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从本期文章开始，我将系统地、详细地介绍雷达系统的相关知识，敬请关注。
0.雷达的发展历史
雷达从无到有，从零到今天丰富多彩的理论，人们一共努力了140多年。用中国人的两句话说，就是：
（1）无极生太极。太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦。
（2）道生一，一生二，二生三，三生万物。万物之一即为计算机、雷达。
在这140多年的时间里，不断地出现新的技术代替了旧的技术，使得雷达的功能逐渐变得多样化，未来的雷达还会朝着智能化的方向继续发展。
我们不能总停留在过去，但我们要清晰地知道，雷达最基本的理论是不会有太多变化的，因此掌握和理解雷达的基本理论的方法就是：站在巨人的肩膀上，从过去的历史中认识并学习雷达。
我把雷达的发展历史放在第0小节，目的就是想展示“从无到有”这个过程，更多详细的内容，可以点击下面的链接继续了解。
雷达的历史 | Radar History
1.雷达基本原理的重要性
（1）缺乏理论的指导，会导致实操的失败。
雷达理论，对于雷达研究人员至关重要，任何人如果不懂雷达的基本原理，想要操作或者进行试验（实验）是不可能成功的事情。通俗的讲：就是瞎搞，盲目地进行试错，代价就是个人的时间和精力被我们的无知所无情地消耗。
只有清晰地掌握并理解雷达的基本原理，才能够正确指导我们的工作，以及在出现问题时具有解决问题的方向性和指导作用。
（2）雷达理论涉及多学科交叉融合
简单的民用雷达涉及的领域不会很多，但也是“麻雀虽小五脏俱全”。数学理论、信号理论、控制理论、系统理论、微波射频理论，以及计算机领域（人工智能）等等内容。
复杂的军用雷达涉及的领域还会更多一些，除了上述之外，还有建筑工程、重型机械、电气工程、大功率微波工程，以及先进的高速实时信号处理和数据处理等等内容。
多学科交叉融合的现实使得原本理论丰富的雷达又变得额外的复杂，但是我们不可能研究所有领域。对于个人来说，如果不是做雷达总体设计工作，那么在有限的时间内只需要选择其中的某一个研究方向即可。比如毫米波雷达信号处理、MIMO阵列、SAR/ISAR、海杂波、相控阵、压缩感知、智能化雷达、认知雷达。或者选择某一个研究内容即可，比如穿墙雷达、无人机雷达、家用智能雷达、成像雷达、感通一体化雷达、软件化雷达等等，能够把一个领域或者一个方向做到极致，那么在雷达界也会占有一席之地。
（3）雷达理论对个人的成长有巨大的作用
高手都是精通理论的，也是注重实践的，二者缺一不可，缺了就不可能成为高手。无论是搞科研，还是在工作岗位，理论是最重要“武器装备”，没有装备，如何攻城略地？最起码也是“炼丹”的燃料，火候不到位如何炼丹呢？
2.雷达的物理基础
雷达原理的物理基础，最重要的就是电磁波辐射能量的本质，电磁波辐射能量使得雷达可以探测目标的方位和距离。
（1）电磁波的反射效应
如果电磁波遇到理想导体（电阻为0）表面，则被完全反射，如果这些被反射的电磁波被雷达的接收天线接收到，则意味着在雷达发射信号的传播方向上存在目标。
雷达是利用电磁波测定物体位置的无线电设备，电磁波如果遇到电磁波如果遇到尺寸明显大于电磁波波长的目标就会发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强。
（2）光速不变定理
我们近似地认为，电磁波能量以恒定的速度在空气中传播，大约是光速。即300，000km/秒，或者186，000英里/秒，或者162，000海里/秒。
恒定的电磁波传播速度能够让我们通过测量发射脉冲的延迟时间来确定反射物体（飞机、轮船或汽车）与雷达站点之间的距离，这种方法是最简单的测距手段，称为飞行时间差法（Time of flight,TOF）。
（3）电磁波沿直线传播
电磁波能量通常以直线穿过天空，由于大气和天气条件而略有不同，通过使用特殊的雷达天线，电磁波能量可以聚焦到所需的方向，便能够测量反射物体的方向（方位角和高程）。
（4）电磁波的衍射效应
衍射，又称绕射，是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。雷达发射的电磁波，能够穿越某些障碍物，探测目标，即利用了电磁波的衍射效应。不过，雷达主要还是利用电磁波的反射作用。
雷达系统可以采用上述这些基本物理原理来实现并确定目标的距离、方位以及高度信息，这里我们暂且不讨论大气条件、天气状况对传输能量的影响。
3.雷达的优点
与视觉观察相比，雷达具有许多优点：
（1）雷达不受光照强度影响，能够在白天或黑夜环境中远程运行。
（2）雷达可以全天候工作而不受天气条件影响，能够在所有天气下运行，如雾和雨，甚至可以穿透墙壁或雪层。
（3）雷达具有非常广泛的覆盖范围，可以探测整个半球。
（4）雷达可以检测并跟踪运动的目标，以及进行高分辨率成像，从而实现物体识别。
（5）雷达可以全天时运行，实现每周7天，每天24小时的无人操作运行。
另外，相对于光学、激光、超声等传感器，毫米波雷达的优势：
3.雷达的基本原理
雷达的工作原理与声波反射原理具有异曲同工之妙，就像我们朝一个声音反射物体（比如峡谷或洞穴）的方向大声喊叫，会听到回声。
如果已知空气中的声速，根据回声返回所需的时间，我们就可以估计物体距离我们多远及其大致方向。
雷达使用电磁能量脉冲的方式与声波大致相同，如上图所示。射频（RF）能量被发射到物体并从物体反射回来。反射能量的一小部分返回到雷达，这种返回的能量被称为回波信号（Echo Signal），雷达装置使用回波信号来确定反射物体的方向和距离。
术语 RADAR 是一个由以下词组成的首字母缩略词：Radio Detecting And Ranging。
“雷达”一词是由美国海军中尉指挥官塞缪尔·塔克和F·R·弗斯于1940年11月正式创造的首字母缩略词，该词于1943年由第二次世界大战的盟军通过协议开始使用，此后得到国际社会的普遍接受。
雷达是指通过使用反射电磁能量来检测物体存在的电子设备，在某些情况下，雷达系统可以测量这些物体的方向、高度、距离、航向和速度。用于雷达的电磁能量的频率不受光照强度的影响，也可以穿透雾和云，因此可以使用雷达系统来确定飞机、轮船或其他目标的的位置。
现代雷达可以从目标的回波信号中提取比其距离更多的信息，但通过测量延迟时间来计算距离是雷达最重要的功能之一。
4.雷达系统设计基础
下图显示了雷达系统的主要工作原理。雷达发射天线发射电磁波照射目标，然后被目标反射并接收天线接收，接收天线获取的电信号称为回波或回波信号。雷达信号由高功率的发射器产生，并由高灵敏度接收器接收。
（1）反射与散射的概念所有的目标都会产生漫反射，即在多个方向上反射，因此反射信号也称为散射信号，反向散射是指与入射方向相反的反射。可以说，散射包含了反射。我个人认为散射的定义包括反射，所以准确地说雷达是利用了目标的散射信号。散射有前向散射与后向散射之分，而反射方向一般指返回雷达波源的方向，属于后向散射范畴。对于单站雷达来说，可以说利用的是反射信号或者后向散射信号。而对于双站雷达来说，可以说利用的是前向散射信号。当然还有一些特殊的雷达，如二次雷达(通信雷达)，由于目标上有应答器装置，不能说是利用反射或者散射信号，因为这种雷达的应答器自己会发射信号。雷达信号可以显示在传统的平面位置指示器（PPI）或其他更先进的雷达显示系统上。PPI具有旋转矢量，雷达位于原点，这表示天线的指向方向，从而指示目标的方位。
（2）雷达系统各模块介绍
雷达系统主要由5个部分组成，分别是发射机、双工器、接收机、雷达天线以及指示器。发射机
雷达发射机产生短时间的高功率射频能量脉冲，这些能量脉冲通过天线进入空间。双工器
双工器交替地在发射机和接收机之间切换天线，以便只需要使用一根天线（脉冲雷达），这种“开关”不允许发射机的能量进入接收机，否则发射机的高功率脉冲会破坏接收机。接收机
接收机放大和解调接收到的RF信号，接收机在输出端提供视频信号。雷达通常情况下通过发射机发射射频信号，同时接收机接收到的信号也是射频信号。接收到的回波信号与本振信号经过混频器混频得到中频信，再对中频信号进行处理得到视频信号。雷达天线
天线将我们分配以及所需效率的发射机能量信号传输到空间， 这个过程以相同的方式应用于接收。指示器
指示器应向观察者呈现雷达目标相对位置的连续、易于理解的图像。雷达屏幕（在本例中为PPI示波器）显示由回波信号产生的明亮信号，脉冲在运行时延迟的时间越长，目标在雷达示波器的中心就越远，此屏幕上的偏转方向是天线当前指向的方向。END！
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