雷达的基本工作原理

雷达如此神通广大？

一辆自动驾驶汽车，能在日间逆光行驶，或夜色漆黑赶路时时刻警惕到隐匿在暗处的危险。一只智能“手”，可以准确感知手部残障人士的意念，帮他轻松抓起一个苹果。一个安检门，最短两秒即可完成人体安检，让哪怕是口袋里的一粒纽扣都无所遁形。

这些智能生活中的种种场景，都离不开雷达技术在背后默默支持。

提起雷达，你的脑海中是不是马上浮现航母、飞机、军舰上的那些看起来很“高冷”的大块头？雷达的诞生源自军事需求，但随着技术的日臻成熟和社会的发展，雷达也越来越多地被应用于日常生活之中。空中交通管制、气象预测、自动驾驶、地质探测，甚至悬丝诊脉、健康检测、智能家居……在这个万物互联的智能时代，雷达在生活中无处不在。谷歌第二代 Nest Hub 智能显示屏嵌入雷达传感器，甚至可以检测到睡在它旁边的人的动作和呼吸模式......

雷达如此神通广大，凭什么？今天就让我们来一探究竟。

雷达到底怎样工作？

自 20 世纪初，短短 100 多年的时间，雷达就经历了从无到有，从单一到丰富，从机械 到智能的过程。

现代雷达产品种类

哪怕是千年古树，树冠虽大，但树干永远是最初的基础与成长的源头。不管未来雷达如何发展，掌握其原理，才握住了其命脉。

01雷达系统物理组成

俗话说：“先知其形，后会其意，最终得其神”。因此一个事物的物理组成或其形式招法就是入门之基础。尽管雷达系统的组成日益复杂，最基本的结构只有五个: 发射机、接收机、雷达天线、雷达处理器、指示器。

雷达系统物理组成

雷达发射机：能产生短时间的高功率射频能量脉冲，这些无线电能量脉冲可以通过天线发射到空中。

雷达接收机：能通过天线接收从空中反射回的回波，并做一些简单处理。比如，接收机首要的处理任务，就是将接收的微弱回波信号用低噪放做放大处理，否则后级的信号处理机也无法处理这种微弱难以识别的信号。

雷达天线：可以将发射机的能量信号传输到空中，同样，也可以把空中的能量信号接收回接收机。像常见的脉冲雷达的天线是收发共用的，所以还需要高速开关装置来协助切换天线的“发射”和“接收”工作模式。

雷达信号处理机：好比整个系统中的大脑。最主要的目的就是消除一些不需要的信 号杂波、干扰，并加强目标产生的回波信号。同时还涉及到一些算法，让其对杂波(干扰) 和真正目标产生的回波做出判决。

指示器：其实就是一个显示设备，主要是为了给测试人员一个易于理解的图像。

如此，一个雷达系统就已然成形了!

02雷达基本原理：电磁波反射

雷达最根本的目的，就是发现目标并对其进行“测距”、“测速”和“测角”。而支持这些功能最基本的原理，说白了，就是电磁波的反射。

电磁波的反射

举个栗子，如果雷达发出的电磁波在它的传播方向上遇到一个目标，那么目标会将它收到的一部分电磁波反射回去，如果这些被反射的电磁波被雷达的接收天线接收到，就意味着 雷达发射的传播方向上存在目标。这种被目标反射回的能量就称之为 “回波” 信号。

03雷达截面积 RCS

当然了，不同的目标，对电磁波的接收和反射能力肯定是不一样的。比如一个雷达在一个位置处，同时监测到了一辆大货车和一辆自行车。由于大货车的截获面积更大，接收的电 磁波能量肯定远大于自行车，自然反射回雷达的回波功率也会更大。这里反射体(大货车、自行车)的截获面积，就称之为雷达截面积 RCS。

怎么样，雷达的基本工作原理，不难理解吧？下篇文章，我们会详细聊聊雷达的三大功能：“测距”、“测速”和“测角”，敬请期待！

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审核编辑：汤梓红