第一节生物仿生——雷达由来
1.黑夜的精灵带给我们的启示
在晴朗的夜空中，时而会出现忽明忽暗、闪烁不定的两颗星，随着越来越近的轰隆声，人们才逐渐可以看清：那是一红一绿的两盏灯，原来这是一架飞机在夜航。
在这漆黑俱寂的夜幕里，飞机怎么能在茫茫夜空中安全地飞行呢？这主要归功于雷达准确无误的引导。雷达是人们从蝙蝠身上得到启示而发明的。蝙蝠就是一种能在漆黑的夜空里自由飞行的特殊动物，它不仅能轻而易举地在伸手不见五指的夜里捕捉到可口的飞蛾和蚊子，而且无论怎么飞，它绝对不会跟任何障碍物发生相撞，即使是一根极细的电线，它也能十分灵巧地避开。难道是因为蝙蝠的眼睛特别敏锐，能在黑暗的夜里看清楚所有的东西吗？
早在100多年前，科学家曾做过一次试验：在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛。他们把一只蝙蝠的眼睛蒙上，让它在这个屋子里飞。蝙蝠飞了半天，科学家竟听不到屋里铃铛的任何声响，那么多的绳子，它连一根也没碰着。
于是科学家又做了两次试验：一次是把蝙蝠的耳朵塞上，另一次是把蝙蝠的嘴封住，让它在屋子里再飞两次。这两次，蝙蝠就像一只没头的苍蝇到处乱撞了，挂在绳子上的铃铛一直响个不停。这前后三次不同的实验证明：蝙蝠能在夜里自由自在地飞行，靠的并不是锐利的眼睛，而是用嘴和耳朵配合起来“探路”的。
科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜里自由自在飞行的秘密：原来它一边飞，一边从嘴里发出一种声音，这种声音叫做高频声波，也叫超声波。这是一种人的耳朵根本听不见的声音，但蝙蝠的耳朵却能听见。超声波从蝙蝠的嘴里发出来之后，就像波浪一样向前方推进，一旦遇到障碍物就立刻被反射了回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠听到“回声”后就立刻改变飞行的方向，轻盈地绕过障碍物。蝙蝠就是这样来“看”东西的，科学家管这种方法叫“回声定位”。
2.打开仿生学之门
后来科学家摹仿着蝙蝠探路的方法，利用这个“回声定位”的原理发明了雷达和声呐，把它们分别安装在了飞机和舰艇上。声呐是一种通过声波来探测水中的物体的装置，由于声波传播速度非常慢，而且传播距离不远，一般不会超过2千米，于是人们就利用电磁波代替声波，发明了能远距离探测目标的雷达。雷达通过它那巨大的天线不断发出高能量的无线电波，这种无线电波一旦遇到障碍物后就会立刻反射回来，显示在荧光屏上。驾驶员只要从雷达的荧光屏上，就能够把前方所有可能出现的障碍物看得一清二楚，因此飞机在夜里飞行也十分安全。
第二节蝙蝠之子——认识雷达
1.什么是雷达
雷达是人们根据蝙蝠利用超声波“回声定位”的原理发明的，属于一个仿生学的范畴。蝙蝠的这种利用超声波定位测距的身体结构，是自然界中最完美的生物声呐。而雷达则模拟了蝙蝠的“回声定位”方法，只是不像蝙蝠那样用声波来定位和测距，而是改用传播速度最快（声波速度=340米/秒，电磁波速度=30万千米/秒）的电磁波来进行定位和测距。可以说，蝙蝠就是现在雷达的最初“原型”。
雷达这个概念最早形成于20世纪初。中文的“雷达”是英文“radar”的音译，意思是无线电检测和测距。
雷达是利用电磁波来探测目标和物体位置的一种无线电设备。电磁波同声波一样，一旦遇到障碍物就要发生反射，我们所用的雷达就是利用电磁波的这个特性来进行全天候工作的，而声呐则是利用声波在水下进行工作。
雷达所起的作用和眼睛十分相似，都是为了能够迅速“看见”远处不容易发现的物体，它的信息载体就是无线电波。事实上，不论是可见光还是无线电波，它们在本质上都是同一种东西-电磁波，而且它们都以光速传播，差别只在于它们的波长不同而已。
电磁波的波长越短，它传播的直线性就越好，并且反射性能也越强，因此，雷达大多采用那种波长最短的电磁波-微波。
雷达的天线像一个竖起来的巨大锅底。
它能通过雷达设备上的一种发射机向一定的方向有规律地发射出一种不连续的无线电波。每次发射持续的时间约为百万分之一秒，而两次发射的时间间隔大约是万分之一秒，后者是前者的100倍。这样，发射出去的无线电波只要遇上了障碍物，它就可以在这个时间间隔内被反射回来，而这个像锅底似的雷达天线就能接收这个反射波。雷达天线把接收到的波立刻反射送往特殊的接收设备迅速进行处理，我们通过处理结果，就能知道有关目标物体的某些信息(如：目标物体和雷达间的距离、距离变化率或径向速度、方位、高度等)，然后就可以从雷达上的指示仪器准确无误地判别出前面有无飞行器或舰艇以及其他一切障碍物，这就是我们人类制造出来的雷达的工作原理和基本功能了。
2.玩转雷达
自从人类发明出雷达后，它就夜以继日地代替人类，注视着这个世界空域内的每个角落。雷达具有很多的优越性，当代雷达的主要特点有以下九个方面：
(1)现代雷达可以同时运行多种不同功能和任务，如：搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能。
(2)现代雷达与感受信息变化的传感器有极强的融合性，把它们结合在一起能形成极其强大的功能。
(3)现代雷达具有高度的灵敏度，它是伸向天空中灵敏的触角，能极其细腻地感受出目标物体的运动状态，让任何隐形目标无所遁形。
(4)现代雷达有很好的隐身功能，在它的外形和材料上，通过一系列的特殊的处理后，它就如同穿上了隐身衣一般，不容易被探测到。
(5)现代雷达具备反隐身能力，它是空中入侵者的克星。
(6)现代雷达具有电子反干扰及干扰性能，能迅速排除一切杂波信号的干扰。
(7)现代雷达能自动识别目标，不用进行繁杂的人工操作。
(8)现代雷达具有战场敌我识别能力，其装备有一种特别的敌我识别系统，这个系统由装在雷达上的询问机和装在各种飞机、舰艇、坦克上的应答机组成。一旦雷达发现了可疑目标，控制询问机就会立刻发出信号，如果那是己方的目标，目标上的应答机就会自动发出回答信号，然后询问机接收信号并解码后，传达给雷达显示器，这样就可以准确无误地判定目标的敌我属性。
(9)现代雷达具有很高的可靠性。雷达就是一个千里眼，若是没有雷达，我们根本就难以发现视线外的情况。另外，如果雷达不可靠，则又不能及时地把握视线远处瞬息万变的情况。
种类各异的雷达，它们各自的具体用途和结构也不尽相同，但有一个共同点，那就是基本都有发射机和接收机两大部分。雷达最基本的五个部分包括：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。此外，当然还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
3.把触角伸向海陆空
在军事上，雷达可以探测出极远处的飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标，是战场上至关重要的一种军事设施。除了在军事领域里一展身手以外，雷达还可以在交通运输上为飞机、船只导航。装在高高的机场控制塔里的雷达能方便地知道它附近的每一航班飞机的高度、距离和方位，“引导”飞行员有秩序地操纵飞机在机场安全着陆；而轮船上的舵手则可通过雷达在黑夜和浓雾中避开每一块礁石、每一片岛屿、每一个浮标，测出附近所有船只的精确距离、航向和航速，乘风破浪，最终安全顺利地到达目的地。
此外，雷达在天文和航天上还可以用来研究宇宙中遥远的星体，监测轨道上人造卫星的运行；在气象上，它可以用来探测即将到来的台风、暴雨、龙卷风……
第三节“旋转惹的祸”——雷达的缺点
1.从原理上说起
雷达是通过反射回来的电磁波来确定远处目标的具体位置的。不过雷达要搜索到远处某个方位的目标，就要先让发射的电磁波对准该目标，然而事先谁也不知道那个未知的目标会在哪里出现，所以雷达需要不断地向四面八方不停地发射出一束束电磁波，以便“巡视”所有目标可能出现的地方。
2.四大难以克服的缺点
传统雷达是通过转动天线实现全方位地“巡视”周围的空域，它的天线一般是做成一个球弧面，形状看起来像一口巨大的锅。
只要“锅口”转到哪个方向，电磁波就能照射到哪个方向，但这种旋转“巡视”是有许多缺点的：
（1）由于需要旋转，所以雷达天线不能做得太大、太笨重，大而笨重的天线会使雷达旋转起来非常不灵活。可是如果把天线做得太小了，就不能安装大功率的电磁波发射器；要是不能给雷达安装上大功率的发射器，就不能发射出强大的电磁波；不能发射出强大的电磁波，雷达就根本探测不到远处的目标。这就使雷达的制造陷入两难境地。
（2）雷达在监视目标的时候，必须先把它的大锅一样的天线转向那个目标，如果这个时候在不同方向上同时出现多个目标，雷达不可避免地要顾此失彼，陷入手忙脚乱之中，无能为力。
（3）由于大锅一样的雷达的旋转速度十分有限，天线开始扫描这个区域到再次扫描同一个区域，期间间隔的时间是比较长的。那些暂时没有照射到的区域无疑是雷达在这个时候的盲区了，那将留下巨大的隐患。
（4）笨重的天线转动起来后有巨大的惯性，它是不能马上停下来的，雷达的反应就非常迟钝了。
由此可见，传统雷达所有的这些缺点都是它的“旋转惹出来的祸”。
第四节殊途同归——雷达的种类
雷达的种类十分繁多，分类的方法也非常复杂，而且它可以按照多种方法进行不同的分类，通常有以下几种分法：
（1）按各种不同的用途分，雷达可分为两种类型：军用雷达和民用雷达。各种多功能的军用雷达包括一系列目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、警戒雷达、制导雷达、敌我识别雷达等；而民用雷达包括飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达、测速雷达等。
（2）按照雷达不同的定位方法来分，则它可分为三种不同类型：
有源雷达、半有源雷达以及无源雷达。
（3）按照装设平台的不同，则可以分为：地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
（4）按照辐射种类和信号形式不同，那么它们可以分成：脉冲雷达、连续波雷达、脉冲压缩雷达和频率捷变雷达等。
（5）按照雷达使用的频段，则可以分为：超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。
（6）按照角跟踪方式的不同，雷达可分为三类：单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。
（7）按照目标测量的参数不同进行分类，则有测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达和多站雷达等。
（8）按照雷达采用的技术和信号处理的不同方式分，则有：相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达等。
（9）按照天线扫描的不同方式分类，则雷达可分为：机械扫描雷达、相控阵雷达等。
第五节扑朔迷离——雷达的历史
世界上许多发明都是在比较偶然的情况下产生的，不一定是只有天才才能发明出新东西，而那些新东西也不是只有在专业人员的长期研究下才被发明出来，我们这里所讨论的雷达也是如此。人们不禁要问：雷达是谁最先发明的呢？这个问题至今没有任何明确结论，它仍然是一个争论很大的话题，但可以从下面的这些史料中理出其中的丝丝头绪。
1.从赫兹的发现到波波夫的无线电通信
早在1887年的时候，英国的物理学家赫兹在一次进行验证电磁波存在的实验中曾惊奇地发现：发射出去的电磁波竟会被某些金属片反射回来，这就像光会被镜面反射一样。
在1897年夏天里的一个傍晚，波罗的海的晚霞显得格外美丽，俄国的“无线电之父”波波夫和他的助手雷布金正分别在俄国海军巡洋舰“阿非利加”号和训练舰“欧罗巴”号上相互进行一项5千米距离的无线电通信试验。他们惊奇地发现，每当联络舰“伊林中尉号”在他们所在的两舰之间穿过时，他们的通信信号就会突然中断，而且这种现象不是偶然的，而是一种一再发生的现象，这里面一定有什么秘密。最后他们发现，原来这是因为电磁波会被金属物体阻挡吸收和反射。波波夫就此提出了一个前所未有的话题-利用电磁波进行导航。这可以说是历史上最早的雷达设想萌芽了。俄国科学家做了这个实验后，美国物理学家和发明家特斯拉也不甘落后，在1900年做了同样的试验，并通过试验最后得出一个结论-使用波长很短的无线电波可探测物体的踪迹，这实际上已经是现代雷达的原理了。此后，又有许多科学家也纷纷对如何应用电磁波探测物体进行了更加细致深入的研究。
2.从无线电爱好者的发现到沃森·瓦特的雷达
1921年一批业余无线电爱好者偶然发现了短波可以进行长距离的洲际通信后，科学家们深入研究了这一现象，发现这和大气层里存在的电离层有关。从那时起，短波通信就风靡全球。
