气象雷达发展史

雷达的昨天、今天、明天

摘要：本文简要介绍了雷达技术发展简史和雷达技术在天气预测中的地位和作用。天气雷达是监测、预警突发灾害性天气最有效的手段。介绍了国内外天气雷达的发展现状,以及我国天气雷达总体技术水平和应用能力与发达国家的差距,然后分析制约天气雷达技术发展的一些因素,最后根据新一代天气雷达技术特点以及国际天气雷达领域的前沿应用提出了我国天气雷达的发展趋势。

一、前言

雷达(Radar)是英文“Radio Detection and Ranging”缩写的译音，意思是“无线电探测和测距”，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。

近年来更广义的Radar的定义为：利用电磁波对目标检测/定位/跟踪/成像/识别。雷达是战争中关键的侦察系统之一，它提供的信息是决策的主要基础。雷达可用于战区侦察，也可用于战场侦察。装有雷达导引头的导弹、灵巧炸弹能精确地、有效地杀伤目标。在反洲际弹道导弹系统，反战术弹道导弹系统中，雷达是主要的探测器。雷达技术在导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测、走私检查等方面都起到了重要作用。

二、起源

雷达的出现，是由于一战期间当时英国和德国交战时，英国急雷达显示器屏幕需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。

二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。

后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。

当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。

自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS 这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。

三、昨天

第二次世界大战前雷达用于军事目的。当时云、雨等气象目标的回波被作为干扰看待。1941年在英国最早使用雷达探测风暴。1942～1943年，美国麻省理工学院专门设计了为气象目的使用的雷达。在气象雷达发展初期，一般都靠手工操作，回波资料只能作定性分析。60年代采用了多普勒技术，气象多普勒雷达具有对大气流场结构的定量探测能力；常规雷达的数字显示和彩色显示也相继出现。

70年代，除联合使用多部多普勒雷达外，又相继发展了大功率高灵敏度的甚高频和超高频多普勒雷达和具有多普勒性能的高分辨率调频连续波雷达；在雷达结构上，广泛采用了集成电路，配备有小型或微型电子计算机，使气象雷达能对探测资料进行实时数字处理和数字化远距离传输；有的天气雷达已能按照预先编好的程序，由电子计算机操纵观测，并逐步向自动化观测网的方向发展。四、今天

现有天气雷达网的一个不足是限制了天线低仰角扫描的覆盖区域，严重地影响了降水估算、强风暴识别、辐合线监测和边界层风场估算的有效距离,存在着近地的天气现象探测不到的问题。虽然导致这一局限性的部分原因于雷达波束沿着水平面弯曲地球表面传播有关，但是雷达天线的扫描仰角不能低于0.5º的固定观测模式和缺乏RHI观测模式使得这个问题更加严重。

虽然在有些情况下，通过改变雷达的低仰角扫描模式也有助于这一问题的改善，但完全解决该问题的唯一方法是增加雷达的密度，以减小雷达间的距离。当通过同化其它雷达数据时，可以适当地降低总体造价，尤其联邦航空管理局(FAA)的多普勒天气雷达终端(TDWR)和航空警戒服务雷达(ASR)，以及商用天气雷达和移动X-波段。在美、加边界通过共享两国用于国家、区域和局部的雷达拼图。

在未来10年，预制员和其他用户将由使用单站雷达数据，向使用多种雷达数据流产生的数字拼图产品即国家级四维雷达数据库转变。预期该数据拼图产品能够比单雷达图像产品提供更加可靠的、精细的、准确的大气中尺度信息。

探测气象要素和各种天气现象的雷达。气象雷达可提供飞机前方气象情况的准确和连续的图像并以距离和方位的形式显示出来，为飞机改变航道、避开颠簸区域和飞行安全提供保障；为天气预报，火箭、导弹和航天器的发射与飞行提供必要的气象资料；为机场气象保障和气象研究提供资料。气象雷达可分为测雨雷

达、测云雷达和测风雷达等。

五、明天

现代战争是陆、海、空、天的多维战场，信息战成为一种关键的作战样式。信息能力是衡量作战能力的关键因素，信息能力是被摧毁的首要目标。雷达是一种获取信息的重要装备。它面临电子侦察、电子干扰、隐身、反辐射导弹四大威胁。所以增进强雷达抗侦察、抗干扰、抗隐身（包括抗低空突防）、搞反辐射导弹的能力，是现代战争下雷达技术发展的主要方向。雷达在现代战争下担负：目标的精确、实时、全天候侦察监视；对弹道导弹、巡航导弹等大规模破坏性武器的探测与跟踪；各种隐身目标的探测与识别；战斗杀伤效果判别和目标识别等任务。雷达还担任导弹制导和武器火控等任务。雷达为实现上述任务的关键技术是：相控阵雷达（PAR），超视距雷达（OHTR）、合成孔径雷达（SAR）和干涉仪合成孔径雷达（InSAR）、毫米波雷达（MMW），双/多基地雷达；高速、实时信号/数据处理技术；雷达组网技术等。

本科已做过实验