2025年大学《军事海洋学》专业题库- 海战雷达技术的发展与应用

2025年大学《军事海洋学》专业题库——海战雷达技术的发展与应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后括号内）1.脉冲雷达发现目标的主要依据是接收信号与发射信号之间存在的（）。A.相位差B.频率差C.强度差异D.时间延迟2.能够克服地面或海面杂波干扰，实现远距离探测目标的雷达是（）。A.脉冲多普勒雷达B.合成孔径雷达C.连续波雷达D.搜索雷达3.相较于机械扫描雷达，相控阵雷达的主要优势在于（）。A.功率密度更高B.无需发射和接收波束扫描C.探测距离更远D.成本更低廉4.海战中对舰船进行精确瞄准和跟踪，主要依赖的雷达是（）。A.2D搜索雷达B.3D搜索雷达C.火控雷达D.导航雷达5.海浪、海面起伏对雷达探测距离产生主要影响的物理现象是（）。A.电磁波频移B.电磁波反射损耗增大C.多普勒频移D.电磁波衰减6.雷达方程中，接收机灵敏度越高，意味着（）。A.发射功率越大B.探测距离越远C.目标最小可探测信号强度越低D.天线增益越高7.在现代海军中，用于导航、避碰和测定自身位置的雷达通常是（）。A.对空警戒雷达B.对海搜索雷达C.网状雷达（MastRadar）D.火控雷达8.雷达隐身技术主要目的是（）。A.降低雷达发射功率B.增大雷达探测距离C.使敌方雷达难以发现或跟踪目标D.增强雷达的抗干扰能力9.能够将雷达探测范围外的目标通过信号积累在距离上压缩，从而实现高分辨率成像的雷达是（）。A.脉冲多普勒雷达B.合成孔径雷达C.连续波雷达D.相控阵雷达10.随着信息化战争的发展，海战雷达越来越强调（）。A.单一功能的高度集成B.与其他传感器的高度融合C.功率密度的极致提升D.机械扫描的快速响应二、简答题（每题5分，共25分）1.简述雷达的基本工作原理及其包含的关键环节。2.简述影响雷达探测距离的主要因素。3.简述脉冲多普勒雷达如何抑制海杂波。4.简述相控阵雷达相比传统机械扫描雷达的主要优势。5.简述雷达在海上编队作战中可能承担的功能。三、论述题（每题10分，共20分）1.论述雷达技术在现代海战中面临的主要挑战，并简要说明相应的技术应对策略。2.结合军事海洋环境的特点，论述雷达与其他传感器（如声纳、光电）融合应用的重要性及潜在方式。四、计算题（10分）假设某舰载火控雷达工作在X波段（f=9GHz），发射脉冲宽度τ=1μs，天线增益G=30dB，发射功率Pt=5kW，接收机噪声温度T=300K，天线孔径A=4m，目标雷达截面积RCS=10m²，求该雷达在忽略大气损耗的情况下，对上述标准目标的探测距离（使用雷达方程）。试卷答案一、选择题（每题2分，共20分）1.D*解析：脉冲雷达通过发射脉冲信号，在接收到目标反射回来的回波信号时，测量发射脉冲与接收回波之间的时间延迟（Δt），利用公式R=cΔt/2来计算目标距离。因此，发现目标的主要依据是时间延迟。2.B*解析：合成孔径雷达（SAR）通过发射连续或短脉冲串，利用载体（如卫星或飞机）的相对运动，通过信号相干处理，将分辨率等效于一个大的合成天线孔径，从而在距离上压缩信号，有效克服海面杂波干扰，实现远距离高分辨率成像。3.B*解析：相控阵雷达通过电子控制阵列中各单元的相位或幅度，无需机械转动天线即可快速、灵活地改变波束指向，实现快速扫描、多波束同时工作、波束捷变等功能，这是其相比机械扫描雷达的核心优势。4.C*解析：火控雷达专门设计用于精确测量目标的距离、速度、角度等参数，并提供稳定、可靠的跟踪信息，直接用于引导武器（如导弹、炮弹）对目标进行攻击，是舰船武器系统的核心。5.B*解析：海浪会使从雷达到目标的路径发生变化，导致部分能量被散射到非预期方向，或者使目标的有效反射面积减小，增加了雷达接收回波信号的损耗，从而降低探测距离。6.C*解析：雷达方程中接收机灵敏度（或最小可检测信号功率）通常与接收机噪声系数和带宽有关。灵敏度越高，表示接收机在极低信号强度下也能正常工作，即能探测到更小雷达截面积的目标或更远距离的目标。7.C*解析：网状雷达（MastRadar）通常安装在舰船桅杆顶上，是现代舰船标准配置，主要用于近距离导航、避碰、测定相对位置和测距，是驾驶员直接观察和操作的主要导航雷达。8.C*解析：雷达隐身技术的核心就是通过各种设计（如外形、吸波材料、干扰技术等）减少目标对雷达波的反射强度（即减小雷达截面积RCS），使敌方雷达难以发现或探测到目标。9.B*解析：合成孔径雷达（SAR）利用载体运动，通过信号相干积累，在距离向上将分辨率等效于大孔径天线，从而获得远超传统雷达的分辨率，实现高分辨率成像。10.B*解析：现代海战是体系对抗，要求传感器信息共享和融合。雷达与其他传感器（声纳、光电、电子战系统等）的融合，可以提供更全面、准确、可靠的战场态势感知信息，提升作战决策和指挥控制能力。二、简答题（每题5分，共25分）1.简述雷达的基本工作原理及其包含的关键环节。*解析：雷达（RADAR-RadioDetectionandRanging）的基本工作原理是主动式探测，其核心环节包括：发射机产生高功率无线电波脉冲并发射出去；天线将发射脉冲聚焦成定向波束射向目标区域；目标将接收到的部分电磁波能量反射回来；接收机接收来自目标的微弱回波信号；信号处理单元对接收到的信号进行放大、滤波、检测、测距、测角、测速等处理；最后由显示器将探测结果（如目标位置、距离、速度等）以图形或数字形式呈现出来。2.简述影响雷达探测距离的主要因素。*解析：影响雷达探测距离的主要因素包括：发射机功率（Pt），功率越大，信号强度越高，探测距离越远；天线增益（G），增益越高，波束越集中，能量利用率越高，探测距离越远；目标雷达截面积（RCS），RCS越大，反射信号越强，探测距离越远；接收机灵敏度，灵敏度越高，能检测到的微弱信号越强，探测距离越远；电磁波传播介质损耗，如大气吸收、降雨、雾气等造成的损耗越大，探测距离越短；系统噪声温度，噪声温度越高，背景噪声越大，对探测弱小目标越不利，探测距离越短。3.简述脉冲多普勒雷达如何抑制海杂波。*解析：脉冲多普勒雷达通过处理接收信号中的多普勒频率信息来抑制海杂波。海杂波是来自广阔海面的反射波，其多普勒频移很小或接近于零。脉冲多普勒雷达利用其多普勒滤波器（通常由多个滤波器组成，覆盖不同的多普勒频率范围），将频移很小（接近零）的海杂波能量滤除掉，而运动目标（如舰船、飞机）具有较大的多普勒频移，其回波信号能通过相应的滤波器，从而实现有效抑制海杂波，提高对运动目标的探测概率。4.简述相控阵雷达相比传统机械扫描雷达的主要优势。*解析：相控阵雷达相比传统机械扫描雷达的主要优势体现在：扫描速度快，波束切换几乎瞬时完成；波束指向灵活，可快速、连续地改变波束指向，甚至实现多个波束同时工作；抗干扰能力强，可快速切换波束进行干扰抑制或告警；易于实现多功能集成，可在同一阵列上集成搜索、跟踪、火控、电子战等多种功能；可靠性高，无转动部件，故障率低。5.简述雷达在海上编队作战中可能承担的功能。*解析：雷达在海上编队作战中承担着关键功能，包括：区域搜索与目标发现，对编队周围海域进行大范围扫描，发现敌方舰船、飞机等目标；目标识别与分类，通过信号处理和数据库比对，初步判断目标的类型和身份；目标跟踪与编队管理，对已发现的目标进行持续跟踪，掌握其运动状态，为编队指挥提供信息，协调编队队形；导航与协同，为编队内各舰船提供相对导航信息，实现协同作战；火力控制，为编队内的舰炮、导弹等武器系统提供目标瞄准信息；战场态势感知，与其他传感器信息融合，构建编队周边的完整战场态势。三、论述题（每题10分，共20分）1.论述雷达技术在现代海战中面临的主要挑战，并简要说明相应的技术应对策略。*解析：现代海战环境日益复杂，雷达技术面临诸多挑战：*严峻的电子干扰环境：敌方会运用各种有源和无源干扰手段，压制或欺骗己方雷达。应对策略：发展自适应抗干扰雷达技术，能实时感知干扰环境并调整工作参数（如频率、波形、极化）；采用多普勒滤波、频率捷变、极化捷变等技术；发展电子战系统进行干扰对抗。*隐身目标的大量出现：隐身飞机、隐身舰艇等降低了雷达可探测性。应对策略：发展更先进的探测技术，如宽频谱雷达、超视距雷达（OTH）、红外探测、声纳等，实现多传感器融合探测；研发能探测低RCS目标的雷达技术；利用网络中心战，共享信息，弥补单一传感器不足。*复杂的电磁频谱环境：各种电子设备密集，电磁频谱拥挤，易产生互调干扰和饱和。应对策略：加强频谱管理，合理规划雷达工作频率；采用跳频、扩频等技术；提高雷达系统的稳定性和鲁棒性。*海洋环境的恶劣影响：海杂波强、海浪影响大、恶劣天气（雨、雪、雾）衰减严重。应对策略：采用先进的信号处理技术（如脉冲多普勒、相干积累、自适应波束形成）抑制杂波；发展高频雷达、激光雷达等在特定条件下弥补；提高雷达天线和系统的抗恶劣海况能力。*信息融合与网络化的需求：单一雷达信息有限，需要与其他传感器信息融合，实现网络化作战。应对策略：发展强大的传感器信息融合技术，整合雷达、声纳、光电、卫星等多种信息；构建高效的网络通信系统，实现战场信息的实时共享与协同。2.结合军事海洋环境的特点，论述雷达与其他传感器（如声纳、光电）融合应用的重要性及潜在方式。*解析：军事海洋环境具有广阔、复杂、动态等特点，单一传感器（如雷达）在探测、识别和态势感知方面存在局限性，因此雷达与其他传感器（如声纳、光电/红外、电子侦察系统、卫星遥感等）的融合应用至关重要。*重要性：*优势互补：雷达探测距离远，受光照条件影响小，但分辨率相对较低，易受海杂波干扰；声纳在水下探测能力强，但作用距离受限，易受水体噪声和海底影响；光电/红外探测分辨率高，可进行精确识别和跟踪，但作用距离短，易受天气和光照影响。融合可弥补单一传感器的不足，提供更全面、准确、可靠的战场信息。*提高探测概率与可靠性：多种传感器从不同维度探测同一目标，可以相互印证，降低虚警率，提高对隐身目标、低可探测目标或处于复杂电磁环境的目标的探测概率和识别可靠性。*增强战场态势感知能力：融合不同传感器数据，可以构建包含空中、水面、水下多维信息的完整战场态势图，为指挥决策提供更立体、动态的依据。*提升作战效能：融合信息可以支持更精确的武器制导、更有效的协同作战和更智能的指挥控制。*潜在融合方式：*数据层融合：将来自不同传感器的原始数据（如雷达图像、声纳信号、光电视频帧）进行关联匹配和组合，直接生成融合后的态势信息。常用于简单关联和显示。*特征层融合：从各传感器数据中提取关键特征（如目标位置、速度、航向、尺寸、形状、红外特征点等），然后将这些特征进行匹配和融合，生成更抽象的目标描述和态势评估。应用较广泛。*决策层融合（或目标层融合）：各传感器独立完成目标检测和识别，生成对目标的判断决策（如“发现目标”、“识别为XX舰”、“威胁等级高”），然后将这些决策进行融合，得到最终的综合判断。适用于需要高置信度和智能决策的场景。*网络化协同：通过指挥网络，实现各传感器节点（雷达、声纳、光电设备等）信息的实时共享、协同探测和联合处理，形成“传感器网络”，共同完成探测任务。融合贯穿于整个网络运作过程。*具体融合技术：可采用匹配滤波、相关分析、贝叶斯估计、神经网络、模糊逻辑等多种数学和智能技术来实现不同层次和方式的融合。四、计算题（10分）假设某舰载火控雷达工作在X波段（f=9GHz），发射脉冲宽度τ=1μs，天线增益G=30dB，发射功率Pt=5kW，接收机噪声温度T=300K，天线孔径A=4m，目标雷达截面积RCS=10m²，求该雷达在忽略大气损耗的情况下，对上述标准目标的探测距离（使用雷达方程）。*解析：使用雷达基本方程：P_r=(P_t*G^2*λ^2*σ)/((4π)^3*R^4*L)其中：P_r是接收功率P_t是发射功率(5kW=5000W)G是天线增益(30dB=10^30/10=1000)λ是波长(λ=c/f,c=3e8m/s,f=9GHz=9e9Hz,λ=3e8/9e9=1/30m≈0.0333m)σ是目标雷达截面积(10m²)R是探测距离L是系统损耗，题目忽略大气损耗，可假设L=1将P_r设为能检测到的最低信号功率（即灵敏度），为确保探测，令P_r为接收机可检测到的最小信号功率。为方便计算，通常令方程右侧等于1，求得最小探测距离R_min。R_min^4=(P_t*G^2*λ^2*σ)/((4π)^3*L)R_min^4=(5000*1000^2*(1/30)^2*10)/((4π)^3*1)R_min^4=(5000*1e6*1/900*10)/(64π^3)R_min^4=(5000*1e7)/(64*3^4*π^3)R_min^4=(5e10)/(64*81*π^3)R_min^4=(5e10)/(5184*π^3)R_min^4≈(5e10)/(20580)R_min^4≈2.425e6R_min≈(2.425e6)^(1/4)R_min≈22.3(meters)由于计算结果异常小，显然是在代入参数或单位转换中出错。重新检查参数和计算：*G=1000是10^30，应为10^3=1000。增益30dBG=1000是正确的。*λ=1/30m是正确的。*P_t=5000W是正确的。*σ=10m²是正确的。*L=1是正确的。