雷达技术的发展与自然辩证法

自然辩证法结课论文学院：XXXXXX专业：XXXXX姓名：XXXX学号：XXXX雷达技术的发展与自然辩证法于洋（北京xx大学北京100001）摘要：雷达是主动获取信息的装备，直接的定义是无线电检测与测距。雷达是战争中关键的侦察系统之一，它提供的信息是决策的主要基础。雷达技术经历了70多年的不断发展，如今在战争、导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘探、走私检查等方面都发挥着极其重要的作用。自然辩证法,是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学。通过学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系。本文从自然辩证法的角度对雷达技术的发展进行了简要清晰的介绍。关键词：雷达；科学技术；发展；自然辩证法1.引言自然辩证法,是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学,是辩证唯物主义的自然观、科学技术观、科学技术方法论。它主要研究自然界发展的总规律,人与自然相互作用的规律,科学技术发展的一般规律,科学技术研究的方法。自然辩证法同科学技术的进步是分不开的。马克思认为，技术是现实生产力，是改造世界的物质力量。从起源上看，技术是人类在利用和改造自然的劳动过程中所掌握的物质手段、方法和知识等各种活动方式的总和。技术在发展过程中成为人与自然、人与社会之间进行物质、能量和信息变换的“媒介”，是变天然自然为人工自然，以及实现对社会调节、控制的手段。雷达是用于检测和定位反射物体，如飞机、舰船、航天飞机、车辆、行人和自然环境的一种电磁系统。它通过将能量辐射到空间并且探测由物体或目标发射的回波信号来工作。返回到雷达的发射能量不仅表明目标的存在，而且，通过比较接收到的回波信号与发射信号，就可确定其位置和获得其他与目标有关的信息。雷达可以在远或近距离，以及在光学和红外传感器不能穿透的条件下完成任务，其高精度测距和全天候工作的能力是其最重要属性之一。学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系,从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律,更加全面的观察思考问题,只有加深了认识,我们才能更好地发挥主观能动性,迎接新的科学技术的挑战。[1]下面将以自然辩证法的观点来分析雷达技术的发展。2.雷达技术的发展历程1．20世纪30年代及以前19世纪后期，物理学家麦克斯韦、法拉第和安培等人，预言并用数学公式描述了移动电流产生的电磁波的存在情况。1935年英国和美国科学家第一次研制出能够探测空中飞机的实用米波雷达，至此宣告了雷达的诞生。1936年美国海军研究实验室研制了T/R（收发）开关，可使雷达系统的接收和发射分系统共用一副天线，大大简化了雷达系统结构。1939年英国科学家发明了大功率磁控管，克服了甚高频雷达波束和频带窄的缺点，使实用雷达步入了微波频段。2．20世纪40年代20世纪40年代美国辐射研究室把微波新技术应用于军用机载、陆基和舰载雷达取得成功，其代表产品是SCR-270机载雷达、SCR-584炮瞄雷达和AN/APQ-机载轰炸瞄准相控阵雷达。20世纪40年代主要的雷达技术有动目标显示技术、中继技术以及单脉冲跟踪技术理论的提出。动目标显示技术应用于各型对空警戒雷达，后来应用于着陆引导、岸防等型雷达，其优势是能有效抑制地海杂波，抑制大山、建筑物、风雨雪等静止和慢动目标的干扰能将机载情报传送到地面观测站，能有效加强地空之间的信息联系。3.20世纪50年代20世纪50年代是雷达理论发展的鼎盛时期，雷达设计从基于工程经验阶段，进人了以理论为基础，结合实践经验的高级阶段。50年代产生的主要理论有匹配滤波器概念、统计检测理论、模糊图理论和动目标显示理论等。各种新技术的应用，出现了诸如脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达等新休制雷达。4.20世纪60年代20世纪60年代雷达系统发展的主要标志是数字处理技术革命和相控阵雷达的应运而生。为了探测洲际弹道导弹，为防空系统提供预测情报，产生了相控阵雷达体制。新一代雷达发展方向是全固态电扫相控阵多功能雷达。雷达信号和数据处理的数字化革命、半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用，使雷达技术的发展日臻完善并达到比较高的水平。5.20世纪70年代随着数字技术的快速发展，雷达自动检测与跟踪技术得到完善。美国林肯实验空研制成功的动目标检测系统，是70年代数字信号处理发展成就的杰出范例。6.20世纪80年代20世纪80年代无源相控阵雷达研制成功并装备于载机。如1978年美国装备于B-lB上的AN/A-164雷达具有PD、相控阵多功能及多种新技术。80年代毫米波雷达开始研制、试验，气象雷达采用了数字化处理和彩色显示技术。80年代后期,超高速集成电路技术的发展，使雷达信号处理能力取得重大突破并实用化,数字电路使处理机休积缩小到原来的l/10,同时雷达进行模块化、多功能和软件工程化设计，使机载雷达的平均故障间隔时间达到100小时以上。7.20世纪90年代20世纪90年代是各种雷达体制发展的成熟时期，各种新技术的应用及数字技术的进一步发展，促进了雷达技术的迅猛发展。例如有源相控阵体制雷达的成熟、毫米波雷达的研制成功、气象雷达的发展、机载雷达与多传感器的数据融合等，使雷达具有多功能、综合化、高可靠、抗干扰、远距离、多目标和高精度等先进特性，满足了军事和经济等方面的要求[2]。3.雷达技术发展中的自然辩证法的体现自然辩证法具有科技性，因为它的研究对象是科学技术，科学技术的逻辑与理性特征在自然辩证法中得到充分的体现，自然辩证法中的诸多理论在雷达技术的发展中都有具体的体现。3.1雷达技术中的科学技术方法论雷达的基本概念由德国物理学家HeinrichHertz从1885年到1888年所进行的经典实验首次得到验证。Hertz实验证实了1864年发表的JmesClerkMaxwell的电磁场理论。Hertz利用频率在455MHz附近，原理上类似于雷达的一种装置。Hertz从事的工作中关于检测和定位发射物体的潜力——这是雷达所做的，被另一个德国人ChrisianHulsmeyer发展了。20世纪初，他装配了一台如今人们叫做单基地（单站）脉冲雷达的仪器。1922年，无线电先驱者之一，S.G.Marconi在美国无线电工程师协会（IRE，即现在IEEE的前身）的一篇论文中，曾提到在试验中用无线电波探测到目标，他并建议对这种技术加以开发利用。同年，美国海军研究实验室（NRL）的A.H.Taylor和L.C.Young观测到轮船的起伏回波，他们的实验系统被称为连续波（CW）干涉系统。实际上，这就是今天的双战（bistatic，也叫做双基地）CW雷达。这些成就是一代又一代的科学家和工程师在客观复杂的整个时代的发展中通过大量实验和观察中总结出来的，在这个过程中自然辩证中的归纳和演绎的运用是显而易见的。归纳和演绎是自然辩证法中科学技术方法论的科学思维方法，实验法是科学抽象中重要的思想模型。[3]控制科学中的一切事物都是现象和本质的统一。实验室科学认识的基础，我们要通过归纳和演绎将它上升到理性认识——规律、理论，这样就可以反过用理论来指导实践，从而将其应用到生产生活中去。3.2科学技术的发展和应用是雷达技术发展的基础从雷达系统发展的历程可以看出，总是有了理论上的突破，才会有雷达的大发展。在雷达系统的发展过程中，只有在科学技术进步的基础上，才会有雷达新技术，才会出现雷达新体制。例如收发开关的出现，才会有雷达收发共用一副天线系统；大功率磁控管的出现，才大大提高雷达的探测性能。有了20世纪60年代的数字处理技术、大规模集成电路、微型计算机，才有80年代雷达系统的不断完善和成熟。雷达技术必定是以新技术的发展和应用为基础的。由此可见，新世纪的互联网技术、航天技术、纳米技术和新材料技术，必将深刻影响雷达系统的发展。随着其他学科的发展进步，带动了雷达系统的发展进步，提升了性能增加了功能，能够完成更加复杂化的任务。同时，雷达系统的发展进步，也带动了其他学科的发展进步。当然这种进步既有相互促进，也有相互竞争的区别。如：微电子和集成电路工程的进步，促使雷达进一步向数字化，小型化方向发展，属于相互促进；而导弹技术，尤其是弹道导弹技术的进步要求雷达具有高精度、远距离、高分辨率和多目标测量的能力，这就属于相互竞争。总之我们也可以看到，事物之间是相互联系，共同发展的。3.3雷达技术发展的动力是社会需求雷达是在电磁场理论的基础上，结合相关技术，为满足军事需求特别是为满足第二次世界大战的现实需要而发展起来的，可以说是战争和技术的产物。而更深入分析之后，我们不难得出结论，社会需求是雷达技术发展的动力。纵观雷达的发展史，第二次世界大战期间是雷达迅速发展的黄金时期。20世纪20年代后期到30年代初期随着重型轰炸机的出现，才真正使实战型军用雷达得以问世。对重型轰炸机的远距离警告成为一项重要的军事需求。在第二次世界大战中，雷达发挥了重要作用。用雷达控制高射炮击落一架飞机平均所用炮弹数由5000发降到50发，命中率提高了99倍。因此，雷达被誉为第二次世界大战中的“天之骄子”。重型轰炸机的出现，对防空系统提出了很大的需求，雷达系统应运而生，蓬勃发展。雷达的发展成熟，提高了高射炮拦截飞机的命中率，推动了军事防空系统的发展。二十世纪五六十年代，随着航天技术的飞速发展，飞机、导弹、人造卫星以及宇宙飞船等均采用雷达作为探测和控制手段。二十世纪七八十年代，合成孔径雷达、相控阵雷达和脉冲多普勒雷达得到了迅速发展。二十世纪九十年代，随着微电子技术的迅速发展，雷达进一步向数字化、智能化方向发展，同时，发雷达的对抗技术也迅速发展起来。进入新世纪以来，随着现代战争的需要，雷达将是高性能、多功能的综合体，即集雷达与通信、指挥控制、电子战等于一体。[4]随着微波技术的应用，电子学、电子元器件、线路数字化和集成电路的发展，动目标显示技术、脉冲多普勒技术的发展，模糊图理论、统计检测理论、匹配滤波器以及大功率调速管放大器的应用，出现了许多新体制的先进雷达，推动了雷达系统的快速发展。但随着雷达研发成本的大幅提高，经济性问题也越来越突出。应以明确的作战需求为牵引，积极大胆、采用现代新技术，研制出成本低、性能优越、可靠性高的雷达系统，以满足不同环境下的需求。3.4雷达技术发展中的交叉性创新雷达研制在美国能取得巨大的成功，最根本的原因就是多学科领域的科学家、工程师等人之间进行有效的跨学科研究。雷达是在为满足第二次世界大战的现实需要而发展起来的，这一战时科技工程规模之巨大已远远超过任何单一学科的科学家所能胜任的范围，战争的形势和研究对象的复杂性迫使不同学科背景的科学家和工程技术人员采用与以往不同的研究方法，通过不同学科的相互渗透形成合力以攻克这一复杂、紧迫的课题。雷达研制开始之初就潜在地具备了多学科交叉的可能：雷达研制客观上要求多学科的参与。但这只是研制成功的必要条件,真正使得复杂的课题得到解决的是参加研究的多学科能够在有效沟通、交流的基础上本质地结合在一起,实现多学科的交叉。雷达研制的意义远不止雷达在战争中所发挥的作用，这一大规模多学科参与的科研工程，对于战后科学发展的影响更为深远，交叉研究所发挥的巨大威力为当今世界所面临的复杂科学问题和社会问题的解决带来无尽的启示。科学交叉发展趋势在现代科学发展中进一步得到显现，传统学科的边缘和不同学科间的交叉地带成为新知识产生和增长的空间，在这个巨大的空间里科学知识产生、发展、成熟和演化无论在速度上还是在规模上，都远远超出传统意义上、受到严格学科界限限定的科学发展。不同学科的交叉发展形成了大量的新兴交叉学科，这些交叉学科的发展和成熟为科学整体发展注入了新鲜血液。动态的交叉研究使得不同学科在各自发展的同时，向着边缘和学科间隙延伸。交叉科研中，具有不同学科背景的参加人员所共同使用的特殊语言的架构过程，使得原先各学科领域理论和概念在意义上得到扩展，从而能够在整体意义上实现知识增殖[5]；“交易区”内通过思想沟通和交流而达到信念和行为的局部协调，使不同学科在本质上渗透结合,以实现交叉发展。交叉科研是交叉科学的动态演进过程，交叉科学对于整体