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刘永坦院士获最高科技奖 他研究的新体制雷达有多厉害?

2019-01-09 16:25 来源:科普中国-军事科技前沿 

  【2018年度国家科技奖特别策划】

  1月8日,刘永坦院士获得2018年度国家最高科学技术奖。他将自己的一生都奉献给了祖国的雷达发展事业,正如他所说,“雷达看多远,国防安全就能保多远。”

  那么,你了解雷达吗?雷达有多重要?刘永坦院士研究的新体制雷达又是什么呢?

  雷达是什么?新体制雷达又是什么?

  雷达,英文名Radar,实际上这是一个缩写,其全称的中文含义是"无线电探测和测距"。他的运行原理并不复杂,首先是由发射机从天线中发送一段无线电波束,这一束无线电就会在空间中发散,当无线电波束遇到物体的时候就会反射。这样的反射就像是镜子反射可见光一样,反射回来的无线电波束就会被雷达系统的接收器接收到,然后送给处理系统解析出目标的距离、高度、速度等数据。

刘永坦院士获最高科技奖 他研究的新体制雷达有多厉害?

图为美国早期雷达

  但是,仅有这样技术程度的传统雷达完全不能满足我国的国防需要,尤其是在海岸监视领域。刘永坦院士曾说:“依靠传统雷达,我国海域可监控可预警范围不足20%,有了新体制雷达,则实现了全覆盖。”

  他口中的新体制雷达,是一系列运用了新技术,新概念的雷达的总称,新体制雷达能做到很多传统雷达无法做到的事情,例如更高的探测距离,更高的精度,更强的抗干扰能力等等。

  高频地波超视距雷达:不用登高也能看得远

  刘永坦院士的重大成就之一,就是参与建设了中国的高频地波超视距雷达,这一型雷达是用于对海远距离探测的新体制雷达之一。

  对于传统雷达来说,在对海的远距离探测是非常困难的事情。原因就出在地球是圆的——受地球曲率的影响,雷达并不能探测到地平线之下的物体。因此,传统对海雷达都必须位于高山之上,达到站得高看得远的效果,但是受于自然条件的限制,对海雷达不可能架设的无限高。

  而高频地波超视距雷达却能无视这一点,让电磁波束达到“超视距”效果。利用高频电磁波在导电海洋表面传播时衰减较小的特点,发送特定波段就可以让电磁波“贴着海面”前进。事实上,高频地波雷达的探测距离可达200-400公里,是传统雷达的数倍之多。与此同时,由于是“贴着海面”的雷达波束,高频地波雷达可以有效地发现超低空飞行的飞机和巡航导弹。

刘永坦院士获最高科技奖 他研究的新体制雷达有多厉害?

图为高频超视距雷达的作用原理

  而高频地波雷达可与另一种用于远距离探测的新体制雷达——天波雷达联合使用,将对海监视距离扩展至近千公里,真正完成了海域全覆盖。

  逆合成孔径雷达:像照相机一样生成图像

  1987至1995年刘永坦院士主持了“逆合成孔径实验雷达”重大项目的研究工作,并最终研制我国第一台逆合成孔径雷达,积累了大量的数据,为后续的发展奠定了基础。这个雷达的名字或许对于很多人来说很陌生,但是逆合成孔径雷达/合成孔径雷达却是中国雷达发展的重要一环。

刘永坦院士获最高科技奖 他研究的新体制雷达有多厉害?

图为外国合成孔径雷达的成像效果

  在之前的介绍中,各位读者已经了解,雷达的本质是用于探测目标的方位和速度。但合成孔径雷达却不一样,其任务不仅仅是探测目标,还能扫描出目标的二维甚至三维图像,就像是雷达般的“照相机”。

  合成孔径雷达本质是使用了一个小天线不断的等速移动并辐射电磁波,并把收回的信号综合处理,产生出一个“扫描”的效果。而逆合成孔径雷达则是倒转过来,雷达天线本体不动,但是扫描的是一个移动物体,通过数据处理之后一样能获得目标的二维或三维图像。由于通常情况下被探测物体不会等速运动,其必须利用运动补偿技术才能生成高分辨率的清晰图像。

刘永坦院士获最高科技奖 他研究的新体制雷达有多厉害?

图为逆合成孔径雷达的成像效果

  逆合成孔径雷达则有助于我国探测和监视移动目标,能够对飞机、导弹、舰船、卫星等进行高分辨二维成像,在战略防御、战术武器、反卫星等军事领域有着重大意义。如果说地波雷达解决了如何看得远的问题,那么逆合成孔径雷达则解决了如何看得清的问题。

  虽然已经在如此之多的雷达领域建立如此成就,但刚领了奖的刘永坦院士却还要继续奋斗下去,决定继续带领团队研究小型化雷达。这样的科研精神是当之无愧的中国科研榜样,正如哈尔滨工业大学副校长、中国科学院院士韩杰评价刘永坦院士时所说:“围绕一个方向,聚焦一个领域,刘永坦一干就是40年。不以困难为断点,不以成就为终点,这种科研精神对后辈来说是激励,更是向导。”

  划重点:

  1.雷达:利用电磁波反射原理制成的探测装置。

  2.高频地波雷达:利用特殊频段,让电磁波沿着地球曲率前进,可探测更远距离的目标,且可以有效发现低空目标。

  3.逆合成孔径雷达:利用目标的移动,让雷达波束起到“扫描”的效果,进而形成目标图像。

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  监制:光明网科普事业部

[责任编辑:赵清建]

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