雷達(dá)的基本工作原理

雷達(dá)如此神通廣大？

一輛自動(dòng)駕駛汽車，能在日間逆光行駛，或夜色漆黑趕路時(shí)時(shí)刻警惕到隱匿在暗處的危險(xiǎn)。一只智能“手”，可以準(zhǔn)確感知手部殘障人士的意念，幫他輕松抓起一個(gè)蘋果。一個(gè)安檢門，最短兩秒即可完成人體安檢，讓哪怕是口袋里的一粒紐扣都無所遁形。

這些智能生活中的種種場景，都離不開雷達(dá)技術(shù)在背后默默支持。

提起雷達(dá)，你的腦海中是不是馬上浮現(xiàn)航母、飛機(jī)、軍艦上的那些看起來很“高冷”的大塊頭？雷達(dá)的誕生源自軍事需求，但隨著技術(shù)的日臻成熟和社會(huì)的發(fā)展，雷達(dá)也越來越多地被應(yīng)用于日常生活之中。空中交通管制、氣象預(yù)測、自動(dòng)駕駛、地質(zhì)探測，甚至懸絲診脈、健康檢測、智能家居……在這個(gè)萬物互聯(lián)的智能時(shí)代，雷達(dá)在生活中無處不在。谷歌第二代 Nest Hub 智能顯示屏嵌入雷達(dá)傳感器，甚至可以檢測到睡在它旁邊的人的動(dòng)作和呼吸模式......

雷達(dá)如此神通廣大，憑什么？今天就讓我們來一探究竟。

雷達(dá)到底怎樣工作？

自 20 世紀(jì)初，短短 100 多年的時(shí)間，雷達(dá)就經(jīng)歷了從無到有，從單一到豐富，從機(jī)械 到智能的過程。

現(xiàn)代雷達(dá)產(chǎn)品種類

哪怕是千年古樹，樹冠雖大，但樹干永遠(yuǎn)是最初的基礎(chǔ)與成長的源頭。不管未來雷達(dá)如何發(fā)展，掌握其原理，才握住了其命脈。

01雷達(dá)系統(tǒng)物理組成

俗話說：“先知其形，后會(huì)其意，最終得其神”。因此一個(gè)事物的物理組成或其形式招法就是入門之基礎(chǔ)。盡管雷達(dá)系統(tǒng)的組成日益復(fù)雜，最基本的結(jié)構(gòu)只有五個(gè): 發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、雷達(dá)天線、雷達(dá)處理器、指示器。

雷達(dá)系統(tǒng)物理組成

雷達(dá)發(fā)射機(jī)：能產(chǎn)生短時(shí)間的高功率射頻能量脈沖，這些無線電能量脈沖可以通過天線發(fā)射到空中。

雷達(dá)接收機(jī)：能通過天線接收從空中反射回的回波，并做一些簡單處理。比如，接收機(jī)首要的處理任務(wù)，就是將接收的微弱回波信號(hào)用低噪放做放大處理，否則后級(jí)的信號(hào)處理機(jī)也無法處理這種微弱難以識(shí)別的信號(hào)。

雷達(dá)天線：可以將發(fā)射機(jī)的能量信號(hào)傳輸?shù)娇罩?，同樣，也可以把空中的能量信?hào)接收回接收機(jī)。像常見的脈沖雷達(dá)的天線是收發(fā)共用的，所以還需要高速開關(guān)裝置來協(xié)助切換天線的“發(fā)射”和“接收”工作模式。

雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)：好比整個(gè)系統(tǒng)中的大腦。最主要的目的就是消除一些不需要的信 號(hào)雜波、干擾，并加強(qiáng)目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號(hào)。同時(shí)還涉及到一些算法，讓其對(duì)雜波(干擾) 和真正目標(biāo)產(chǎn)生的回波做出判決。

指示器：其實(shí)就是一個(gè)顯示設(shè)備，主要是為了給測試人員一個(gè)易于理解的圖像。

如此，一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)就已然成形了!

02雷達(dá)基本原理：電磁波反射

雷達(dá)最根本的目的，就是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行“測距”、“測速”和“測角”。而支持這些功能最基本的原理，說白了，就是電磁波的反射。

電磁波的反射

舉個(gè)栗子，如果雷達(dá)發(fā)出的電磁波在它的傳播方向上遇到一個(gè)目標(biāo)，那么目標(biāo)會(huì)將它收到的一部分電磁波反射回去，如果這些被反射的電磁波被雷達(dá)的接收天線接收到，就意味著 雷達(dá)發(fā)射的傳播方向上存在目標(biāo)。這種被目標(biāo)反射回的能量就稱之為 “回波” 信號(hào)。

03雷達(dá)截面積 RCS

當(dāng)然了，不同的目標(biāo)，對(duì)電磁波的接收和反射能力肯定是不一樣的。比如一個(gè)雷達(dá)在一個(gè)位置處，同時(shí)監(jiān)測到了一輛大貨車和一輛自行車。由于大貨車的截獲面積更大，接收的電 磁波能量肯定遠(yuǎn)大于自行車，自然反射回雷達(dá)的回波功率也會(huì)更大。這里反射體(大貨車、自行車)的截獲面積，就稱之為雷達(dá)截面積 RCS。

怎么樣，雷達(dá)的基本工作原理，不難理解吧？下篇文章，我們會(huì)詳細(xì)聊聊雷達(dá)的三大功能：“測距”、“測速”和“測角”，敬請(qǐng)期待！

羅德與施瓦茨是測試與測量、系統(tǒng)與方案、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的知名供應(yīng)商。公司成立已超過85年，總部設(shè)在德國慕尼黑，在全球70多個(gè)國家設(shè)有子公司。作為一家獨(dú)立的科技集團(tuán)，羅德與施瓦茨創(chuàng)新性的產(chǎn)品和解決方案為全球工業(yè)客戶提供了一個(gè)更安全與互聯(lián)的世界。

審核編輯：湯梓紅