雷达-奇妙的电与磁
大家都知道在夜间飞行的蝙蝠，它的喉部能发出超声波，这种超声波遇到蚊虫或飞蛾等障碍物时能反射回来，它再用耳朵来接收这个回波信号。蝙蝠有这种能力，而人却没有，但是人们通过巧妙地利用电磁波，可以更准确地发现目标和更精确地测量距离，而完成这个任务的装置就是雷达。
利用电磁波探测目标是在20世纪30年代出现的。1930年1月，德国盖码公司的鲁道夫·库诺，从蝙蝠产生超声波来获得信息这一生物现象中受到启发，经过几年的艰苦努力，终于研制成功了早期的雷达。这种雷达实际上就是一种特殊的无线电装置，它能向空间发射电磁波，这种电磁波遇到目标时便反射回来，雷达根据电磁波往返的时间及发射时的方位角和仰角，能迅速计算出目标的距离和位置，并在监视器上显示出目标的特征。1934年，英国的一位科学家在对地球大气层进行无线电回波信号研究时，偶然发现荧光屏上有一串明亮的光点，他经过反复试验和研究，证实了这是附近某一大楼对电磁波反射的回波信号。这个意外的发现，使他萌发了用无线电回波来探测移动目标的设想。1935年由沃森·瓦特和其他英国电气工程师研制了第一部用于探测飞机的雷达，当时探测的距离虽然只有几十千米，但其意义很大，从此开辟了用电磁波探测和定位的发展道路。
早期的雷达只能发现目标和测量目标的距离，所以把它叫做“无线电发现和测距”，人们取这句话英文字的开头几个字母构成一个新词“Radar”，中文的译音就是“雷达”。
在第二次世界大战中，雷达技术得到了广泛的应用和迅速的发展。在大战开始阶段，作战双方都用雷达来预报对方飞机的入侵情况。比如，1940年8月，在纳粹德国征服了欧洲大陆后，准备占领英国。为此希特勒亲自制定了代号为“海狮”的作战计划，出动了近千架飞机向英国进发。然而，他没有想到的是，德军第一次偷袭都被英国空军拦截，仅在2周内德军就损失飞机600多架。希特勒妄图占领英国的计划失败了。为什么英军能对德军进行准确的打击呢？原来英国人在沿海地带建造了许多雷达站，用它来预报来犯的德国飞机的数量、航向和距离，从而及时采取了防御措施，使德军遭到了惨败。这是第一次在实战中使用雷达。再比如，在“珍珠港事件”之前，美国军队也设有雷达站，还发现过来犯的日本飞机，但美国指挥官太大意了，结果耽误了时间，使来犯的日本飞机对珍珠港袭击成功，把驻守在珍珠港的美国太平洋舰队的主力，打了个稀巴烂。这时。轻视雷达作用的美国人才从迷梦中猛醒过来，但为时已晚。
在雷达用于空防之后不久，在军舰上也安装了雷达，这对海军的战术产生了重大的影响。英国军舰利用自己在使用雷达搜索目标方面的优势，即使在风大浪高、天空漆黑的夜晚，也能发现和追击德国的战舰。所以在第二次世界大战后期，德军被击沉的舰船和潜艇的数目迅速增加。到1943年，英国普遍使用了雷达，仅在9月份一个月内，就摧毁德国潜艇64艘，使德国军队受到了很大的创伤。
在第二次世界大战后期，雷达又与武器操纵系统相结合，使雷达也具备了攻击性。炮兵部队使用了这种雷达之后，不仅能自动搜索、跟踪目标，而且还能攻击目标，从而大大提高了火炮的命中率和炮兵的战斗力。
也是在第二次世界大战的后期，一种新的敌我识别系统用于雷达，使雷达又具有了识别敌我月标的能力。有的雷达还能随着环境和目标的变化，自动调整自己的工作状态，使雷达的威力更大了。
第二次世界大战以后，雷达开始被广泛地用于经济建设中。
在陆地上，利用雷达发射的电磁波，测量物体运动的速度；测量风速和风向；预报台风和暴雨；在机场用雷达实现现代化管理和调度等。
在高空中，利用雷达发射的电磁波，帮助高速飞行物飞越崇山峻岭；雷达与电视技术相结合，能使飞行员在自己的荧光屏上形象地看到目标的形状和环境的图像；雷达与天文学相结合，形成了“射电天文学”，用雷达发射的电磁波，可以探测流星的余迹，并推算出120千米以内的大气温度、密度、风向等。1964年，用雷达发射出的电磁波，为飞船在月球上着陆选定了合适的登陆点。
在地下，利用探地雷达发出的电磁波，能够准确地探查出地球的断层、空间、陷落等地壳结构的缺陷。它利用渗入到地下的电磁波和反射回波进行分析，可以探得地面以下20米范围内的地层情况，从而可以预防地陷滑坡和堤坝崩塌等灾难性事件，还可以用它来探查地下古物或金属矿藏等等。
随着科学技术的不断进步和经济建设的迅速发展，雷达的应用领域还在进一步扩大。现在人们已经普遍认识到，雷达是帮助人类认识世界和观察宇宙奥秘不可缺少的工具，雷达在经济建设领域中也发挥着重要的作用。所以，人们形象地称雷达是“高级侦探”，是人类的好朋友。
说了这么多雷达的好处，你可能会着急地想到：雷达到底是如何工作的呢？怎么会有这么大的本领呢？现在我们就来简单地谈谈这方面的问题。
雷达的基本组成包括三个部分：发射机、接收机、天线。开始时将接收机关闭，把发射机打开，由发射机产生一定形式的高频电磁波(超短波或微波)，经发射天线按特定的方向辐射出去。然后再将发射机关闭，把接收机打开，这时原来的发射天线就变成了接收天线。当电磁波在空间传播途中遇到目标时，就有一部分高频电磁波会反射回来，接收天线就会把这个信号接收下来并且输入到接收机中。观察人员就可以在接收机的输出端来判断有无目标以及目标的性质。电磁波从发射机发出到接收机收到反射回来的电磁信号所需的时间，再乘上电磁波的速度(即光速：30万千米／秒)，就是电磁波在雷达和目标之间的往返距离。然后再被2除，所得结果就是所测量的目标的距离。利用天线的方向性或者利用双波束天线系统，就可以测量出目标的角位置。
多普勒效应是人们常遇到的一种自然现象。比如，当你站在铁路旁边时，迎面飞驰过来一列鸣笛的高速火车，这时你会听到汽笛的声调变高；当火车远离而去时，你又会听到声调变得低沉；而听到静止的火车鸣笛时，则声调不变。这说明声波的频率(声调的高低)会因波源与观察者之间的相对运动而改变，这种现象就叫做多普勒效应。雷达发出的超高频电磁波也具有这种性质，利用电磁波的多普勒效应，人们就可以测量出目标是向着雷达站运动还是背着雷达站运动，并且可以计算出其速度的大小。
按辐射电磁波的类型及其功能的不同，雷达可分为多种类型，不同类型的雷达有着不同的用途。对此我们简单介绍如下：
圆锥扫描雷达。这种雷达的天线为特殊形状，它转动时在辐射空间形成一个圆锥形的覆盖区。这种雷达整体结构简单；主要用于测量目标角位置和角度的自动跟踪，曾广泛地用于高射炮火的控制。它的缺点是只能跟踪较慢的目标，同时也有一定的误差。
单脉冲雷达。它只需发射一个电磁波脉冲信号，就能实现对目标角度的定位和自动跟踪。它的优点是精确度高，抗干扰能力强。缺点是结构复杂，使用起来有所不便。
三坐标雷达。它可以在几个方面同时确定目标的位置，主要用于空中警戒方面。这种雷达对电磁波的波束形式要求严格，必须有多路接收装置，所以结构自然也就比较复杂了。
合成孔径雷达。它利用运载工具的有规律运动，依次在不同位置上发射相干的电磁波脉冲信号，然后对一连串回波信号进行处理并合成，所得结果分辨率高，适合于在高空飞机和卫星上使用。它的缺点是发射功率较小，对信号噪声比要求高。
相控阵雷达。它由很多个辐射单元在空间排列构成，通过技术上的特殊处理，能实现辐射电磁波束的空间扫描。能灵活地实现同时对多批量、多目标的搜索和跟踪，它主要用于警戒和跟踪。其优点是探测速度快，抗干扰能力强，功能多，测量距离远，可以达3700千米。因此它的用途非常广泛，被称为雷达家庭中的“骄子”。它的缺点是结构复杂，造价高，设备庞大而难以隐蔽。虽然这样，但由于它的优点特别突出，目前仍是雷达技术发展的一个重要方向。
按雷达所在的位置来分。有地面防空雷达，用于警戒敌方侵袭；机载雷达，它能搜索地面防空雷达所看不到的目标，而且不易遭到敌方袭击；舰载雷达，它的个头虽小，但“能力”很强，被称为是“特种雷达”。此外，还有专门为天气预报服务的气象雷达等等。
以上这些雷达的性能和特点，都是用控制天线电磁波束的空间扫苗运动得到的。因此，掌握电磁波的辐射特性和有关的规律，是了解雷达特定功能进而使用雷达为人类服务的关键。
