车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用(大连中睿科技发展有限公司，辽宁省大连市 116025)The Applications of Vehicle-mounted Array Radar forEarly-warning Detection of Road Cave-inCui Haitao, Chen Jie, Li Min, Bai Xu摘要：近年来，许多城市发生了道路塌陷灾害，造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本论文针对城市道路塌陷灾害的预警探测需求，研制出具有自主知识产权的车载阵列雷达系统，可以对道路病害进行可视化探测与精确定位。该雷达系统已成功地应用于多个城市的道路塌陷灾害预警探测，并形成了一套探测道路塌陷灾害的技术方法。关键词：道路病害；病害预警探测；车载阵列雷达 一、引言近年来，全国范围的城市道路塌陷灾害频繁爆发，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性塌陷事故接连发生，造成重大的生命财产损失和严重社会影响，直接威胁到城市公众安全，灾害治理已经刻不容缓。目前，城市道路塌陷灾害的发生已经遍及全国各个省市，从北京、上海、广州、深圳这样的一线城市，到哈尔滨、长春、大连、太原、西安、武汉、长沙、福州、厦门这样的二线城市，以及兰州、银川、乌鲁木齐这样的西部边远城市均有发生，甚至张家口、邯郸、宣城、荆州、湘潭、娄底、固原、库尔勒这样的中小城市也同样面临着不断发生塌陷灾害的严重威胁。调查研究表明，绝大多数的城市道路塌陷与地下管线直接相关，是典型的地下管线次生灾害。统计显示，大多数的地下空洞塌陷发生在地表以下0~3m范围内[1]。各种诱因导致地下管线损坏或直接使管线周围土体松散，在各种流水因素作用下发生土体流失，在管线周围产生空洞，空洞逐步发展扩大并最终导致路面塌陷发生灾害。这些引起空洞塌陷灾害的诱因包括[2][3]：地下管线老化渗漏、管线施工回填不实、地表水下渗冲刷、地下水位下降、地铁施工扰动、地下人防等设施老化坍塌、湿陷性黄土垮塌、溶洞垮塌等。科学研究和对塌陷灾害的调查分析表明，采用先进的高科技物探设备定期对城市道路进行普查探测，提前发现隐伏在地下的空洞，提前预警并采取排险措施，才能防患于未然，避免塌陷事故发生。 二、车载阵列雷达系统在城市中开展道路下方隐伏空洞探测作业，由于道路交通繁忙，周边环境干扰大，常用的工程物探方法如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等，应用效果差，成本高，速度慢，难以在城市中大范围应用。探地雷达具有效率高、抗干扰、精度高、现场作业方便等特点，是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术。国内外的工程实践表明，探地雷达已成为探测道路下方隐伏病害唯一现实可行的技术手段，适用于脱空、空洞、土体疏松、富水等多种道路病害检测[4][5]。由于我国城市众多，城市面积普遍较大、城市地下地质情况和地下构筑物比较复杂，常规的单（双）通道探地雷达和人工探测作业方式在灾害普查探测效率和探测成果可靠性方面存在一定局限性，探测效率低、工作量大，不能满足城市大里程、大面积道路探测需要，亟需快速高效的车载多通道阵列雷达系统。针对上述需求，我们研制了一套车载阵列雷达系统（如图1所示），该设备以多通道超宽带探地雷达技术和大型天线阵列技术为核心，专门针对大范围、大里程的公路和城市道路塌陷灾害普查探测进行了创新设计。 图1车载式道路病害灾害预警雷达系统天线阵列中包括5个400MHz天线、2个200MHz天线和1个100MHz天线（如图2所示），兼顾了雷达的探测深度和分辨率。雷达系统的探测宽度为75m，探测深度范围为0~10m，行进速度为10~20km/h。探测精度可达厘米级，可以对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测。雷达系统对地下病害体进行多通道同步联合扫描和测量，最大限度地获取病害体的空间信息和病害特征，极大地提高了雷达探测和识别的质量与效率。同时，多通道数据之间的相关性使得雷达图像的判读更加准确可靠。图2天线阵列排列示意图该车载雷达系统集成了8通道探地雷达天线阵列、3G天线、激光线扫描工业相机、RTK精确定位系统、控制中心、红外高清摄像系统、DMI测距仪等（如图3所示），将阵列雷达数据、经纬度坐标信息、现场视频场景和道路表面高清图像等多种数据同步采集，融合进入系统数据库，形成一个多信息综合采集平台，快速高效地对道路病害灾害进行可视化探测与精确定位，可广泛应用于各类道路病害灾害普查探测。得益于这一开创性的探测技术平台和全新的普查探测作业模式，物探工程师能够在一个集成统一的界面上，利用多通道雷达获取每一个地下空洞异常，确定其精确坐标位置，观察该处的现场环境和道路表面情况，通过多种信息综合分析和判断，迅速得出可靠结论。图3车载雷达系统组成自主研发的车载道路病害灾害预警雷达系统已经取得国家知识产权局授予的产品技术与利和软件著作权[6][7]，并形成完整的企业知识产权体系。2015年，该系统通过住房和城乡建设部的科技成果评估。 三、技术方法车载阵列雷达的道路塌陷病害探测技术方法分为普查探测、疑似点筛选、疑似点复核、管线会签和验证五个步骤。（1）普查探测车载雷达系统对指定作业区域进行普查探测，在DMI的触发下，同步采集并保存多种传感器数据。（2）疑似点筛选疑似点筛选时，平台软件读取数据库，将多通道雷达数据、影像数据和地图同步联动显示。多通道雷达数据处理的步骤通常包括零点调节、频域滤波、增益调整、背景去除等，根据病害的回波特征筛选出病害疑似点，并结合各通道雷达数据的相关性分析出病害疑似点的规模。根据疑似点的经纬度坐标和周边的影像，确定疑似点在道路的具体位置。确定疑似点时还要参考影像排除干扰，如路面颠簸、钢板、地下人行通道、隧道、过街天桥等。（3）疑似点复核用常规的单通道探地雷达对筛选出的异常点进行复核。复核时，使用多种中心频率的天线对异常区域进行多条测线加密探测。并通过雷达图像和周边井盖，确定疑似点周围的管线分布，排除地下管沟、井室等造成的误判。对疑似点进行复核后，确定异常区域的位置、规模和埋深。（4）管线会签城市地下分布众多管线，分属不同的专业部门管理，涉及供水、排水、电力、燃气、供热、通信信息、广播电视、公安交通等管线权属单位。为了避免验证时破坏管线，在施工前做好会签手续。由市政部门组织各家管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布。（5）验证通过钻孔或开挖方法进行验证。 四、案例车载阵列雷达系统已在沈阳、大连、厦门、广州、深圳、南京、镇江、长春、石家庄等城市成功进行了工程应用。1 厦门市思明区道路塌陷灾害普查探测2015年5月-9月，厦门市思明区采用车载阵列雷达系统对辖区内的主要道路进行了塌陷灾害普查探测，完成测线里程约200公里，通过探测发现多处空洞灾害点，有效预警了道路塌陷灾害，经工程处治后避免了塌陷事故的发生。图4是在厦门西堤路探测到的一处大型空洞，钻孔验证后进行了开挖回填处治，及时排出了险情。 图4 厦门西堤路空洞 2 广州市天河区道路塌陷灾害普查探测2015年4月，车载阵列雷达系统在广州市天河区进行了道路塌陷灾害普查探测，发现了多处空洞灾害点。图5是天河区科韵路探测到一处大型空洞，灾害面积达30平方米，洞底深度2米，洞顶距离表面仅3米，随时会发生坍塌。通过钻孔、钎探和电子内窥镜等方式对病害点检查评估后，相关部门对该位置进行了注浆排险作业，避免了事故的发生。图5 广州科韵路空洞 3 长春市地铁沿线道路塌陷灾害普查探测由于地铁施工造成地层扰动，长春地铁沿线发生过多起道路塌陷事故。2016年3月，车载阵列雷达系统对长春市在建的地铁1号线和2号线沿线（人民大街、吉林大路和解放大路）进行了道路塌陷灾害普查探测，在普查探测中发现了多处病害疑似点。长春市市政设施维护管理中心道路路灯部召集各管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布（图6）。通过钻孔或开挖验证（图7），查明了多处空洞和疏松道路病害点，病害点的分布如图8所示。 图6 管线会签图 图7 钻孔现场 图8 长春道路病害点分布图 案例1：该灾害点位于吉林大路与临河二条交汇处东侧东向外侧慢车道，雷达车普查探测发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像（图9），确认该处为典型地下隐伏空洞灾害，灾害部位南北向长5米，东西向宽2米，空洞埋深42米。经探查，该灾害点下方7米处为一根混凝土排水管，管体接入灾害点旁边的排水井，开井盖检查发现，管体接入部位周围存在流土堆积现象，判断为附近路面集水井水体侵入灾害部位冲刷土体，经旁边排水井流失，形成空洞。相关部门立即对灾害部位空洞进行开挖回填处治，并整修了排水井。图9 钻孔内窥镜录像截屏 案例2：图10是该雷达系统在解放大路东侧起点处西向外侧慢车道发现的一处富水空洞。普查探测中发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应和水体反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像，确认该处为严重水浸地下隐伏空洞灾害，灾害部位东西向长4米，南北向宽2米，空洞埋深35米。经探查，该灾害点下方2米处为一根自来水管，管体严重漏水冲刷灾害部位土体后集中流入旁边路面集水井，水冲刷流失量大，水流清澈，钻探表明灾害部位土体已完全冲刷，仅余碎石，形成充水空洞。该处经泄露自来水较长时间冲刷，塌陷风险极大。相关部门立即对该灾害部位的自来水管进行抢修，并及时回填处置了该处空洞。图10 长春解放大路空洞 五、结论车载阵列雷达是预警探测城市道路塌陷灾害的首选技术装备，在工程实践当中，制定合理作业流程和作业方法，充分发挥其技术优势和效率，可以准确可靠地探测发现地下隐伏空洞，及时预警，切实防范和减少道路塌陷灾害事故的发生。 参考文献[1]杨彩侠城市道路路面塌陷成因初探 山西建筑,2013, 39(15):113-[2]宋谷长,叶远春, 刘庆仁北京市城市道路塌陷成因及对策分析 城市道桥与防洪,2011, 8:250-[3]周正刚城市道路塌陷原因分析及预防措施 路桥工程，2015,5(11)[4]Ryoji Hirata, AkioM Anintroduction and a case study of the vehicle for exploring structures underroad using GPR, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, July 17-19,2013, Beijing, C[5]薛建,曾昭发, 王者江,刘明辉 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法物探与化探, 2010,34(5):617-[6]崔海涛,王少华 车载道路灾害、病害预警雷达系统（VGPR-20）,专利公开号CN302973058S 公开日:2014-10-[7]崔海涛,王少华 一种车载道路灾害病害预警雷达系统,专利公开号: CN203870250U 公开日:2014-10-
利用电磁波探测目标的电子设备。它发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达是英文RADAR(Radio Detection And Ranging)的译音，意为“无线电检测和测距”。雷达的优点是白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为雾、云和雨所阻挡。雷达是现代战争必不可少的电子装备。它不仅应用於军事，而且也应用於国民经济(如交通运输、气象预报和资源探测等)和科学研究(如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等)以及其他一些领域。 发展简史 雷达的基本概念形成於20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。1922年，义大利马可尼，G发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年，英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。 第二次世界大战期间，由於作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管，把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达，使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584，使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。 40年代后期出现了动目标显示技术，这有利於在地杂波和云雨等杂波背景中发现目标。高性能的动目标显示雷达必须发射相干信号，於是研制了功率行波管、速调管、前向波管等器件。50年代出现了高速喷气式飞机，60年代又出现了低空突防飞机和中、远程导弹以及军用卫星，促进了雷达性能的迅速提高。60～70年代，电子计算机、微处理器、微波集成电路和大规模数字集成电路等应用到雷达上，使雷达性能大大提高，同时减小了体积和重量，提高了可靠性。在雷达新体制、新技术方面，50年代已较广泛地采用了动目标显示、单脉冲测角和跟踪以及脉冲压缩技术等；60年代出现了相控阵雷达；70年代固态相控阵雷达和脉冲多普勒雷达问世。 在中国，雷达技术从50年代初才开始发展起来。中国研制的雷达已装备军队。中国已经研制成防空用的二坐标和三坐标警戒引导雷达、地-空导弹制导雷达、远程导弹初始段靶场测量雷达和再入段靶场测量与回收雷达。中国研制的大型雷达还用於观测中国和其他国家发射的人造卫星。在民用方面，远洋轮船的导航和防撞雷达、飞机场的航行管制雷达以及气象雷达等均已生产和应用。中国研制成的机载合成孔径雷达已能获得大面积清晰的测绘地图。中国研制的新一代雷达均已采用计算机或微处理器，并应用了中、大规模集成电路的数字式信息处理技术，频率已扩展至毫米波段。 工作原理 雷达天线把发射机提供的电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波。这些反射波载有该物体的信息并被雷达天线接收，送至雷达接收设备进行处理，提取人们所需要的有用信息并滤除无用信息。 雷达可分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。单一频率连续波雷达是一种最为简单的雷达形式，容易获得运动目标与雷达之间的距离变化率(即径向速度)。它的主要缺点是：无法直接测知目标距离，如欲测知目标距离，则必须调频，但用调频连续波测得的目标距离远不及脉冲雷达精确；在多目标的环境中容易混淆目标；大多数连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开，并要求有一定的隔离度。 脉冲雷达 容易实现精确测距，而且接收回波是在发射脉冲休止期内，不存在接收天线与发射天线隔离的问题，因此绝大多数脉冲雷达的接收天线和发射天线是同一副天线。由於这些优点，脉冲雷达(图1 脉冲雷达简化框图 )在各种雷达中居於主要地位。这种雷达发射的脉冲信号可以是单一载频的矩形脉冲，如普通脉冲雷达的情形；也可以是编码或调频形式的脉冲调制信号，这种信号可以增大信号带宽，并在接收机中经匹配滤波输出很窄的脉冲，从而提高雷达的测距精度和距离分辨力，这就是脉冲压缩雷达。此外，雷达发射的相邻脉冲之间的相位可以是不相干(随机)的，也可以是具有一定规律的相干信号。相干信号的频谱纯度高，能得到好的动目标显示性能。 目标定位 对地面和海面目标定位，就是测量它相对於雷达的距离和方位。对空中目标的定位则需要同时测量距离、方位和高度，这种雷达称为三坐标雷达。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因为电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束来测量。在同样窄的波束条件下，用单脉冲方法可得到比单一波束更高的测量精度(见跟踪雷达)。仰角靠窄的仰角波束测量。根据目标的仰角和距离就能通过计算得到目标高度，精确的仰角同样可用单脉冲方法获得。 多普勒频率 当雷达和目标之间有相对运动时，雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。若目标作接近雷达的运动，则接收到的回波频率高於发射频率，多普勒频率是正值，相反为负值。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率(也称径向速度)，它们之间的关系fd=2d/d，式中fd为多普勒频率，为发射波长，d/d为距离变化率。 当目标与干扰杂波同时存在於雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从比目标回波强得多的干扰杂波中检测和跟踪目标。方法可分为非相干动目标显示和相干动目标显示。非相干动目标显示是依靠目标和干扰物两者多普勒频率不同而产生的差拍频率，这个差拍频率可以直接从显示器上看出。这种方式的优点是经济简单，缺点是性能不佳，因为必须有干扰物存在时才能通过差拍频率检测到目标，而当干扰杂波比目标回波强得多时，则会使差拍频率幅度变化极小而难以检测。因此，性能优良的雷达均采用相干动目标显示的方法。雷达要在强大干扰杂波中检测目标回波，必须有好的相干性，这就要用晶体振荡倍频放大式发射机。在信号处理上，较简单的是用杂波滤波器，通常称为动目标显示技术；更复杂的是在杂波滤波器之后再串接一列在频率上相邻接的窄带滤波器组，这样就能获得更好的效果。这种方式在低重复频率时通常称为动目标检测技术，地面动目标检测雷达有时还配有地杂波图以提高性能；在高脉冲重复频率时，通常称为脉冲多普勒技术。性能先进的机载下视雷达均采用脉冲多普勒技术。 主要组成 脉冲调制雷达的主要组成包括发射机、脉冲调制器、收发开关、天线、接收机、显示器和定时器等部分。 发射机 它可以是一个磁控管振荡器。这是微波雷达发射机早期的方式，简单的雷达仍在沿用。现代的高性能雷达要求有相干信号和高的频率稳定度。因此就需要用晶体振荡器作为稳定频率源，并通过倍频功率放大链得到所需的相干性、稳定度和功率。放大链的末级功率放大管最常用的是功率行波管或速调管。频率低於600兆赫时，可以使用微波三极管或微波四极管。 脉冲调制器 它产生供发射机开关用的调制脉冲。它必须具有发射高频脉冲所需要的脉冲宽度，并提供开关发射管所需的调制能量。使用真空管或晶体管作为放电开关，称为刚管调制；使用氢闸流管对人工线储能作放电开关，称为软管调制。此外，也可用电磁元件作脉冲开关调制。对调制脉冲的一般要求是起边和落边较陡，脉冲顶部平坦。 收发开关 它在发射脉冲时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射脉冲结束时断开发射支路，由天线接收的回波信号经收发开关全部进入接收支路。收发开关通常由特殊的充气管组成。发射时，充气管电离打火形成短路状态，发射脉冲通过后即恢复开路状态。为了不阻塞近距离目标回波，充气管从电离短路状态到电离消除开路状态的时间极短，通常为微秒量级，对於某些雷达体制为纳秒量级。 天线 雷达要有很高的目标定向精度，这就要求天线具有窄的波束。搜索目标时，天线波束对一定的空域进行扫描。扫描可以采用机械转动方法，也可以采用电子扫描方法。大多数天线只有一个波束，但有的天线同时有几个波束。分布在天线副瓣中的能量应尽量小，低副瓣天线是抗干扰所需要的。 接收机 一般采用超外差式。在接收机的前端有一个低噪声高频放大级。放大后的载频信号和本振信号混频成中频信号。模拟式信号处理(如脉冲压缩和动目标显示等)在中频放大级进行，然后检波并将目标信号输至显示器。采用数字信号处理时，为了降低处理运算的速率，应该把信号混频至零中频；为了保持相位信息，零中频信号分解成二个互相正交的信号，分别进入不同的两条支路，然后对这两条支路作数字式处理，再将处理结果合并。 显示器 把雷达获得的经过处理的有用信息显示给雷达观察员的设备(见雷达显示器)。通常是把这些信息显示在阴极射线管荧光屏上。较为简单的雷达是在模拟处理后将信息直接输送至显示器。最常见的显示器是搜索雷达用的平面位置显示器，它的优点是能把雷达四周的目标全部直观地显示出来。雷达处在显示器中心原点上，细小的辉亮弧条表示飞机目标。目标所处的方位判读与地图的读法相同，即正上方表示正北(相对於雷达)。辉亮目标和中心点之间的距离表示雷达至目标间的距离。对於先进的雷达，信息经数字处理后还输送给平面位置显示器，用以消除荧光屏上剩余的杂波和噪声。另外，还可将地图重叠到显示器上(图2 数字处理后的目标与航路管制区图形叠合的平面位置显示 )。如果是三坐标雷达，还可在目标旁用数码表示目标高度。新型表格显示器还能将目标的批号和其他有用的信息全部以数码形式表示出来(图3 多批目标表格显示 )。 定时器 雷达是一种复杂的系统，由许多具有不同功能的分机组成。这些分机必须按照一定的节拍，或同时或先后进行工作。定时器就是以触发脉冲的形式，为这些分机提供所需的精确节拍的设备。 应用 现代雷达的应用极为广泛，它不仅作为武器装备应用於军事，成为目标搜索、跟踪、测量和武器引导、控制以及敌我识别等不可缺少的设备，而且在民用和科学研究方面也有十分重要的作用，如机场和海港的管理、空中交通管制、天气预报、导航及天文研究等都需要使用雷达。 军事应用 搜索和引导：对空搜索雷达的用途是尽早发现敌方飞机；对海搜索雷达用以发现敌方舰船。搜索雷达通常是二坐标的，即测定入侵武器的实时方位和距离。发现敌机后若要引导己方歼击机去迎击，还需要测定敌机高度，需要用三坐标雷达进行引导。三坐标引导雷达可兼作搜索之用。第三个坐标(仰角)可用多波束、频扫和相扫等方法获得。跟踪测量和火控：在发射导弹和卫星时，为了知道其是否进入正确的轨道，在起飞段需要有精密的跟踪测量雷达，测定目标的方位、距离、高度、速度等信息。这种雷达通常采用单脉冲测角方式，并把自动化跟踪的数据输入计算机，获得目标的未来轨迹。高射炮或地空导弹的火控雷达也用单脉冲测角，它不仅精度高，而且抗干扰能力强。敌我识别：敌我识别器用於探明目标是敌机还是我机(友机)，这是一种利用二次雷达原理工作的设备。敌我识别器包括询问机和应答器，实际上是一种特殊的发射、接收设备。询问机通过天线向目标发射编码询问信号，我(友)机上装的应答器在收到询问信号后发回特殊的编码回答信号。回答信号经询问机接收并解码后在显示器上显示出我机的标志。战斗机下视、下射和测绘：机载雷达具有下视能力，以发现低空飞行的飞机、巡航导弹或地面高速行驶的车辆，这时会有很强的地杂波从天线进入接收机中。另外，由於雷达载机的高速飞行，地杂波谱会发生很大扩散。这些都会增加机载雷达从地杂波中检测动目标的难度。机载下视雷达的另一重要用途是地形测绘，其原理是利用雷达载机高速运动对地面各点所产生的不同的多普勒频率变化，使方位分辨力比天线真实方位波束的分辨力提高数百倍甚至上千倍(见合成孔径雷达)。雷达测绘地图可接近光学照相所能达到的清晰度，并且不受气象条件和黑夜的限制。但是，飞机对机载雷达的体积重量限制极严，因而必须采用优越的结构设计、精密的加工和先进的设备。微波集成、线性电路集成和大规模数字电路集成是减轻重量、缩小体积和提高可靠性的重要技术途径。 民用和科研应用 机场和海港管理：现代机场的飞机起落频繁，而且要求在黑夜或能见度差的云雾天气安全正点起落。因此，空中交通管制雷达就成为现代机场必备的设备，以实现全面的空中交通管制。现代机场配有较远距离的航线监视雷达、机场上空四周的空中监视雷达和观测跑道上飞机的高分辨力航空港监视雷达等。海港和河港的船舶进出也十分频繁，必须使用分辨力高的雷达和应答器提供监视、指挥、进港导航等服务，以避免碰撞、搁浅等灾难。气象预报：气象雷达能对恶劣天气提前发出警报，例如，可观测400～500公里以外的台风中心并测知其行进速度和方向。海船上和飞机上装有气象雷达，可测知前进航道上的暴风雨区，从而采取绕道行驶的航线。天文研究：天文雷达是研究较近天体的有力工具，它能精确测定天体离测定点的距离。现代雷达测月球距离的精度已达米的量级，这是其他方法无法达到的。它还能测知天体的形状和自转的方向与速度等。导航：舰船上一般均装有导航雷达，这种雷达应有较高分辨力，避免在航行中与邻近的船只或小岛碰撞。有些飞机上装有多普勒导航雷达，多以连续波工作，天线产生前后左右几个波束，藉以测定航线的偏差。 发展趋势 相控阵雷达特别是固态相控阵雷达具有极高的可靠性，它的天线有可能与装载雷达的飞机或卫星等载体的形状完全贴合(称为共形天线)，是受到人们重视的新型雷达。动目标检测和脉冲多普勒雷达具有在极强杂波中检测小的动目标的能力，已得到进一步发展。雷达波长将向更短的方向扩展，从3毫米直至激光波段。毫米波雷达和激光雷达的信号虽然在大气层内有严重衰减，但更适於装在卫星或宇宙飞船上工作，只用很小的天线就能得到极高的定位精度和分辨力。雷达设备模块化、小型化、高机动性和高可靠性是总的发展趋势。为了提高军用雷达的抗干扰性能和生存能力，除改进雷达本身设计外，把多种雷达组合成网，则可获得更多的自由度。天线和信息处理的自适应技术，导弹真假弹头和飞机机型、架数的识别技术，也是雷达技术的重要研究课题。
大自然的启示那是一个万物复苏的日子，我走在家门外，忽然发现天空中飘着许许多多纤维状的物体，一大片，一大片，像下雪似的，但又比雪花更绵薄更柔软，纷纷扬扬，连天扯地。我很久都没看见这种东西了，现在偶然看到这个景象，不由得让我吃惊，那是蒲公英在靠风力传播种子。因为有了它，这世界才变得如此活力和勃勃生机。谁见了这种场面也不会无动于衷，谁都不能不被这种生命不计成本、不惜一切代价的付出和投资所感动，在它辛苦的飘散中，仿佛听见有一种声音在殷切地呼唤，那是它在呼唤每一粒种子落入黑乎乎的泥土，绽出一枝嫩绿的新芽，在春天里疯长，散发着生命的芬芳。但是这些成千上万飘飞着的蒲公英，也许只有一颗种子能够遇到一片沃土,助它生根、发芽，长成一棵棵浓郁蔽日的参天“大树”。而其余的种子，因为土地的贫瘠，尽管艰难地生长，终究无法蔚然成阴，而早早地夭折在胚胎中，但它依然如故，在这个季节从不失约地如期而至，自始至终不间断地潜心这项浩大的生命工程的创造与劳动，只管耕耘，不问收获。人类生命的绝唱由祖先亚当和夏娃来引导，在大自然的启示下，我们应该懂得怎样感谢生命，珍惜生命，把握生命，可是因为生命本能的使然，还是一种强烈生命意识的觉醒，想在创造中使自己的生命得以延伸葆有一份永恒？是它深喑生命的无常，才将自己所有的精髓毫不保留地撒向人间，最大限度地展示一种生命过程。因此，我们没有理由不对生命投以虔诚的谢意和崇高的敬畏。毕竟，生命属于每个人只有一次。即使在人生的道路上，事业、前途、爱情、家庭都如泡沫一样破灭了，也不必悲观，不要绝望。我要感谢生命、大自然，赋予我像蒲公英那样纯洁而质朴、异常珍贵而不懈努力的存在。要知道，生存本身就是一种资本，一种幸运，一种对不公平命运勇敢的挑战和蔑视。
利用电磁波探测目标的电子设备。它发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达是英文RADAR(Radio Detection And Ranging)的译音，意为“无线电检测和测距”。雷达的优点是白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为雾、云和雨所阻挡。雷达是现代战争必不可少的电子装备。它不仅应用於军事，而且也应用於国民经济(如交通运输、气象预报和资源探测等)和科学研究(如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等)以及其他一些领域。
啊
这个问题特别难以解释，我只能用人的眼睛来打比方来解释这个问题，这个比喻并不是很恰当，但容易帮助理解。首先要搞清楚什么是雷达的旁瓣，雷达的照射是有指向性的，就像手电筒或探照灯一样，只不过一个是电磁波一个是可见的光波，但雷达的电磁波不同于手电的光波，电磁波是有辐射的，所以雷达在锁定某一个目标，就是用“主瓣”。同时在其他的某几个方向也可能会有较强的指向，称旁极大，即“旁瓣”。而在和主瓣相反的方向也有可能出现很小的相应，就是“尾瓣”。一个容易理解的解释就是人的眼睛看正前方的时候，还有余光在观察周围。看正前方的就是“主瓣”，余光就是“旁瓣”，人眼没有“尾瓣”雷达有。假如你在看正前方的时候，旁边有个人拿激光指示器（一个小红点）照射你的眼球，你是不是也能感受到，同样，对于雷达的干扰很容易从“旁瓣”进入。假设你的眼睛没有任何余光，就像聚光灯一样直射前面，那别人拿激光指示器必须照到你的瞳孔才能干扰你，而照到你的眼球你是没有感觉的。
利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。雷达是英文radar的音译，意为无线电检测和测距。雷达概念形成于20世纪初，在第二次世界大战前后获得飞速发展。雷达的工作原理，是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距，且接收回波是在发射脉冲休止期内，所以接收天线和发射天线可用同一副天线，因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时，雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
无线电是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率 在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一, 在各种射频规范书, 常见的有三 3KHz~300GHz（ITU－国际电信联盟规定）, 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz。 无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。 无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。 麦克斯韦最早在他递交给英国皇家学会的论文《电磁场的动力理论》中阐明了电磁波传播的理论基础。他的这些工作完成于1861年至1865年之间。 海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦尔的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达，通常称为波动方程。 1906年圣诞前夜，雷吉纳德·菲森登（Reginald Fessenden）在美国麻萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。菲森登广播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗诵《圣经》片段。位于英格兰切尔姆斯福德的马可尼研究中心在1922年开播世界上第一个定期播出的无线电广播娱乐节目。 发明 关于谁是无线电台的发明人还存在争议。 1893年，尼科拉·特斯拉（Nikola Tesla）在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中，他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。 古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利12039号，“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”。 尼科拉·特斯拉1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而，美国专利局于1904年将其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物，包括汤玛斯·爱迪生，安德鲁·卡耐基影响的结果。1909年，马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩（Karl Ferdinand Braun）由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。 1943年，在特斯拉去世后不久，美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因。这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。 1898年，马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂，雇佣了大约50人。 无线电的用途 无线电的最早应用于航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在，无线电有着多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播等。 以下是一些无线电技术的主要应用: 通信 声音 * 声音广播的最早形式是航海无线电报。它采用开关控制连续波的发射与否，由此在接收机产生断续的声音信号，即摩尔斯电码。 * 调幅广播可以传播音乐和声音。调幅广播采用幅度调制技术，即话筒处接受的音量越大则电台发射的能量也越大。 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。 * 调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音。对频率调制而言，话筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高。调频广播工作于甚高频段（Very High Frequency，VHF）。频段越高，其所拥有的频率带宽也越大，因而可以容纳更多的电台。同时，波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性。 * 调频广播的边带可以用来传播数字信号如，电台标识、节目名称简介、网址、股市信息等。在有些国家，当被移动至一个新的地区后，调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。 * 航海和航空中使用的话音电台应用VHF调幅技术。这使得飞机和船舶上可以使用轻型天线。 * 政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。相对于调频广播或电视伴音的16KHz带宽，保真度上不得不作出牺牲。 * 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶，飞机或孤立地点间的通讯。大多数情况下，都使用单边带技术，这样相对于调幅技术可以节省一半的频带，并更有效地利用发射功率。 * 陆地中继无线电(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一种为军队、警察、急救等特殊部门设计的数字集群电话系统。 电话 * 蜂窝电话或移动电话是当前最普遍应用的无线通信方式。蜂窝电话覆盖区通常分为多个小区。每个小区由一个基站发射机覆盖。理论上，小区的形状为蜂窝状六边形，这也是蜂窝电话名称的来源。当前广泛使用的移动电话系统标准包括：GSM，CDMA和TDMA。运营商已经开始提供下一代的3G移动通信服务，其主导标准为UMTS和CDMA2000。 * 卫星电话存在两种形式：INMARSAT 和 铱星系统。两种系统都提供全球覆盖服务。 INMARSAT使用地球同步卫星，需要定向的高增益天线。铱星则是低轨道卫星系统，直接使用手机天线 电视 * 通常的模拟电视信号采用将图像调幅，伴音调频并合成在同一信号中传播。 * 数字电视采用MPEG-2图像压缩技术，由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽。 紧急服务 * 无线电紧急定位信标 （emergency position indicating radio beacons，EPIRBs）， 紧急定位发射机或 个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进行定位的小型无线电发射机。它的作用是提供给救援人员目标的精确位置，以便提供及时的救援。 数据传输 * 数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息。这样，可以在同样的带宽上传递更大的数据量。 * IEEE 11是当前无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）的标准。它采用2GHz或5GHz频段，数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。 * 蓝牙（Blueteeth）是一种短距离无线通讯的技术。 辨识 * 利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份。（参见射频识别） 其它 * 业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放的频带。爱好者使用不同形式的编码方式和技术。有些后来商用的技术，比如调频，单边带调幅，数字分组无线电和卫星信号转发器，都是由业余爱好者首先应用的。 导航 * 所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星。导航卫星播发其位置和定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星的信号。接收机通过测量电波的传播时间得出它到各个卫星的距离，然后计算得出其精确位置。 * Loran系统也使用无线电波的传播时间进行定位，不过其发射台都位于陆地上。 * VOR系统通常用于飞行定位。它使用两台发射机，一台指向性发射机始终发射并象灯塔的射灯一样按照固定的速率旋转。当指向型发射机朝向北方时，另一全向发射机会发射脉冲。飞机可以接收两个VOR台的信号，从而通过推算两个波束的交点确定其位置。 * 无线电定向是无线电导航的最早形式。无线电定向使用可移动的环形天线来寻找电台的方向。 雷达 * 雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。 * 导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。 * 多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过，其所发射的脉冲经过调制和极化以便确定反射体的表面类型。优亮的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。 * 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域，通常每分钟2－4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来 * 寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理，不过对较小的区域进行快速反复扫描，通常可达每秒钟几次。 * 气象雷达与搜索雷达类似，但使用圆极化波以及水滴易于反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速，多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。 加热 * 微波炉利用高功率的微波对食物加热。（注：一种通常的误解认为微波炉使用的频率为水分子的共振频率。而实际上使用的频率大概是水分子共振频率的十分之一。）
传统铝箔干扰 由侦察机释放大量的铝箔 战机随后进入 由于铝箔同样具有回波 所以雷达员会看到一屏幕的雪花点 这个没有防护措施 只能改进雷达 然后是电子干扰 利用特定的装置释放大量的电磁杂波干扰搜索雷达的回波接受 防护措施就是电子战系统的抗干扰设备 还有 优化雷达的算法
无线电是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率 在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一, 在各种射频规范书, 常见的有三 3KHz~300GHz（ITU－国际电信联盟规定）, 9KHz~300GHz, 10KHz~300GHz。 无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。 无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。 麦克斯韦最早在他递交给英国皇家学会的论文《电磁场的动力理论》中阐明了电磁波传播的理论基础。他的这些工作完成于1861年至1865年之间。 海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦尔的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达，通常称为波动方程。 1906年圣诞前夜，雷吉纳德·菲森登（Reginald Fessenden）在美国麻萨诸塞州采用外差法实现了历史上首次无线电广播。菲森登广播了他自己用小提琴演奏“平安夜”和朗诵《圣经》片段。位于英格兰切尔姆斯福德的马可尼研究中心在1922年开播世界上第一个定期播出的无线电广播娱乐节目。 发明 关于谁是无线电台的发明人还存在争议。 1893年，尼科拉·特斯拉（Nikola Tesla）在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中，他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。 古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利12039号，“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”。 尼科拉·特斯拉1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而，美国专利局于1904年将其专利权撤销，转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物，包括汤玛斯·爱迪生，安德鲁·卡耐基影响的结果。1909年，马可尼和卡尔·费迪南德·布劳恩（Karl Ferdinand Braun）由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。 1943年，在特斯拉去世后不久，美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因。这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。 1898年，马可尼在英格兰切尔姆斯福德的霍尔街开办了世界上首家无线电工厂，雇佣了大约50人。 无线电的用途 无线电的最早应用于航海中，使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在，无线电有着多种应用形式，包括无线数据网，各种移动通信以及无线电广播等。 以下是一些无线电技术的主要应用: 通信 声音 * 声音广播的最早形式是航海无线电报。它采用开关控制连续波的发射与否，由此在接收机产生断续的声音信号，即摩尔斯电码。 * 调幅广播可以传播音乐和声音。调幅广播采用幅度调制技术，即话筒处接受的音量越大则电台发射的能量也越大。 这样的信号容易受到诸如闪电或其他干扰源的干扰。 * 调频广播可以比调幅广播更高的保真度传播音乐和声音。对频率调制而言，话筒处接受的音量越大对应发射信号的频率越高。调频广播工作于甚高频段（Very High Frequency，VHF）。频段越高，其所拥有的频率带宽也越大，因而可以容纳更多的电台。同时，波长越短的无线电波的传播也越接近于光波直线传播的特性。 * 调频广播的边带可以用来传播数字信号如，电台标识、节目名称简介、网址、股市信息等。在有些国家，当被移动至一个新的地区后，调频收音机可以自动根据边带信息自动寻找原来的频道。 * 航海和航空中使用的话音电台应用VHF调幅技术。这使得飞机和船舶上可以使用轻型天线。 * 政府、消防、警察和商业使用的电台通常在专用频段上应用窄带调频技术。这些应用通常使用5KHz的带宽。相对于调频广播或电视伴音的16KHz带宽，保真度上不得不作出牺牲。 * 民用或军用高频话音服务使用短波用于船舶，飞机或孤立地点间的通讯。大多数情况下，都使用单边带技术，这样相对于调幅技术可以节省一半的频带，并更有效地利用发射功率。 * 陆地中继无线电(Terrestial Trunked Radio, TETRA)是一种为军队、警察、急救等特殊部门设计的数字集群电话系统。 电话 * 蜂窝电话或移动电话是当前最普遍应用的无线通信方式。蜂窝电话覆盖区通常分为多个小区。每个小区由一个基站发射机覆盖。理论上，小区的形状为蜂窝状六边形，这也是蜂窝电话名称的来源。当前广泛使用的移动电话系统标准包括：GSM，CDMA和TDMA。运营商已经开始提供下一代的3G移动通信服务，其主导标准为UMTS和CDMA2000。 * 卫星电话存在两种形式：INMARSAT 和 铱星系统。两种系统都提供全球覆盖服务。 INMARSAT使用地球同步卫星，需要定向的高增益天线。铱星则是低轨道卫星系统，直接使用手机天线 电视 * 通常的模拟电视信号采用将图像调幅，伴音调频并合成在同一信号中传播。 * 数字电视采用MPEG-2图像压缩技术，由此大约仅需模拟电视信号一半的带宽。 紧急服务 * 无线电紧急定位信标 （emergency position indicating radio beacons，EPIRBs）， 紧急定位发射机或 个人定位信标是用来在紧急情况下对人员或测量通过卫星进行定位的小型无线电发射机。它的作用是提供给救援人员目标的精确位置，以便提供及时的救援。 数据传输 * 数字微波传输设备、卫星等通常采用正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。QAM调制方式同时利用信号的幅度和相位加载信息。这样，可以在同样的带宽上传递更大的数据量。 * IEEE 11是当前无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）的标准。它采用2GHz或5GHz频段，数据传输速率为11 Mbps或54 Mbps。 * 蓝牙（Blueteeth）是一种短距离无线通讯的技术。 辨识 * 利用主动及被动无线电装置可以辨识以及表明物体身份。（参见射频识别） 其它 * 业余无线电是无线电爱好者参与的无线电台通讯。业余无线电台可以使用整个频谱上很多开放的频带。爱好者使用不同形式的编码方式和技术。有些后来商用的技术，比如调频，单边带调幅，数字分组无线电和卫星信号转发器，都是由业余爱好者首先应用的。 导航 * 所有的卫星导航系统都使用装备了精确时钟的卫星。导航卫星播发其位置和定时信息。接收机同时接受多颗导航卫星的信号。接收机通过测量电波的传播时间得出它到各个卫星的距离，然后计算得出其精确位置。 * Loran系统也使用无线电波的传播时间进行定位，不过其发射台都位于陆地上。 * VOR系统通常用于飞行定位。它使用两台发射机，一台指向性发射机始终发射并象灯塔的射灯一样按照固定的速率旋转。当指向型发射机朝向北方时，另一全向发射机会发射脉冲。飞机可以接收两个VOR台的信号，从而通过推算两个波束的交点确定其位置。 * 无线电定向是无线电导航的最早形式。无线电定向使用可移动的环形天线来寻找电台的方向。 雷达 * 雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。 * 导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。 * 多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过，其所发射的脉冲经过调制和极化以便确定反射体的表面类型。优亮的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。 * 搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域，通常每分钟2－4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来 * 寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理，不过对较小的区域进行快速反复扫描，通常可达每秒钟几次。 * 气象雷达与搜索雷达类似，但使用圆极化波以及水滴易于反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速，多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。 加热 * 微波炉利用高功率的微波对食物加热。（注：一种通常的误解认为微波炉使用的频率为水分子的共振频率。而实际上使用的频率大概是水分子共振频率的十分之一。）
利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。雷达是英文radar的音译，意为无线电检测和测距。雷达概念形成于20世纪初，在第二次世界大战前后获得飞速发展。雷达的工作原理，是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距，且接收回波是在发射脉冲休止期内，所以接收天线和发射天线可用同一副天线，因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时，雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。
地质雷达在水利工程质量检测中的应用1 前言 地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段，通过广大物探技术人员的共同努力，达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征，在不断总结探测经验的基础上，提高异常的判断能力和精度，较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置，以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范，提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例，说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况，以此与同行进行切磋，推动堤防工程探测技术的发展，不妥之处，敬请批评指正。2 基本原理地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线(T)向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天线(R)接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此，根据接收到的电磁波特征，既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时，由于发射天线与接收天线的距离很近，所以其电磁场方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脉冲信号的强度，与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数，对于以位移电流为主的介质，既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满足σ/ωε<<1，于是衰减系数(β)的近似值为：既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比，与介电常数(ε)的平方根成反比。而界面的反射系数为：式中Z为波阻抗，其表达式为：显然，电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见，电磁波的频率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。对于雷达波常用频率范围(25～1000MHz)，一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H：式中:t为目的层雷达波的反射时间；c为雷达波在真空中的传播速度(3m/ns)；εr为目的层以上介质相对介电常数均值。3 工程概况北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑，后经数次维修和加固形成现有规模，主体为梯形，顶宽约10m，可见堤高约5～6m，堤内坡坡度为1:5～1:0，外坡相对较缓为1: 0～1: 5。堤身为人工堆积，主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变，分布不均，且处于包气带中，极为干燥。堤基为第四系全新统地层，岩性以粉细砂为主，下游段出现黑色淤泥质粘土夹层，层厚约7～0m。地下水位埋深(自地表计)：卢沟桥附近约0m，至下游逐渐变浅，达省/市界附近(石佛寺)一带约0m。永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段，分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内，其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌，并于1964～1989年间营建，浆砌石护坡除可见堤身部分露出外，其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下，一般为0～0m，外铺0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要，保证该堤防渡汛万无一失，故进行地球物理勘探工作，以检测堤防工程的护砌质量，便于99年6月份之前进行加固处理。4 测试技术及资料处理为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣，沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面，并按其走向连续测试。外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统，天线的中心频率为250MHz，收发天线的间距为6m。实测采用剖面法，且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为2m，采样频率为3893MHz，单一记录迹线的采样点数为512，迭加次数为16，记录时窗为180ns，若取堤身土体的雷达波速为08～10m/ns，表层浆砌石的雷达波速为10～12m/ns，综合考虑该地层剖面特征，选取雷达波速中值为10m/ns，则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8～10cm。雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同，主要有：①滤波及时频变换处理；②自动时变增益或控制增益处理；③多次重复测量平均处理；④速度分析及雷达合成处理等，旨在优化数据资料，突出目的体、最大限度地减少外界干扰，为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似，可依据该图进行地质解释。5 成果分析地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像，全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等)，尤其是反射波的波形及强度特征，通过同相轴的追踪，确定波组的地质意义，构制地质——地球物理解释模型，依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况，要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布，必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来，建立测区的地质——地球物理模型，才能获得正确的地下地质结构模式。雷达资料的地质解释步骤一般为：⑴ 反射层拾取根据勘探孔与雷达图像的对比分析，建立各种地层的反射波组特征，而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。⑵ 时间剖面的解释在充分掌握区域地质资料，了解测区所处的地质结构背景的基础上，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质结构特征，其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等)，解释同相轴不连续带的原因等。下部架空时的图像，该剖面第三反射同相轴自剖面点4m处断开，形成“背斜”状的强反射层，此现象延续到剖面点8m处，此段浆砌石与下部土体分离导致架空，其范围与已知情况吻合。 通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差，这些隐患的类型一般为：①浆砌石厚度较薄；②浆砌石与下部土体分离形成架空；③浆砌石胶结不良或松散；④浆砌石出现裂缝等不良现象。 护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重，浆砌石与下部堤身土体接触差，多形成架(悬)空状态，造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍，且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因，笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙，且砂浆质量差、少浆，下部又无防渗护层，堤身土体多由粉细砂组成，经降水入渗，粉细砂局部被冲刷淘失，在砌石与堤身土体之间形成空洞，并有继续扩大发展之趋势。该物探成果经开挖验证(见图4——开挖照片)，完全符合客观实际，受到了甲方的赞誉。6 结语地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用，取得了良好的应用效果，且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景，然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系，天线的频率越低探测深度越大，则精度越低；而天线的频率越高，探测深度越浅，则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进仅供参考，请自借鉴。希望对您有帮助。
地质雷达在水利工程质量检测中的应用1 前言 地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段，通过广大物探技术人员的共同努力，达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征，在不断总结探测经验的基础上，提高异常的判断能力和精度，较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置，以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范，提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例，说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况，以此与同行进行切磋，推动堤防工程探测技术的发展，不妥之处，敬请批评指正。2 基本原理地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线(T)向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天线(R)接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此，根据接收到的电磁波特征，既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时，由于发射天线与接收天线的距离很近，所以其电磁场方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脉冲信号的强度，与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数，对于以位移电流为主的介质，既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满足σ/ωε<<1，于是衰减系数(β)的近似值为：既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比，与介电常数(ε)的平方根成反比。而界面的反射系数为：式中Z为波阻抗，其表达式为：显然，电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见，电磁波的频率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。对于雷达波常用频率范围(25～1000MHz)，一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H：式中:t为目的层雷达波的反射时间；c为雷达波在真空中的传播速度(3m/ns)；εr为目的层以上介质相对介电常数均值。3 工程概况北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑，后经数次维修和加固形成现有规模，主体为梯形，顶宽约10m，可见堤高约5～6m，堤内坡坡度为1:5～1:0，外坡相对较缓为1: 0～1: 5。堤身为人工堆积，主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变，分布不均，且处于包气带中，极为干燥。堤基为第四系全新统地层，岩性以粉细砂为主，下游段出现黑色淤泥质粘土夹层，层厚约7～0m。地下水位埋深(自地表计)：卢沟桥附近约0m，至下游逐渐变浅，达省/市界附近(石佛寺)一带约0m。永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段，分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内，其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌，并于1964～1989年间营建，浆砌石护坡除可见堤身部分露出外，其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下，一般为0～0m，外铺0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要，保证该堤防渡汛万无一失，故进行地球物理勘探工作，以检测堤防工程的护砌质量，便于99年6月份之前进行加固处理。4 测试技术及资料处理为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣，沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面，并按其走向连续测试。外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统，天线的中心频率为250MHz，收发天线的间距为6m。实测采用剖面法，且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为2m，采样频率为3893MHz，单一记录迹线的采样点数为512，迭加次数为16，记录时窗为180ns，若取堤身土体的雷达波速为08～10m/ns，表层浆砌石的雷达波速为10～12m/ns，综合考虑该地层剖面特征，选取雷达波速中值为10m/ns，则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8～10cm。雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同，主要有：①滤波及时频变换处理；②自动时变增益或控制增益处理；③多次重复测量平均处理；④速度分析及雷达合成处理等，旨在优化数据资料，突出目的体、最大限度地减少外界干扰，为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似，可依据该图进行地质解释。5 成果分析地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像，全面客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等)，尤其是反射波的波形及强度特征，通过同相轴的追踪，确定波组的地质意义，构制地质——地球物理解释模型，依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况，要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布，必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来，建立测区的地质——地球物理模型，才能获得正确的地下地质结构模式。雷达资料的地质解释步骤一般为：⑴ 反射层拾取根据勘探孔与雷达图像的对比分析，建立各种地层的反射波组特征，而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。⑵ 时间剖面的解释在充分掌握区域地质资料，了解测区所处的地质结构背景的基础上，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质结构特征，其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等)，解释同相轴不连续带的原因等。下部架空时的图像，该剖面第三反射同相轴自剖面点4m处断开，形成“背斜”状的强反射层，此现象延续到剖面点8m处，此段浆砌石与下部土体分离导致架空，其范围与已知情况吻合。 通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差，这些隐患的类型一般为：①浆砌石厚度较薄；②浆砌石与下部土体分离形成架空；③浆砌石胶结不良或松散；④浆砌石出现裂缝等不良现象。 护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重，浆砌石与下部堤身土体接触差，多形成架(悬)空状态，造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍，且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因，笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙，且砂浆质量差、少浆，下部又无防渗护层，堤身土体多由粉细砂组成，经降水入渗，粉细砂局部被冲刷淘失，在砌石与堤身土体之间形成空洞，并有继续扩大发展之趋势。该物探成果经开挖验证(见图4——开挖照片)，完全符合客观实际，受到了甲方的赞誉。6 结语地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用，取得了良好的应用效果，且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景，然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系，天线的频率越低探测深度越大，则精度越低；而天线的频率越高，探测深度越浅，则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进仅供参考，请自借鉴。希望对您有帮助。
雷达反干扰的主要措施：a．雷达天线要具有高增益，低副瓣，窄波束，低交叉极化响应，副瓣对消，副瓣消隐，电子 扫描相控阵，单脉冲测角技术；b．收发系统设计应具有高有效辐射功率，脉冲压缩波形，宽带频率跳变，宽动态范围，镜 像抑制，单脉冲／辅助接收系统的信道匹配；C．在频域上，雷达系统应占有更多更宽的电磁频谱，以对付已扩展了频段的雷达对抗系 统的威胁。在能量上，必须尽可能的发挥雷达在空域、时域和频域上的能量集中的优势，来 削弱电子干扰的有限辐射功率；d．雷达系统必须以计算机为核心进行快速数字式信息处理、控制和传递，以提高系统的 高速信息处理能力、响应速度、跟踪精度和对电磁环境的应变能力，提高目标回波微小变化 识别能力，能同时对多目标、多单元跟踪，进行杂波抑制，才能适应密集的电磁信号环境；