无线电探测和测距(雷达)使用反射的无线电波来探测和确定物体相对于雷达系统的距离、角度和速度。一个基本的雷达系统包括一个发射机在无线电或微波频谱中产生电磁波(可以是脉冲的或连续的)，一个发射天线，一个接收天线(通常使用同一天线发射和接收)，和一个接收器-处理器来分析反射的无线电信号。虽然雷达的技术基础是直接的，具体的实现满足各种应用的需求。本FAQ回顾了航空生态学家和气象学家如何实现雷达，包括各种类型的汽车雷达、双基地雷达、单基地和伪单基地雷达、无源雷达、相控阵雷达和双偏振雷达。
汽车雷达可以按功能和工作范围分类。国际电信联盟(ITU)定义了汽车雷达系统的两个功能类别:
类别1:雷达系统旨在为驾驶员提供舒适的功能，如自适应巡航控制(ACC)和碰撞避免(CA)雷达，测量范围高达250米。
类别2:用于高分辨率安全相关应用的雷达，如盲点检测、车道改变辅助、后过街警报，以及车辆附近的行人和自行车的识别。量程低于1类，最大可达50至100米，具体取决于应用情况。
汽车雷达也可以根据测量范围进行分类:
- 近程雷达的射程可达50米，通常视场大，分辨率高。
- 中程雷达，射程可达100米，具有中等视场。
- 远程雷达的射程可达250米，具有较窄的视场和中低分辨率。
汽车雷达在高级驾驶辅助系统(ADAS)应用中的功能进一步描述(图1)。例如，角雷达使用四个雷达系统，车辆的每个角上都有一个。角雷达用于ADAS系统，如转弯辅助、自动紧急制动和脆弱道路用户(行人)检测。它被认为是一种中程雷达(高达70米)，但与典型的近程雷达一样，具有更大的视野。
不同频段的调频连续波(FMCW)雷达被应用于汽车系统中。该系统传输一个恒定的波在一个特定的周期内调制，给被传输的信号一种“时间戳”。“许多FMCW雷达利用多普勒效应来确定目标的相对运动速度，以及目标的距离。如果包括使用空间分布天线的几个通道，目标的3D或2D位置可以被确定。
单静态，双静态和多静态
在传统的单站雷达系统中，发射机和接收机是配置在一起的。在双基地雷达中，发射机和接收机之间的距离与预期目标距离相似(图2)。一个系统包含多个空间分布的单基地或双基地雷达元件，覆盖一个公共区域，称为多基地雷达。
双基地角是双基地雷达中发射机、目标和接收机之间的夹角。双基地角度的大小可以用来对雷达系统进行分类:
- 当双基地角为零时，系统为单基地雷达，对发射机和接收机进行校核。
- 当双基地角很小但不为零时，系统是伪单基地雷达。例如，在一些伪单站雷达系统中，发射机和接收机之间隔几十公里进行电气隔离，但预期目标距离超过1000公里。
- 该系统是双基地角接近180度时的前向散射雷达。各种各样的雷达元件被配置在一个栅栏状结构中去探测在发射器和接收器之间通过的目标。前向散射雷达可以探测到隐身飞机，因为雷达截面仅由发射机看到的飞机轮廓决定，不受隐身涂层或形状的影响。向前散射雷达很难实现，因为测量范围，方位，和多普勒效应是非常小的，并趋向于零，无论目标的位置在“围栏”。
- 在所有其他情况下，该系统被称为双基地雷达。
主动和被动
半主动雷达是一种用于远程导弹系统的双基地雷达。在半主动雷达中，导弹充当来自外部源的雷达信号的被动探测器。
无源雷达是一种依靠非雷达机会发射机的双基地或多基地雷达。该系统通过测量直接来自发射机的信号到达和目标反射信号到达的时间差来确定目标的双基地距离。无源雷达还可以测量反射信号的双基地多普勒频移及其到达方向，可用于计算目标的位置、方向和速度。一些无源雷达使用多个发射机或接收机进行独立测量，显著提高跟踪估计的精度。
相控阵雷达
相控阵雷达使用计算机控制的电子扫描天线阵列来创建一个雷达波束，可以在不移动天线的情况下向特定方向引导。相控阵雷达是为防御系统开发的，目前被用于ADAS系统、卫星通信和其他应用，以支持自动驾驶、天气跟踪、空中交通管制和通信。
支持小型、轻型和低成本阵列的天线技术是将相控阵技术扩展到非军事应用的关键。相控阵雷达可以采用先进的波形和波束形成来执行各种功能。对于舰艇来说，一个相控阵雷达系统可以用于半主动雷达架构中的水面探测与跟踪、飞机和导弹的空中探测与跟踪以及导弹上行链路。一个相控阵雷达可以同时处理数百种功能。在使用海军相控阵雷达之前，每个功能都需要一个专用的雷达系统。大型地基相控阵雷达用于发现数千英里外洲际弹道导弹的发射，可以同时识别和跟踪数百个目标(图3)。
气象和鸟类雷达
双偏振雷达沿着两个偏振面发射信号，使这些系统能够确定大气中物体的大致大小、形状和种类。当气象服务使用的WSR-88D双偏振雷达系统发射无线电波脉冲时，该系统会跟踪每个脉冲的相位。该系统利用多普勒效应来测量目标运动的方向和速度。WSR-88D雷达的平均发射功率约为450千瓦。每个脉冲是1.57 x 106长与998.43 x 106脉冲之间的收听周期。1小时内，累计传输时间仅为7秒左右，收听阶段约59分53秒。
此外，WSR-88D在旋转时自动将扫描角度提高得越来越高。扫描模式和速度随天气变化而变化。在降水模式下，WSR-88D每4到6分钟完成一次完整的扫瞄，生成雷达站点周围大气的三维图像。
双偏振的一个新功能是计算“相关系数”，该系数测量垂直和水平偏振随时间同步变化的程度。气象现象具有较大的相关系数。例如，雨云的相关系数接近1。飞鸟的相关系数较低。雨滴的运动相对简单。鸟类飞行的动作更复杂，拍动翅膀和滑行，鸟类的大小比云中的雨滴更大。
航空生态学家利用鸟类的低雷达相关系数来滤除与天气相关的数据，并利用雷达回波信号的强度来估计一次飞行中的鸟类数量(图4)。雷达信号强度由反射率因子(Z)在对数尺度上(dB Z)测量，dB Z越高，鸟类密度越高。但是高分贝的Z值并不容易与鸟类的数量相关。
几只小型鸟类可以拥有和一只大型鸟类相同的dB Z，而且多物种和不同大小的候鸟同时飞过一个地区是很常见的。为了估计鸟类的数量，航空生态学家使用假设的鸟类平均大小。假设的平均大小是基于地面观测者对鸟类实时迁徙的视觉观察。
总结
雷达是一种高度通用的技术，应用于各种有源和无源架构。雷达最初是为军事用途开发的，目前被部署在各种应用中，包括多种类型的汽车雷达、空中交通管制系统、通信以及跟踪天气和候鸟。
参考文献
双基地雷达,维基百科
多普勒雷达,维基百科
雷达鸟类学家如何从鸟群中移除天气系统?, BirdCast
雷达收发器:ADAS和自动驾驶的关键部件,瑞萨
了下:传感器提示
