雷達—科技圈的低調王者，你真的懂？（上）

一輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)，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。一只智能“手”，可以準確感知手部殘障人士的意念，幫他輕松抓起一個(gè)蘋(píng)果。一個(gè)安檢門(mén)，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(wú)所遁形。

這些智能生活中的種種場(chǎng)景，都離不開(kāi)雷達技術(shù)在背后默默支持。

提起雷達，你的腦海中是不是馬上浮現航母、飛機、軍艦上的那些看起來(lái)很“高冷”的大塊頭？雷達的誕生源自軍事需求，但隨著(zhù)技術(shù)的日臻成熟和社會(huì )的發(fā)展，雷達也越來(lái)越多地被應用于日常生活之中?？罩薪煌ü苤?、氣象預測、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(wàn)物互聯(lián)的智能時(shí)代，雷達在生活中無(wú)處不在。谷歌第二代 Nest Hub 智能顯示屏嵌入雷達傳感器，甚至可以檢測到睡在它旁邊的人的動(dòng)作和呼吸模式......

雷達如此神通廣大，憑什么？今天就讓我們來(lái)一探究竟。

雷達到底怎樣工作？

自 20 世紀初，短短 100 多年的時(shí)間，雷達就經(jīng)歷了從無(wú)到有，從單一到豐富，從機械 到智能的過(guò)程。

現代雷達產(chǎn)品種類(lèi)

哪怕是千年古樹(shù)，樹(shù)冠雖大，但樹(shù)干永遠是最初的基礎與成長(cháng)的源頭。不管未來(lái)雷達如何發(fā)展，掌握其原理，才握住了其命脈。

01 雷達系統物理組成

俗話(huà)說(shuō)：“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(mén)之基礎。盡管雷達系統的組成日益復雜，最基本的結構只有五個(gè): 發(fā)射機、接收機、雷達天線(xiàn)、雷達處理器、指示器。  

雷達系統物理組成

雷達發(fā)射機：能產(chǎn)生短時(shí)間的高功率射頻能量脈沖，這些無(wú)線(xiàn)電能量脈沖可以通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射到空中。

雷達接收機：能通過(guò)天線(xiàn)接收從空中反射回的回波，并做一些簡(jiǎn)單處理。比如，接收機首要的處理任務(wù)，就是將接收的微弱回波信號用低噪放做放大處理，否則后級的信號處理機也無(wú)法處理這種微弱難以識別的信號。

雷達天線(xiàn)：可以將發(fā)射機的能量信號傳輸到空中，同樣，也可以把空中的能量信號接收回接收機。像常見(jiàn)的脈沖雷達的天線(xiàn)是收發(fā)共用的，所以還需要高速開(kāi)關(guān)裝置來(lái)協(xié)助切換天線(xiàn)的“發(fā)射”和“接收”工作模式。

雷達信號處理機：好比整個(gè)系統中的大腦。最主要的目的就是消除一些不需要的信 號雜波、干擾，并加強目標產(chǎn)生的回波信號。同時(shí)還涉及到一些算法，讓其對雜波(干擾) 和真正目標產(chǎn)生的回波做出判決。

指示器：其實(shí)就是一個(gè)顯示設備，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)雷達系統就已然成形了!

02 雷達基本原理：電磁波反射

雷達最根本的目的，就是發(fā)現目標并對其進(jìn)行“測距”、“測速”和“測角”。 而支持這些功能最基本的原理，說(shuō)白了，就是電磁波的反射。

電磁波的反射

舉個(gè)栗子，如果雷達發(fā)出的電磁波在它的傳播方向上遇到一個(gè)目標，那么目標會(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的接收天線(xiàn)接收到，就意味著(zhù) 雷達發(fā)射的傳播方向上存在目標。這種被目標反射回的能量就稱(chēng)之為 “回波” 信號。

03 雷達截面積 RCS 

當然了，不同的目標，對電磁波的接收和反射能力肯定是不一樣的。比如一個(gè)雷達在一個(gè)位置處，同時(shí)監測到了一輛大貨車(chē)和一輛自行車(chē)。由于大貨車(chē)的截獲面積更大，接收的電 磁波能量肯定遠大于自行車(chē)，自然反射回雷達的回波功率也會(huì )更大。這里反射體(大貨車(chē)、自行車(chē))的截獲面積，就稱(chēng)之為雷達截面積 RCS。