雷達一詞來源于英文縮寫RADAR，原文是Radio Detection And Ranging，意思是無線電探測與測距。這個名字太好了，開宗明義，無需再做任何解釋。
在雷達發展演變的過程中，有三個人、三件事值得一提。
一、瓦特發明了雷達
上小學時就知道了瓦特發明了蒸汽機，瓦特發明了雷達還是第一次聽說。哈哈，這個瓦特不是那個瓦特，發明雷達的是羅伯特×沃森×瓦特，發明蒸汽機的是詹姆斯×瓦特。不過二人還真的是一家子，小瓦特是老瓦特的后人，他沒有辜負老瓦特的名聲。
關于雷達，還得從19世紀說起。
早在19世紀，在海上無線電通信中，人們已經注意到當有第三艘船只經過正在通信的兩艘船只中間時，會造成無線電通信的暫時中斷。
20世紀初，美國人利用了這一現象，在海上航道兩側安裝了電磁波發射機和接收機，設置了一道看不見的警戒線。
同一時期，伴隨著飛機的誕生和空襲的出現，歐洲各國迫切需要一種技術，能夠及時發現來襲敵機。在諸多的研究團隊中，英國科學家羅伯特×沃森×瓦特率領的團隊脫穎而出。
（左為發射塔，右為接收塔）
1935年，瓦特團隊發明了世界上第一部對空探測裝置，命名為雷達。瓦特的創新之處在于將發射機與接收機都部署于己方一側，并且接收機由接收發射機信號改變為接收目標反射回波，這樣一來就可以根據反射回波確定目標的方位和距離，從而為防空作戰提供引導。1936年，英國開始在本土大規模部署這種雷達。到1939年，英國在本土建立了貫通南北的雷達網。在1940年到1941年的不列顛空中戰中，這些雷達網為英國贏得空戰勝利建立了不朽功勛，也推動了雷達在歐洲各國的迅速普及。
其間，1937年，英國還研制成功了世界上第一部機載雷達，安裝在“安森”雙發飛機上，用于北海的海上監視，成為英國反潛作戰的利器。1940年，英國還研制了裝有雷達瞄準具的“波菲特”戰斗機，用于夜間作戰，號稱是世界上最早的截擊機。
雷達探測空中目標
雷達屏幕
雷達從孕育到問世，走過的道路是漫長的，技術實現過程更是錯綜復雜，但是它的物理原理并不復雜，主要有三條：
有了這三條，在原理上就可以實現電磁波對目標的探測與測距。
克里斯蒂恩×多普勒（1803-1853），奧地利科學家，因發現“多普勒效應”而聞名于世。多普勒誕生于19世紀初，雷達發明于20世紀中葉，二者有什么交集呢？
雷達問世之后，隨著磁控管、電子收發開關、拋物面天線、平板縫隙天線等等的發明，不僅推動了機載雷達的小型化，帶來了機載雷達的普及，也推動了機載雷達與武器系統的融合，出現了機載火控系統，適應了機載武器導彈化的發展趨勢。到了20世紀60年代，機載雷達、火控系統、空空導彈等已經成為以F-104、米格-21等為代表的第三代戰斗機的標配。
這時人們遇到了一個新問題：機載雷達不具備“下視”能力，從而限制了空空導彈的“下射”能力。所謂“下視”，是指機載雷達對貼地、貼海飛行的低空目標的探測能力。由于低空目標以地、海面為背景，雷達向下探測時，電磁波不僅會打到需要探測的飛機上，也會打到地面或者海面，來自地面或者海面的回波（稱為雜波）比來自飛機的回波要強大得多，這樣一來就造成了目標回波被淹沒，雷達不能發現貼地或貼海飛行的低空目標。
針對雷達的這一弱點，低空突防戰術應運而生，并且一度在戰爭中屢屢得手。
怎么辦？有人想到了多普勒，想到了多普勒效應。于是，人們就請出了這尊大神。
多普勒效應示意圖
1842年，多普勒首次提出了多普勒效應。他發現，當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的波的頻率會有改變。舉個例子，當你站在路邊，聽到的迎面而來的汽車的喇叭聲和離你而去的汽車喇叭聲是不同的，前者頻率越來越高，聲音越來越高亢，后者頻率逐漸降低，聲音越來越低沉。這就是多普勒效應。換句話說，當波源和觀察者發生相對運動時，觀察者接收到的波的頻率和波源發出的頻率是不同的，當二者接近時，頻率升高，當二者遠離時，頻率降低。這種現象也被稱為多普勒頻移。
多普勒雷達測速
借助多普勒效應，人們可以在雷達上實現兩個重大突破：
于是在解決了一系列的相關技術問題之后，多普勒雷達應運而生。有了多普勒雷達，也就解決了雷達的“下視”問題。雷達有了“下視”能力，也就可以引導空空導彈攻擊低空或超低空的飛行目標，從而帶動空空導彈具備了“下射”能力。20世紀70年代以后，多普勒雷達成為機載火控雷達的主流，“下視、下射”也因此成為以F-15、蘇-27、殲-10等為代表的第四代戰斗機的標志性能力。
順便說一句，地面道路，包括城市道路、高速公路等測速采用的也都是多普勒雷達。
三、惠更斯與相控陣雷達
說到惠更斯與相控陣雷達，似乎就更邪乎了。克里斯蒂恩×惠更斯（1629-1695），荷蘭科學家，重要的物理學先驅，在伽利略與牛頓之間承前啟后。相控陣雷達則是20世紀50年代以后的事情了。在時間上，二者相差了三個世紀。
在惠更斯的諸多建樹中，有一個被稱為“近代光學的重要基本理論之一”的惠更斯原理，是這樣說的：對于任何一種波，從波源發射的子波中，其波面上的任何一點都可以作為子波的波源，各個子波波源波面的包絡面就是下一個新的波面。
具體到相控陣雷達，特殊之處就在于天線。相控陣雷達的全稱是“相位控制電子天線陣列雷達”，說的都是它的天線。有兩個特點：
相控陣雷達天線
一是天線單元成陣列排布。相控陣雷達的天線由成百上千、甚至成千上萬的電子收/發單元組成，這些單元排成平面陣列，依據照惠更斯原理，每個單元就是一個波源，其發射的子波波面上的任何一點又都可以作為子波的波源，各個子波波源波面的包絡面就是下一個新的波面，由此連續不斷、綿延不絕，在天線的正前方就形成一片可以沿著某個特定方向傳播的平面波。
瞧，這就是基礎科學的偉大！惠更斯在三百年前就為相控陣雷達的發明掃清了理論障礙。
相控陣雷達波面控制示意圖
二是通過相位控制實現電子掃描。如上圖所示，TX代表中央信號發生器，F代表天線單元，C代表相位控制器。相位控制器通過控制每一個天線單元的發射時間，使不同位置上的天線單元按照一定的時間間隔依次提前或延遲雷達波的發射，就可以控制或改變雷達波的傳播方向q，從而實現了對周圍空間的電子掃描。
相對于機械掃描雷達，相控陣雷達的優勢是十分明顯的，主要在于：⑴不受機械慣性制約，波束指向靈活，掃描周期可以壓縮到毫秒、甚至微秒，數據率高；⑵可以同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導等多種功能；⑶目標容量大，可以在一個空域內同時監視、跟蹤數百個目標；⑷對復雜目標環境的適應能力強，抗干擾性能好；⑸可靠性高，就像一捆手電筒，即使幾把不亮，依然能夠照亮前方。
多陣面相控陣天線
相控陣雷達的不足在于設備復雜、價格昂貴，且最大掃描角為90°~120°。當需要進行全方位監視時，需要設置3~4個天線陣面。
回顧歷史，雷達在跨越中不斷發展。早期雷達，實現了無線電探測與測距。多普勒雷達實現了無線電測速與對低空目標的探測。相控陣雷達，實現了由機械掃描向電子掃描的跨越。這一切都得益于偉大人物的重要發現。目前，相控陣雷達已經成為現代雷達的主流，廣泛地運用于戰略預警、地面防空、機載/艦載/車載火控等領域。未來隨著相關技術的發展，一定會有更多的新體制雷達不斷涌現。
