目標進行定位。其實電磁波和聲波相似，都是自然界的一種波動現象，波的反射、折射、衍射、散射等現象，電磁波一個不落，全部具有。回聲現象利用聲波遇到障礙物產生反射對其定位，那么雷達就是利用電磁波遇到目標產生反射(或稱為二次散射)來對其定位。通過與回聲現象產生機理進行類比，雷達要發現目標至少需要3個裝置，即發射機，用于產生和發射電磁波，相當于人的嘴巴用來產生聲波；接收機，用于接收目標反射回來的電磁波，相當于人的耳朵來收聽回波聲音；另外一個就是精確的計時系統，用于記錄電磁波從發射到接收之間的時間差。然后根據相同的計算公式來計算目標的距離

R=ct/2

其中c=30萬公里/s，是電磁波在空中的傳播速度，其實就是光速。

其中發射和接收電磁波還要必須用到另一個非常重要的裝置——雷達天線。雷達天線實際上是一個能量轉換裝置。能實現電信號和電磁波信號之間的轉換，發射天線能將發射機產生的電信號轉換為電磁波向空間輻射出去，接收天線能將從空間中接收到的電磁波信號轉換為電信號送入接收機。天線除了作為能量轉換器，還有另外一個作用，將電磁波以特定的角度定向發射出去，或者只接收特定角度的電磁波。通常發射天線和接收天線指向同一個方向(實際上大多數雷達發射和接收就是同一個天線，通過收發開關進行收發切換)。天線越大，其指向性越好，在某些大型雷達中，天線能將電磁波的絕大部分能量聚集于1度甚至更小的角度內，如果目標在此角度內，雷達能接收到目標的回波，否則不能。因此可以利用天線的指向來測量目標的角度。

雷達除了能測量目標的距離和角度(方位、俯仰)之外，還可以測量目標的速度。雷達是利用運動目標產生的多普勒效應來測速的。初中物理告訴我們，當火車朝我們駛來的時候，其聲音更加尖銳，當火車遠離我們而去時，其聲音更加低沉。這都是因為火車的運動會使聲音的頻率發生變化，其實這就是多普勒效應。當火車靠近我們時，聲音的頻率變高所以聽起來更尖銳，而當火車遠離我們時，聲音的頻率減小，所以聲音變得低沉。這些因為火車運動增加或減小的頻率就稱為多普勒頻率。同樣，運動的目標會改變電磁波的頻率，即產生多普勒頻率。和聲波一樣，多普勒頻率與目標運動速度的關系可表示為

fd=2v/ l

其中v就是目標運動的速度(速度具有正負號，靠近為正，遠離為負，因此多普勒頻率也具有正負)，l為電磁波或聲波的波長。因此可以根據多普勒頻率與速度的關系，通過測量多普勒頻率而測量目標的速度。簡單點說，設雷達發射的電磁波頻率為f0，而接收到的頻率變為f1，那么多普勒頻率fd=f1-f0，然后根據公式

V=fd*l/2

計算得到目標的速度。需要說明的是，通過多普勒頻率測得的速度并非是目標的絕對速度，而是絕對速度在目標與雷達連線上的投影。如果目標的運動方向與連線一致，則速度剛好等于絕對速度，如果不一致，則所測速度要小于絕對速度。

多普勒效應不但可以用來測量目標的運動速度，還可以用來區分動目標和靜目標。我們常常聽說的動目標顯示雷達(MTI)和脈沖多普勒(PD)雷達就是利用運動目標和靜止目標的多普勒頻率的差別來區分動靜目標的，在雷達中設計一個濾波器，這個濾波器只顯示多普勒頻率比較大的運動目標而抑制多普勒頻率為零或很小的靜止目標或慢速目標。這就是為什么雷達能在復雜的大地或海洋背景中檢測高速運動目標(飛機、導彈、坦克等)的原因。

因此，總的來說，雷達利用電磁波遇到目標會產生反射的現象來確定目標的位置，即利用發射信號和接收信號之間的時間延遲來確定目標距離，利用雷達天線的方向性來確定目標方向。然后利用運動目標的多普勒效應來測量目標的速度。

小伙伴們，感覺雷達是不是很簡單啊！！雷達雖然原理很簡單，可是做起來就很復雜了哦！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的雷达多普勒频率计算公式_现代战争的千里眼，顺风耳——雷达的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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