第一篇：雷達生命探測儀的工作原理

雷達生命探測的工作原理

美國萊福Lifelocator 3+型雷達生命探測儀實物圖：

雷達生命探測儀是通過測試被探測者的呼吸運動或者移動來工作的。美國萊福雷達生命探測儀采用超寬帶無線傳輸技術，在地震、建筑物坍塌、泥石流、雪崩等災難現場，無需進入即可幫助消防特勤或搶險救援人員在2、3分鐘內探測到被困人員。體積小、重量輕、無需探針和線纜、布置操作方便、并具防水功能。適用于現場工作環境并滿足如下技術要求: 可幫助搶險救援人員幾分鐘內在地震、建筑物坍塌、泥石流、雪崩等災難現場探測到被困人員。整套裝置由雷達信號發射器和掌上電腦顯示器組成；雷達發射器利用超寬帶傳輸技術發射雷達波，并將信號處理后以無線的方式發射給掌上電腦；電腦內嵌入數百種人呼吸時胸部動態數據信號，掌上電腦將收到的信號進行雜波處理、波形比對后，直接給

出有無生命跡象的標志。使得救援人員的現場搜索工作變得非常簡單。可與電腦連接傳輸數據，操作系統為windows mobile 6.0，中文操作菜單。不足之處是雷達波不能穿透大面積純的金屬板（鋼筋混凝土可以穿透）。

特點：無探針、無線纜、體積小、重量輕、現場安裝方便、操作簡單（傻瓜型）、定位精確、堅固耐用、具有防水功能，可在雨天操作。

雷達生命探測的是采用無線探測發射器的原理： ◆尺寸：45×45×23 cm ◆重量：11kg（包括電池）

◆廢墟瓦礫中探測距離：靜止目標8m內，移動目標10m內

◆探測反應時間：可在3分鐘內檢測出瓦礫中是否有生命體存在，目標響應時間小于3s ◆穿透能力：可穿透10m深的廢墟 ◆廢墟瓦礫中探測范圍：大于78 m2 ◆探測角度：120°角

◆符合美國聯邦通信委員會（FCC）認證

◆無論在陽光下還是在黑暗環境中都能清晰讀取掌薄數據 掌上操作顯示器

◆PDA掌上電腦，方便攜帶

◆專業探測軟件集成了上千種人體呼吸心跳模式，使探測結果更精確 ◆當探測到幸存者時，能顯示其與探測器間的距離 ◆USB接口可與電腦連接傳遞數據

文章來源：http://

第二篇：雷達生命探測儀方案_終極版

Life Detector?

雷達生命探測儀

? 概述

每年，總有大量人員因為泥石流、隧道坍塌、建筑物崩倒、雪崩、火災等災害而喪失了寶貴的生命。我們的目標就是要縮短發現掩埋在坍塌的建筑、泥石流等災難現場的幸存者的時間，從而

提高幸存者獲救的幾率、為幸存者贏得寶貴的時間。雷達生命探測儀通過感應和探測埋藏在廢墟下的幸存者呼吸和心跳產生的微弱的電波來確定活體生命的存在。該產品主要用于搜救在地震、瓦斯爆炸、泥石流、塌陷等自然災害中的幸存者。可深入到廢墟深處的天線將探測到的結果傳遞給接收主機，主機通過分析計算將以聲音和監視器顯示波形的形式輸出探測結果，可以避免外界雜音的干擾；且此探測儀也提供了改良的S/N比率，同傳統模式相比，大大提升了識別生命體的能力。

Life Detector?

? 原理

雷達生命探測儀利用無線電波探測幸存者的呼吸和移動：將雷達探頭伸入到廢墟的空隙后，探頭發出的高頻連續雷達波就可有效的覆蓋廢墟下大量的空間，如有輕微呼吸和移動，則接觸到

人體后返回的雷達波在顯示設備中以截然不同于普通雷達波的波形顯示出來，并且伴有聲音提示，救援人員即可根據雷達生命探測儀的提示迅速執行搜救行動。

工作原理如下圖所示：

圖1.1 原理示意圖

在有幸存者與無幸存者的情況下，波形會以不同的形狀被表示出來：

圖1.2 無幸存者時波形 圖1.3 有幸存者時波形

Life Detector?

? 特色

? 高科技

? 傅氏變換算法（FFT）的高效執行使DSP(電子信號處理器)得以高速運行。

? 探測儀通過具有強大穿透能力（在一般的救援工作中可穿透泥土、混凝土、薄鋼板等障礙物）的高頻連續雷達波對幸存者生理活動的探測，從而實現對是否有幸存者的情況辨別。

? 主機使用連續波雷達技術（軍用航天技術,非低端產品所使用的民用脈沖雷達技術）,在30s內探測出200㎡、150m3范圍內是否有幸存者。

? 高靈敏度

? 其特殊的電路結構可消除不必要的反射波，新穎的超外差式系統使得超高靈敏度得以實現。? 高頻連續雷達波可以自動調整，亦可過濾無用的無線電波并自動做出高靈敏度的波形指示。

? 高效率

? 通過防水防撞擊且可從任何方位縫隙深入的伸縮式天線的深入，救援人員可從廢墟中成功獲取幸存者微弱的呼吸、心跳和移動信息。

? 深入廢墟的天線可避免受同一救援地點其他救援活動的干擾，大大提高救援工作的效率。? 無需要個人電腦，探測儀皆通過自身進行調整、探測。? 其簡潔明了的操作界面及按鈕使設備更易于應用。

? 適應性強

? 電池持續工作時間：≥20小時（可外接汽車電源）。? 使用美國Pelican安全箱（防水防塵抗壓抗沖擊）。? 重量輕，便于攜帶。? 整機防水設計（IP67）。

Life Detector?

? 產品優勢

? 高科技的技術基礎：整套設備使用高頻連續波雷達技術，具有穿透性強、精確定位、抗干擾能力強、靈敏度高等優勢。

? 探測距離遠、反應速度快：有效探測距離可達20m以上；在30s內可以預估150m3范圍內

幸存者的位置信息，從而極大提高救援效率。

? 強大的穿透能力：T-LD4-C雷達生命探測儀具有很強的介質穿透能力，（如土壤、磚墻廢墟、包括穿透多層鋼筋混凝土預制板廢墟等遮擋介質）。

? 靈活、高效的使用方式：天線采用高強度防撞擊材料制成，置于高強度合金鋼和不銹鋼體內。與探測主機經由20m高頻電纜相連接。插入式天線防水防撞擊設計，分別由3節高強度不銹鋼鋼管連接，可以在任何有利方位插入廢墟內部，天線深入廢墟深處從而可以避免外界雜音的干擾；使用時不受地理條件的限制，可以靈活運用。

? 20米高頻電纜連接：雷達主機可以根據實時地理條件放置在遠離探測區域的地方，而后端的操作人員只需控制主機即可，所有的數據都顯示在主機上，從而保證了搜救過程中救援人員的安全。? 靈敏度高：新穎的超外差系統處理技術，可探測到掩埋在廢墟中的任何存活者,特別是可探測意識淡漠傷員的呼吸，具有很強的實用價值。

? 簡單明了的控制接口：主機面板按鈕操作簡單明了。當發現幸存者時,主機顯示波形及警報聲音，使用者即學即會，主機與天線分離設計，減少操作危險。

? 抗干擾能力強：高速傅氏變換技術使復雜現場的各類干擾無法進入,具有很強的實用價值。

? 使用范圍廣：廣泛應用于地震、消防、坍塌等災害，可以快速探測和搜尋被埋于倒塌建筑物、廢墟、土壤、巖石等復雜環境中的人類幸存者，屬于非接觸、無約束、無損傷生命探測裝置。? GPS衛星定位系統：實時對搜救人員進行定位，方便指揮中心對其行動動向進行了解和調整。? 大容量存儲：超大容量閃存卡可對長達32000小時的探測數據進行保存和記錄。

? 音頻通訊系統：新一代產品整合與幸存者通訊系統，在探測到幸存者的同時，可深入廢墟內等

狹窄受限空間與受害者進行通話，同時可以保證在嘈雜環境中，各救援隊員之間的相互通話，從而做到無隙溝通，優化救援效率，保障救援隊員和幸存者的生命安全。

? 高速沖孔設備：在雷達天線無法深入的時候對障礙物進行沖孔操作，使天線探頭可以深入搜救。

Life Detector?

? 產品參數

? 采用軍用高頻連續波雷達，具有穿透性強、精確定位、抗干擾能力強、靈敏度高等特性。? 采用主機、天線分離式設計，在力求精確的基礎上擴大搜救范圍。

? 探測距離：≥20m（建筑瓦礫、廢墟內），30秒內可以預估200㎡、150m3內幸存者的位置信息。

? 天線：采用高強度防撞擊材料制成，置于高強度合金鋼和不銹鋼體內。與探測主機經由20m高頻電纜相連接。采用插入式，分別由3節高強度不銹鋼鋼管連接，利于插入任何惡劣環境下的廢墟中，天線插入廢墟從而可以隔絕外界噪音的干擾；天線探測的結果傳遞給接收主機，主機通過分析計算將以聲音和監視器顯示波形的形式輸出探測結果。? 主機：集成數據分析系統在彩頁液晶屏幕中顯示即時探測的數據。

? 音頻通信系統：該儀器具備與幸存者通訊功能，在探測到幸存者的同時，可以深入廢墟內等狹窄受限空間與受害者進行通話，同時可以保證在嘈雜環境中，各救援隊員之間的相互通話，從而做到無隙溝通，優化救援效率，保障救援隊員和幸存者的生命安全。

Life Detector?

? 高速沖孔設備：在雷達天線無法深入的時候對障礙物進行強力沖孔操作，從而使得天線探頭可深入搜救。

? GPS衛星定位系統：實時對搜救人員及地點進行定位，方便指揮中心了解和調整行動動向。? 天線長度：1.5mx2；高頻電纜長度：20m；阻抗：50歐。

? 內置電池:DC12V，容量達24AH；連續工作時間≥20小時。? 充電器：輸入AC220V，輸出DC12V。

? 主探測單元：DC12V，高頻功率：70mw或更低；尺寸520x400x200mm；重量：約12Kg。? 整機防水等級：IP67。

? 通訊系統整套包括：微型通訊主機、救援探桿（雷達天線）、帶有吊桿話筒擋風板的探測型頭戴耳機、探測管接頭、繩索連接器、帶安全鉤的12m探測8繩、6m探測接口電纜、麥克風靜音電纜、軍用型pelican安全箱（防水防塵抗壓抗沖擊），便于攜帶。? 另附產品說明書及視頻光盤1套。

第三篇：雷達工作 原理

雷達的原理

雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。

雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。

為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2

其中S：目標距離

T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間

C：光速

雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線的小事指向雷達要探測的方向，一旦發現目標，雷達讀出些時天線小事的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。

測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，—雷達測速利用了物理學中的多普勒原理．當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復雜得多。

雷達的戰術指標主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統機動性等。

其中，作用距離是指雷達剛好能夠可靠發現目標的距離。它取決于雷達的發射功率與天線口徑的乘積，并與目標本身反射雷達電磁波的能力（雷達散射截面積的大小）等因素有關。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區域。

雷達的技術指標與參數很多，而且與雷達的體制有關，這里僅僅討論那些與電子對抗關系密切的主要參數。

根據波形來區分，雷達主要分為脈沖雷達和連續波雷達兩大類。當前常用的雷達大多數是脈沖雷達。常規脈沖雷達周期性地發射高頻脈沖。相關的參數為脈沖重復周期（脈沖重復頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈沖內信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達的工作頻率。

雷達天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設計和制造過程中，雷達天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉動或電子控制，使雷達波束在探測區域內掃描。

概括起來，雷達的技術參數主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復頻率、脈沖寬度、發射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術參數是根據雷達的戰術性能與指標要求來選擇和設計的，因此它們的數值在某種程度上反映了雷達具有的功能。例如，為提高遠距離發現目標能力，預警雷達采用比較低的工作頻率和脈沖重復頻率，而機載雷達則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復頻率。這說明，如果知道了雷達的技術參數，就可在一定程度上識別出雷達的種類。

雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰場監視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區分。這里就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。（軍事觀察·warii.net）

雙/多基地雷達

普通雷達的發射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達是將發射機和接收機分別安裝在相距很遠的兩個或多個地點上，地點可以設在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設計主要是不讓入射的雷達波直接反射回雷達，這對于單基地雷達很有效。但入射的雷達波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達中的一個接收機接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗雙/多基地雷達，較著名的“圣殿”計劃就是專門為研究雙基地雷達而制定的，已完成了接收機和發射機都安裝在地面上、發射機安裝在飛機上而接收機安裝在地面上、發射機和接收機都安裝在空中平臺上的試驗。俄羅斯防空部隊已應用雙基地雷達探測具有一定隱身能力的飛機。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達，主要用于預警系統。

相控陣雷達

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣雷達的優點

（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；（4）對復雜目標環境的適應能力強；（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN／MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。

寬帶／超寬帶雷達

工作頻帶很寬的雷達稱為寬帶／超寬帶雷達。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達發射的脈沖極窄，具有相當高的距離分辨率，可探測到小目標。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達，已完成動目標顯示技術的研究，將要進行雷達波形的試驗。

合成孔徑雷達

合成孔徑雷達通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達與目標間的相對運動，將雷達在每個不同位置上接收到的目標回波信號進行相干處理，就相當于在空中安裝了一個“大個”的雷達，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標方位分辨率，再加上應用脈沖壓縮技術又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標。合成孔徑雷達在軍事上和民用領域都有廣泛應用，如戰場偵察、火控、制導、導航、資源勘測、地圖測繪、海洋監視、環境遙感等。美國的聯合監視與目標攻擊雷達系統飛機新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達，英、德、意聯合研制的“旋風”攻擊機正在試飛合成孔徑雷達。

毫米波雷達

工作在毫米波段的雷達稱為毫米波雷達。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標。毫米波雷達還具有能力，特別適用于防空、地面作戰和靈巧武器，已獲得了各國的調試重視。例如，美國的“愛國者”防空導彈已安裝了毫米波雷達導引頭，目前正在研制更先進的毫米波導引頭；俄羅斯已擁有連續波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達；英、法等國家的一些防空系統也都將采用毫米波雷達。

激光雷達

工作在紅外和可見光波段的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在軍事上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、精確制導、綜合火控、直升機防撞、化學戰劑監測、局部風場測量、水下目標探測等。美國國防部正在開發用于目標探測和識別的激光雷達技術，已進行了前視／下視激光雷達的試驗，主要探測偽裝樹叢中的目標。法國和德國正在積極進行使用激光雷達探測和識別直升機的聯合研究工作。參考資料：

第四篇：DKL生命探測儀

DKL生命探測儀

（一）特點

DKL生命探測器為目前世界上最先進的搜救儀器，體積輕巧僅約1公斤，手持式設計，攜帶方便，操作簡單，性能優越于其他任何高科枝的搜救產品，并已廣泛為世界上先進國家的軍事、海關、海巡、消防、安全、救援、航天等政府部門使用。此產品是由美國高科技公司結合世界上最尖端的生化、介電質、超低頻傳導及DNA技術研發而成，已申請多項技術專利，此型號為DKL公司目前設計最成熟的產品。

（二）技術參數；

一、感應方式：偵測人體心臟所發射之超低頻電波產生之電場，此極低頻電波為30HZ或以下，其可穿透建筑物鋼筋混凝土墻、鋼門、樹木等，開放空間偵測距離可達500公尺。

二、非感應目標：除人體以外之任何動物皆不被偵測。

三、偵測頻率：超低頻30HZ或以下。

四、垂直偵測角度：開放空間120度(上下各60度)，建筑物內80度(上下各40度)。

五、水平偵測角度：+/-2度(左右各2度)。

六、手握式操作，重量1公斤或以下。

七、偵測距離：不須使用任何工具即可更換下列二型偵測桿。1.伸縮式短距離型：0-20公尺； 2.伸縮式長距離型：0-500公尺。

八、目標鎖定功能：當偵測到人體心臟所發出超低頻電波產生之電場后偵測桿會自動鎖定此電場，人體移動時，偵桿也會跟著移動。

九、電源：9伏特可充電式電瓶，充電時間14至16小時；操作時間：正常情況下12小時，若連續使用雷射光點輔助操作為2小時。

十、配備美國標準三A級雷射光點提供操作者尋找偵測桿方向。

（三）功能

提供搶救人員在進入搜救現場時先行確認其內部是否有人存活減低搶救人員搜救時的危險程度并在第一時間偵測出任何遮擋物背后的生存者。以被動接收方式偵測遠端微弱心跳介電場的方向，并只偵測存活的人類而不受其它動物的干擾。能穿越鋼板、水泥、復合材料、樹叢等各種障礙物，使偵測距離在開放空間可達500米，水面上達1公里以上。經特殊處理，適用于各種惡劣的天氣條件，維護簡單而且故障率極低，如配合便攜式電腦及專用的人工智能軟件，即可產生偵測的圖像和聲音信息，進一步提高操作人員的判別能力，同時也可減少新手訓練的時間。

（四）工作原理

DKL專利技術是集合人體心臟的生理學研究和物理學的一個叫做介電泳的分支的研究而成，該分支處理非均勻電場中的電介質材料特性。心臟的每次跳動產生一個微弱的電場信號。這些信號構成了在人體周圍360度擴展的超低頻非均勻電場。人體的每一個部分都對該電場產生影響，但心臟周圍的電場行為是主要的電場產生地。

心生命探測器的專利濾波電路允許只有人體非均勻電場才能對生命探測器中的特殊電介質材料進行極化。當生命探測器穿過人體電場時，電介質材料被極化。正電荷和負電荷分離，并且分別被收集到設備的兩端。生命探測器就指向非均勻電場的最強部分。

DKL配備特殊電波過濾器，可將其他異于人類的動物，諸如狗、貓、牛、馬、豬等不同于人類的頻率加以過濾去除，使DKL生命探測器只會感應到人類所發出的頻率產生之電場。

（五）工作范圍

有效距離: DKL配備兩種不同偵測桿，長距離偵測桿偵測距離可達500公尺，短距離為20公尺。DKL在碰到障礙物諸如鋼筋混凝墻，鋼板等時，偵測距離會減少，雷射光可增加10%偵測距離。垂直角度

沒有障礙物時：上下各60度，總計120度。有障礙物時：上下各40-50度，總計80-100度。水平偵測角度:左右各2度，總計4度。

2012年3月19日

授課人；劉鳥濤

第五篇：雷達的工作原理

雷達的工作原理

蜻蜓的復眼

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

有源相陣控雷達和無源相陣控雷達的區別是就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元！

相控陣雷達的優點：

（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；

（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；

（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；

（4）對復雜目標環境的適應能力強；

（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可*性高，即使少量組件失效仍能正常工作。

但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可*、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN／MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。

相控陣雷達有多神？

“宙斯盾”系統的核心就是SPY—1D相控陣雷達，特別是它出眾的預警搜索能力和識別能力，仿佛給妄圖“獨立”的臺灣新領導人一根救命稻草，一把夢幻的保護傘，而相控陣雷達又再一次走進國人的視線中。說到相控陣雷達或技術，大家可能很陌生，但如果說起去年美國軍方關于中國如何監測其隱型戰斗機的報道，大家可能就清楚了。用一大串電視接收天線來監視天空，經濟又有效，這就是最原始、最基礎的雷達，相控陣雷達。

下面談一談雷達和相控陣雷達的發展情況。

一、雷達及其分類

雷達（Radar，即 radio detecting and ranging），意為無線電搜索和測距。它是運用各種無線電定位方法，探測、識別各種目標，測定目標坐標和其它情報的裝置。在現代軍事和生產中，雷達的作用越來越顯示其重要性，特別是第二次世界大戰，英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰，使雷達的重要性顯露的非常清楚。雷達由天線系統、發射裝置、接收裝置、防干擾設備、顯示器、信號處理器、電源等組成。其中，天線是雷達實現大空域、多功能、多目標的技術關鍵之一；信號處理器是雷達具有多功能能力的核心組件之 雷達種類很多，可按多種方法分類：

（1）按定位方法可分為：有源雷達、半有源雷達和無源雷達。

（2）按裝設地點可分為；地面雷達、艦載雷達、航空雷達、衛星雷達等。

（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達和連續波雷達。

（4）按工作被長波段可分：米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達和其它波段雷達。

（5）按用途可分為：目標探測雷達、偵察雷達、武器控制雷達、飛行保障雷達、氣象雷達、導航雷達等。

相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。它不但具有傳統雷達的功能，而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機械掃描天線系統相比，有許多顯著的優點。例如、相控陣省略了整個天線驅動系統，其中個別部件發生故障時，仍保持較高的可*性，平均無故障時間為10萬小時，而機械掃描雷達天線的平均無故障時間小于1000小時。下面主要介紹先進的相控陣雷達。

二、相控陣雷達的概況

相控陣技術，早在30年代后期就已經出現。1937年，美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣雷達。60年代，美國和前蘇聯相繼研制和裝備了多部相控陣雷達，多用于彈道導彈防御系統，如美國的AN/FPS-

46、AN/FPS-85、MAR、MSR，前蘇聯的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣雷達，其共同點：采用固定式平面陣天線，天線體積大、輻射功率高、作用距離遠。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯的“狗窩”最為典型，70年代，相控陣雷達得到了迅速發展，除美蘇兩國外，又有很多國家研制和裝備了相控陣雷達，如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有：美國的AN/TPN-25、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-

25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時期的相控陣雷達具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應用范圍廣等特點。80年代，相控陣雷達由于具有很多獨特的優點，得到了更進一步的應用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠程防空導彈武器系統中多采用多功能相控陣雷達，它已成為第三代中、遠程防空導彈武器系統的一個重要標志。從而，大大提高了防空導彈武器系統的作戰性能。在21世紀，相控陣雷達隨著科技的不斷發展和現代戰爭兵器的特點，其制造和研究將會更上一層樓。

三、相控陣原理

相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位關是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計算機控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實現波束在空間掃描，即電子掃描，簡稱電掃。相位控制可采用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點，能以一部天線實現全空域電掃。通常的共形陣天線有環形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣雷達因其天線為相控陣型而得名。

相控陣雷達有相當密集的天線陣列，在傳統雷達天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個相控陣天線(F-22約有2000個)，任何一個天線都可收發雷達波，而相鄰的數個天線即具有一個雷達的功能。掃描時，選定其中一個區塊(數個天線單元)或數個區塊對單一目標或區域進行掃描，因此整個雷達可同時對許多目標或區域進行掃描或追蹤，具有多個雷達的功能。由於一個雷達可同時針對不同方向進行掃描，再加之掃描方式為電子控制而不必由機械轉動，因此資料更新率大大提高，機械掃描雷達因受限於機械轉動頻率因而資料更新周期為秒或十秒級，電子掃描雷達則為毫秒或微秒級。因而它更適於對付高機動目標。此外由於可發射窄波束，因而也可充當電戰天線使用，如電磁干擾甚至是構想中發射反相位雷達波來抵消探測電波等。

四、相控陣雷達分類

相控陣雷達大體可分為兩大類，即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣，即在方位上和仰角上都采用電掃，天線陣是固定不動的。有限電掃相控陣是一種混合設計的天線，即把兩種以上天線技術結合起來，以獲得所需要的效果，起初把相掃技術與反射面天線技術相結合，其電掃角度小，只需少量的輻射單元，因此可大大降低設備造價和復雜程度。

天線陣，根據掃描情況可分為相掃、頻掃、相／相掃、相／頻掃、機/相掃、機／頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關系來實現波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實現波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個角坐標實現波束電掃。相／頻掃是利用移相器控制平面陣一個坐標而另一坐標利用頻率變化控制來實現波束電掃．機/相掃是在方位上采用機掃、仰角上采用相掃。機／頻掃是在方位上采用機掃、仰角上采用頻掃。

五、相控陣雷達的特點

相控陣雷達之所以具有強大的生命力，因為它優勝于一般機械掃描雷達。它具有以下特點：

（1）能對付多目標。相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束，可實現邊搜索邊跟蹤工作方式，與電子計算機相配合，能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標，并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此，適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。

（2）功能多，機動性強。相控陣雷達能夠同時形成多個獨立控制的波束，分別用以執行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導導彈等多種功能。一部相控陣雷達能起到多部專用雷達的作用，如“愛國者”的一部多功能相控陣雷達可以完成相當于“霍克”和“奈基”－2型9部雷達的功能，而且還遠比它們能夠同時對付的目標多。因此，可大大減少武器系統的設備，從而提高系統的機動能力。

（3）反應時間短、數據率高。相控陣雷達可不需要天線驅動系統，波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，從而縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間，具有較高的數據率。相控陣天線通常采用數字化工作方式，使雷達與數字計算機結合起來，能大大提高自動化程度，簡化了雷達操作，縮短了目標搜索、跟蹤和發控準備時間，便于快速、準確地實施畦達程序和數據處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標的能力。

（4）抗干擾能力強。相控陣雷達可以利用分布在天線孔徑上的多個輻射單元綜合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制主瓣增益，可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量，易于實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾，有利于發現遠離目標和小雷達反射面目標（如隱形飛機），還可提高抗反輻射導彈的能力。

（5）可靠性高。相控陣雷達的陣列組較多，且并聯使用，即使有少量組件失效，仍能正常工作，突然完全失效的可能性最小。此外，隨著固態器件的發展，格控陣雷達的固態器件越來越多，甚至已生產出全固態兒控陣雷達，如美國的。“愛國者”雷達，其天線的平均故障間隔時間高達15萬小時，即使有10％單元損壞也不會影響雷達的正常工作。

當然，相控陣雷達不是十全十美的，也有其缺點。主要是造價貴，典型的相控陣雷達比一般雷達的造價要高出若干倍。此外，相控陣雷達對于短程彈道導彈的襲擊可以說是無能為力，這也是美國及臺灣為什么擔心大陸方面在福建沿海部署東風導彈的原因。而1991年，海灣戰爭期間，伊拉克用“飛毛腿”導彈襲擊以色列的時候，其“愛國者”導彈根本無法有效將其擊落，何況短短的臺灣海峽呢？

有源相陣控雷達和無源相陣控雷達的區別

區別就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收，而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元！機載雷達經歷了從機械掃描形式到相控陣電子掃描，再到最新的保形“智能蒙皮”天線的發展過程，電子掃描雷達在作戰使用中的優勢在哪里？未來的綜合式射頻（RF）傳感器系統的總體特點和關鍵技術是哪些？

近50多年來，機載雷達不斷采用新的技術成果，性能不斷提高，其中重要的有全向多脈沖射頻（MPRF）模式和高分辨率多普勒波束銳化（DBS）技術在雷達中的實際應用。目前，由于在信號處理和砷化鎵微波集成電路領域技術的進步，雷達作為戰術飛機主傳感器的地位仍然會繼續保持下去。有源ESA的出現是技術上的又一進步。它的每一個陣元中都有一個RF發射機和靈敏的RF接收機，在各個發射/接收（T/R）模塊內都有一個功率放大器、一個低噪聲放大器和用砷化鎵技術制造的相位振幅控制裝置。有源ESA雷達技術放棄了傳統的中心式高功率發射機，除了具有無源相控陣雷達的優點外，還提高了能量的使用效率并具有自適應波束控制、強抗干擾能力和高可*性等優點。

西方國家第一代有源相控陣雷達系統接近定型的有美國裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達。英、法和德國共同研制的AMSAR項目也確定使用先進的有源相控陣雷達技術，為其后續的歐洲戰斗機雷達的升級改裝做準備。從今天的角度來看，雷達技術未來的下一個發展方向是保形“智能蒙皮”陣列，它把有源ESA技術和多功能共用RF孔徑結合了起來，在天線陣元的安排上，與飛機機身的結構巧妙地配合，實現寬波段和多功能。保形天線陣列有高性能的處理器并使用空-時自適應處理技術有效地抑制了外部的噪聲、干擾和雜波并能以最優化的方式來探測所感興趣的目標。雖然有許多相關的技術問題需要解決，但保形“智能蒙皮”技術并非是個不切實際的解決方案，預計在20～25年的時間內就可以達到實用階段。

在10～15年內，對戰術飛機射頻傳感器（包括雷達）未來所執行的任務來說，最迫切的需要是增加功能、提高性能，并且還要注重經濟性和可維護性。美國的“寶石路”計劃已經證明，航空電子系統通過采用通用模塊、資源共享和傳感器的空間重構（重構的設備包括雷達、電子戰及通信-導航-識別等射頻傳感器）可以做到系統的造價和重量減小一半，而可*性提高三倍。它所確立的綜合模塊化航空電子的設計原則已用于JSF戰斗機的綜合傳感器系統（ISS）和多重綜合式射頻傳感器工程的設計中，歐洲類似的用于未來戰術飛機的綜合式射頻傳感器項目也正在實施。