《传感器与雷达》PPT课件.ppt

传感器知识专题 传感器与雷达 雷达 RADAR 原是 无线电探测与定位 的英文缩写 雷达的基本任务是探测感兴趣的目标 测定有关目标的距离 方问 速度等状态参数 雷达主要由发射接收天线 发射机 接收机 包括信号处理机 和显示器等部分组成 什么是雷达 有的很大 有的很小 雷达发射机产生电磁能量 传送给发射天线 发射天线将这些电磁能量辐射至大气中 集中在某一个很窄的方向上形成波束 向前传播 电磁波遇到目标后 将沿着各个方向产生反射 其中一部分电磁能量反射回雷达的方向 被雷达接收天线获取 形成雷达的回波信号 经过处理 送到显示器 显示出目标的距离 方向 速度等 雷达的工作原理 雷达的工作原理 雷达的接收天线 将空间电磁能量转换为电信号 也称为微波传感器 传感的原理是什么 雷达的工作原理 与音叉类似 共振 雷达的发展1 人们对雷达频率的使用是随着器件的升级而不断提高的 首先是3 30KHz超低频 VLF 的频谱 波长高达10到10万公里 具有 绕射 特性 无线电信号的频率划分 VLF之后是30KHz 300KHz的低频 LF 带 民间所谓的长波段 目前并无军事用途 接着是300KHz 3MHz的中频 MF 带 也和低频一样 没有军事应用 波速与波长的关系 雷达的发展2 3MHz 30MHz的高频 HF 带 透过地表波和电离层空中折射进行电波传递 适合从事远距离通讯 民间使用过量 且易遭干扰 目前军事用途并不广泛 惟有超地平线雷达 OTHRadar 一种利用电离层对短波电磁波的折射特性 侦测极远距离目标 3 000Km以外 但以前却是最初雷达的主要频段 30MHz 300MHz的极高频 VHF 波长在1 10米 是目前民间电视 无线电台和军事战术通讯最重要的波段 美海军SRD 19一类的电子截听天线也多设定在此频带 VHF的电波只能直线传播 因此通讯距离受地球曲率的影响 只能 看 到哪里 送 到哪里 这就是为什么要四处建电视塔的原因 从300MHz起 波长自1米往下递减 到进入光波前 即1000GHz止 统称为微波 包括甚高频 UHF 超高频 SHF 和特高频 EHF 雷达的发展3 300MHz到3GHz为UHF UHF微波的特性是直线传播波 并且不能靠大气折射 预警机上的雷达就是UHF频率的 大型高功率雷达更可探测导弹 各式导弹寻标器 空中战术通讯 导航都落在这个波段 3GHz到8GHz为SHF 除了同UHF的应用外 通讯卫星一般使用这个频道 导弹跟踪雷达一般采用这个频段 最后的30GHz 300GHz为EHF带 目前应用尚未普及 未来战术通讯和雷达可能往这个频带发展 8GHz到13GHz也为SHF 军用武器控制跟踪雷达一般采用这个频段 实际上 我们的手机所使用的频率 GSM频段分为850MHz 900MHz 1800MHz 1900MHz CDMA网络是采用了900MHz 1800MHz频段 雷达的发展 不同用途的雷达频率 波长 是不一样的 早在30年代雷达刚刚问世的时候 由于还没有制造出超短波段使用的大功率电子管 雷达只好用波长为几十米的短波波段 短波在遇到电离层后 产生反射 雷达常常把反射回来的信号当作飞机误报 错情不断发生 这还不是最主要的难题 因为雷达是靠无线电波在目标上的反射来探测目标的 而电波的反射有一个规律 即目标面积越大 波长越短 两者的比值就越大 反射就强 因此 雷达为了能够获得目标的强反射信号 实现有效的定向辐射 工作波长多选择10米以下的超短波或微波 二战期间 美日塞班岛战役 由于不重视雷达的使用 日本军队损失惨重 塞班岛位于太平洋和菲律宾海之间 现隶属于美国 雷达的使用 塞班岛战役开始于公元1944年6月11日 结束于公元1944年7月9日 太平洋战争期间的登陆战役 7月6日 斋藤和南云向东京大本营发出了最后的诀别电 然后将岛上残余的5000官兵集中起来 部署了最后的决死攻击 当晚斋藤剖腹自杀 南云则用手枪结束了自己的生命 7月7日四时四十五分 5000多日军突然发起了进攻 军官挥舞着武士道军刀 身先士卒带头冲锋 士兵们有枪的带枪 没枪的拿着刺刀和棍棒 甚至头裹绷带 手拄拐棍的伤员也一瘸一拐地冲上来 全然不顾美军的射击 战斗持续了数小时 美军将后方勤杂人员也编入战斗部队 投入战斗 终将日军这次丧失理智的自杀冲锋粉碎 美军伤亡很大 仅阵亡就达400人 而日军在美军阵地前遗留的尸体就有4300具 美军只得挖掘一个大坑 再用推土机将这些尸体推入坑中集体掩埋 日军有组织的抵抗至此结束 7月9日 美军推进到了塞班岛最北端的马皮角 基本占领全岛 但令美军无法想象的是 在马皮角的悬崖边 发生了骇人听闻的大规模自杀 不仅日军士兵拉响手榴弹 不少平民也跳海自尽 甚至很多母亲抱着孩子跳下悬崖 美军一再通过翻译 日军俘虏和平民表示 等待他们的不会有屠杀 只有食物和安全 但自杀依然没有停止 共有数千人丧生 在塞班岛登陆战役中 美军阵亡3400余人 伤1 31万人 日军守备部队中4 1万人阵亡 其中陆军2 61万人 海军1 5万人 被俘2000余人 此外还有2 2万平民 几乎占全岛居民的三分之二丧生 雷达与反雷达 俗话说 魔高一尺道高一丈 雷达的频率越来越高 能分辨的物体越来越小 一只鸟都可以分辨出来 但高科技却制造出隐形飞机 在科索沃战争中 美军的B 2和B 1B隐形轰炸机长途奔袭上万公里 在南斯拉夫军队的眼皮底下完成空袭任务 从而实现了 零伤亡 在海湾战争中 美国的F 117等隐形战机也大显身手 其基本原理 通过外形的设计使电磁信号不直接反射回去 同时采用特殊涂料 吸收电磁波 雷达与反雷达 雷达与反雷达 雷达与反雷达 雷达与反雷达 但可笑的是 融诸多高科技于一身的隐行飞机虽本领高强 另人敬佩 但却被手机 广播和电视打败 原因 隐形飞机的隐形功能主要是针对普通雷达来设计的 隐形飞机虽然能对雷达隐形 但却不是无形 他虽不反射电磁波 但却能阻挡电磁波的穿透 这就好比用手电筒照一个物体 只要这个物体不透明 他背后必然产生阴影 利用手机或电视信号发现隐形飞机的道理正是如此 1999年美军轰炸南斯拉夫时 南斯拉夫军事科学家发现 只要隐形飞机在两个手机信号传输站之间飞过 就必然会在信号传输图象上留下一块空洞 科学家根据这个空洞存在的时间长短 就能轻而易举的计算隐形飞机位置速度 当年南斯拉夫科学家就是利用这个不起眼的低级技术一举击落了美空军傲视全球的F117A隐形战斗机 彻底粉碎了隐形飞机不可击落的神话 同时科学家们还发现把手机信号当作雷达还有一个好处 就是敌人要摧毁这种雷达就意味着必须摧毁整个国家的手机通讯系统 这是不可能的 雷达与反雷达 雷达与反雷达 利用广播和电视信号来发现隐形飞机也是易如反掌 这种方法主要是利用民用广播电台电视台的电磁波波长较长的特性 这是因为隐形飞机对波长较短的电磁波吸收能力较强 但对波长较长的电磁波反射问题一直没有得到很好解决 加之广播电台 电视台的电磁波发射基本上是全天候的 受气象因素影响不大 所以用它来检测隐形飞机是一个极好的稳定系统 事件回放 由此有人把一些事情联系在一起 事件一 2009年3月22日早晨 54岁的班尼特与妻子在美国弗吉尼亚州劳登郡的一处河边公园散步 不久 一辆两侧没有窗户的白色可疑车辆驶入公园 随后公园里传出一阵骚动 这辆白车驶走后 有人发现班尼特被杀害 而他的妻子也受重伤 这一谋杀案因为班尼特的 前美军军官 身份令人产生不少疑问 而随着死者信息越来越多地被披露出来 这一事件愈发引起关注 据报道 1999年 北约对南联盟发动了为期78天的空袭 时任陆军中校的班尼特正在美国中央情报局任职 班尼特在2000年离职 美情报部门人士说 班尼特并非主动离职 而是遭到中情局的解雇 作为给情报部门提供轰炸目标的军官 班尼特对北约轰炸中国驻南联盟大使馆一事负有责任 事件回放 美国 洛杉矶时报 当时的报道也印证了班尼特遭解雇的原因 该报在2000年4月8日曾经披露 中情局解雇了1名职员 还对6名职员进行了惩戒 这7人涉及一起 致命事件 尽管中情局拒绝透露相关消息 但有美国官员透露 被解雇的那名官员负责给美军提供轰炸目标 当时他在地图上把 画在错误的地方 最终酿成中国驻南联盟大使馆遭受空袭的惨剧 众多消息源指出 这名画错 的人就是班尼特 事件回放 事件二 1999年5月8日凌晨 美军飞机轰炸中国驻前南斯拉夫大使馆 致使3人死亡 1人失踪 有消息说实际死亡人数远远超过这个数 美军的远程战略轰炸机B2由卡罗莱纳空军基地起飞 发射3枚精确制导炸弹 这3枚导弹都是穿地弹 而非高爆和破甲弹 对建筑物的摧毁使用高爆弹就可以了 3000度的高温可融化钢筋 根本不需要用穿地弹 穿地弹是专门用来对敌方地下工事特别是地下核研究或隐藏设施实施摧毁的东西 事件回放 事件回放 事件三 事件回放 1999年3月27日晚上 北约部队对南联盟进行开战以来第4个夜间空袭 其中 美国空军飞行员泽尔科中校驾驶一架呼号为 维加31 的F 117隐形战斗机 对南联盟首都贝尔格莱德附近地面目标发射了两枚精确制导炸弹 随后 开始飞离目标空域 准备返回意大利北部阿维亚诺航空基地 维加31 刚飞到目标正西以北地区上空时 地面塞族地空导弹部队开始寻找该机的踪迹 发射萨姆导弹攻击 随着导弹在F 117附近爆炸 致命的弹片飞向了 维加31 号 一直似乎不可战胜的F 117开始空中翻滚 直向地面栽去 附近刚为其它作战飞机加完油的KC 135驾驶员巴罗尼回忆说 突然 我看到了一系列空中爆炸 还有一个很大的火球 泽尔科发现自己的F 117保不住了 急忙跳伞逃命 这时 时间是晚上8时45分 事件四 事件回放 1998年举办于北京的某大型国际通信产品展会上 有几个国内高校的教师展出了一个用民用手机或电视塔的发射接收装置对隐形飞机的运行轨迹进行跟踪的装置 被从美国来的几个专家看到 当时只是觉得很滑稽 一笑置之 另一说 大使馆的楼下有F117的残骸 这与前面的故事并不矛盾 因为在下面的说法里并未提及是什么技术打下来的F117 有澳媒2010年透露 中国某海军将领在私人聚会上讲 虽然我们有人牺牲了 但是我们隐型材料的研制进度一下提高了十年都不止 这种进步 是以血和国际上的屈辱换来的 道听途说之 真相 美国F 117 夜鹰 隐形飞机助推中国成飞J20隐形战机 实际上 美国炸中国大使馆并不是一时的冲动 而是有着非常涉及到美国军方根本利益的原因 这并不是因为中国在国际舆论上支持南斯拉夫而让美国 不痛快 或美军导弹 找不着北 如此简单的表面现象所创设的理由 其内幕很可能是 彻底摧毁中国所得的F 117的残骸 这可是当时美国号称世界上最先进的隐型战斗轰炸机 道听途说之 真相 道听途说之 真相 在当时南斯拉夫境内 美国的F 117隐型战斗轰炸机被击落后 中国马上向南政府提出要求 是否能够把F 117的部分设备和残骸供中国研究 甚至出钱买也可以 在中国和南政府达成协议后 南政府把F 117的导航设备 带有隐型涂料的表皮残骸 发动机喷口耐高温部件在秘密状态下移交给了中国 就放在中国驻南斯拉夫大使馆的地下室供中国的军事专家研究 这些专家据说早就已经等候在大使馆地下室了 是从兰州机场起飞的那些人 道听途说之 真相 灾难就此开始了 道听途说之 真相 F 117的导航设备装有保密自毁装置 如果该机坠毁 自毁装置将自爆并炸毁导航系统中最重要的部件 但令美国人失望的是 F 117坠毁后自爆装置失灵 不过美国人做事情也有后招 导航系统内部内嵌式电源仍在工作 并且不间断的发出其GPS定位信息 中国的军事专家们一开始并不知道 这使美国人在很短时间内就找到了F 117残骸的精准位置 虽然中国人发现后迅速断掉了电源 但为时已晚 美国人已经知道了具体的位置 道听途说之 真相 美国军方发现了当时F 117的位置后是大吃一惊 决定不惜一切代价阻止中国人了解到美国的军事核心机密 当时美国人有多种方案可供选择 包括派海豹部队夺回等 但最后美国军方选择导弹袭击 估计是因为这种方式容易在外表上造成美国对中国在国际上支持南政府而表示出非常不满或 也有可能 导弹失灵所致 但真正意图是彻底摧毁中国所得的F 117的残骸 这就解释了为什么有一枚激光制导炸弹要直接穿过几层楼打到大使馆地下室的原因 但问题的关键是 美国人又一次失望了 事实上那枚炸弹落下后居然没起爆 中国人最终还是取回了F 117的部分部件 极大帮助了中国隐型飞机的研制 道听途说之 真相 这是参与轰炸大使馆的直接执行者 B2轰炸机 共发射了5枚2000磅型联合定向攻击炸弹 3名年轻的中国记者丧生 20名中国 公民 受伤 道听途说之 真相 炸馆事件在中国引发了自1989年以来最大规模的街头示威活动 也引发了当代中美关系史上最为严重的一次危机 中方要求 道歉 解释 严惩肇事者 美国进行了一系列的道歉行动 尽管中国政府对此并不满意 但官方层面停止了对炸馆事件的追究 炸馆事件引发的争吵至此大体结束 双方开始采取实质性措施平息危机 道听途说之 真相 同年7月30日 中美双方宣布 美国政府将向事件中的27位受伤者以及3位死者