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大话“雷达教程”之雷达原理

2019-12-02
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如果在身处大山或者峡谷的地方大声喊叫,都会在喊叫之后听到传回的回声。


上面这样的体验与感受相信大部分人都有过经历,而雷达所使用的的电磁波与声波的原理非常相似。朝着不同的方向喊叫,可以判断物体的大致方向。如果知道了空气中的声速,则可以估计物体的距离。



如图中所示的,雷达使用的电磁波能量被传输到目标物之后,经目标物反射,一小部分能量被返回至雷达装置。类似于声波,这种返回的能量被称为ECHO。雷达装置即使用回波来确定反射物体的距离和方向。


雷达的英文RADAR是由下列单词组成的首字母缩写

RAdioDetectingAndRanging

而这一词语最早是1940年11月,美国海军中尉塞缪尔·塔克和弗雷斯特·弗斯提出的,第二次世界大战期间的同盟国在1943年同意使用了这一缩写,后来也就被大众所普遍接受。


最早这种设备是通过反射的电磁波来检测是否存在的电子设备。在某些情况下,雷达系统可以测量这些物体的方向,高度,距离和速度。由于用于雷达的电磁波的频率不受黑暗环境的影响,并可以穿透雾和云层,使得这一设备能够找出特定环境下人的肉眼难以看到的飞机,轮船等其他障碍物等。


随着雷达技术的不断发展,现代雷达能够从回波信号中提取出更多有用的信息。但是,前面提到的这些功能一直都是雷达系统最基本和重要的功能之一。


下面就对基本的雷达系统工作原理进行介绍,如图所示,雷达系统使用微波天线照射目标物,然后接收设备拾取到目标发射回波。



图里面涉及到的子系统模块分别为,Transmitter,Duplexer,Receiver,Radar Antenna,Indicator,具体每部分的含义和功能如下:

  • Transmitter

雷达的发射器会产生短时高功率的RF脉冲,经天线进入空域。

  • Duplexer

双工器,即天线转换开关,在发射器有接收器之间交替切换天线,对于早期使用了一根天线的雷达系统,这种切换是有必要的。

  • Receiver

接收器,在接收端放大并解调接收到的RF信号,并在输出端显示。

  • Radar Antenna

天线将发射机的能量传输到空间中,这样的过程同样被用于接收端。

  • Indicator

指示器将接收端的处理结果进行显示,一般提供的都是易于理解的图形图像。


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reference: radartutorial.eu

注:题图from the zujen, pixabay

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