文/李剛

雷達(dá)作為偵察、探測、跟蹤、制導(dǎo)的主要手段，在海、陸、空、天等四維作戰(zhàn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，堪稱作戰(zhàn)武器的“千里眼”。雷達(dá)在現(xiàn)代電子戰(zhàn)以及未來的信息戰(zhàn)中發(fā)揮著不可替代的作用，是取得戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵因素。不僅僅因為雷達(dá)可以控制電磁頻譜，而且雷達(dá)是獲取信息和控制信息的重要手段。傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)在面臨電子干擾、低空/超低空突防、高速反輻射導(dǎo)彈、高功率微波武器、隱身飛機(jī)等五大威脅的不足得以體現(xiàn)，并且在復(fù)雜的電磁環(huán)境和背景下，固定的工作模式和發(fā)射波形導(dǎo)致探測性能差。

新體制雷達(dá)相比于傳統(tǒng)雷達(dá)，主要是采用的波段及關(guān)鍵技術(shù)不同。從最初40年代的微波雷達(dá)，波長短、方向性好，遇到障礙物能及時反射回來，被廣泛應(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中；50年代的單脈沖雷達(dá)，從單個回波脈沖中獲得目標(biāo)全部角坐標(biāo)信息、實現(xiàn)對目標(biāo)的測量和跟蹤，主要應(yīng)用于火控、精密測量和氣象雷達(dá)中；60年代的相控陣?yán)走_(dá)，通過相位可控的陣列天線進(jìn)行電掃描，實現(xiàn)對目標(biāo)的搜索、跟蹤和測量；伴隨著技術(shù)的進(jìn)步及其獨特的優(yōu)勢，廣泛用于地面遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)、機(jī)載和艦載系統(tǒng)，成為遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要標(biāo)志；70年代與80年代以后機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)、高距離分辨雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)等相繼出現(xiàn)，在地基、艦載、機(jī)載等平臺上發(fā)現(xiàn)、探測、識別運動目標(biāo)，極大的提升了雷達(dá)探測精度、跟蹤、識別的性能。

1 新體制雷達(dá)及其關(guān)鍵技術(shù)

圖1：F-22逆合成孔徑雷達(dá)成像圖

1.1 無源雷達(dá)

無源雷達(dá)在反隱身等方面有著舉足輕重的作用，并且隨著電視機(jī)、無線電發(fā)射機(jī)的推廣以及國際衛(wèi)星通信等計劃的實施，越來越多的國家研究無源雷達(dá)：首先是美國洛克希德馬丁公司研制出了新型的“沉默哨兵”被動探測系統(tǒng)；英國著力研究 “蜂窩”雷達(dá)系統(tǒng)，如名為“手機(jī)雷達(dá)”的雷達(dá)系統(tǒng)，通過對被物體反射回的信號與直接從信號發(fā)射器接受到的信號進(jìn)行比較，可以探測、跟蹤、識別陸地、海面和空中的目標(biāo)；而捷克研制的“維拉”系列無源雷達(dá)，對空探測距離可達(dá)450千米。無源雷達(dá)未來的發(fā)展將朝著四個方面：

（1）增加更多的外部輻射源，包含移動通信、衛(wèi)星信號等；

（2）構(gòu)建目標(biāo)的傅里葉圖像；

（3）多平臺多無源雷達(dá)組網(wǎng)；

（4）無源雷達(dá)與有源雷達(dá)的結(jié)合。

1.2 雙（多）基地雷達(dá)

雙基地雷達(dá)是指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位于相距較遠(yuǎn)的兩個基地中。與單基地雷達(dá)不同，隱身目標(biāo)會將單基地雷達(dá)發(fā)射的能量散射到各個方向，而雙基地雷達(dá)能夠提高對隱身目標(biāo)的檢測，并且不易受到反輻射導(dǎo)彈等的攻擊，還可以降低目標(biāo)閃爍，從而改善跟蹤雷達(dá)的性能。雙（多）基地雷達(dá)在反隱身、抗反輻射導(dǎo)彈、抗電子干擾、對付低空/超低空突防方面有著巨大的潛力，故有著廣泛的應(yīng)用研究前景。典型的例子是美國雙基地防空雷達(dá)研制計劃中實現(xiàn)的“Sanctuary”，利用機(jī)載照明雷達(dá)輻射電磁波，在地面裝備接收器。然而雙（多）基地雷達(dá)也存在著一些問題：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)必須是同步的；雷達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、收發(fā)分置，技術(shù)要求高；成本相對較高。未來的發(fā)展趨勢是：技術(shù)上將廣泛應(yīng)用單基地雷達(dá)的頻率捷變等技術(shù)、抗干擾措施等，以及多站點的寬帶信號聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)；體制上的工作方式將會更加靈活多變，即可作為單基地雷達(dá)獨立工作，又能工作在照射或接收狀態(tài)；整個雷達(dá)系統(tǒng)布站將由地面向機(jī)載及星載等方向發(fā)展，未來將會構(gòu)成海、陸、空、天四維一體化的雙/多基地雷達(dá)網(wǎng)。

1.3 ISAR雷達(dá)

逆合成孔徑雷達(dá)（ΙSAR）是一種利用目標(biāo)和雷達(dá)的相對運動產(chǎn)生的多普勒信息進(jìn)行成像的雷達(dá)系統(tǒng)；與合成孔徑雷達(dá)（SAR）的區(qū)別是：SAR是雷達(dá)運動而目標(biāo)不動，只能對靜止目標(biāo)成像；而ΙSAR則相反，目標(biāo)動而雷達(dá)不動，對動目標(biāo)或者非合作目標(biāo)成像效果好。ΙSAR采取“敵動我不動”策略，對目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的照射，后續(xù)對回波自動補(bǔ)償，并精確地估計目標(biāo)運動參數(shù)，進(jìn)而獲得目標(biāo)多維形狀信息，自動識別目標(biāo)。其優(yōu)勢在于分辨率高、成像效果好，對隱身飛機(jī)等非合作目標(biāo)的檢測能力強(qiáng)。

ΙSAR（逆合成孔徑雷達(dá)）的核心算法極為重要，目前除了中美俄三方掌握外，其他國家很少有報道。ΙSAR雷達(dá)是遠(yuǎn)程戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)，海面空中均可探測，美軍ΙSAR一般精度可達(dá)0.12米，最高可達(dá)3厘米級別，從太空衛(wèi)星到海上飛機(jī)導(dǎo)彈都能探測，包括隱形飛機(jī)。美國研發(fā)的航空母艦，裝備了這種逆合成孔徑雷達(dá)，強(qiáng)化探測、識別能力，但對其原理和雷達(dá)外形都高度保密。美國利用ΙSAR系統(tǒng)分別對F-22、歐洲臺風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)、米格-29、F-104戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行成像測試，取得了驚人的效果。美國最高保密的ΙSAR對F22成像如圖1所示，外觀清晰可認(rèn)。根據(jù)官方報道，中國第一臺ΙSAR系統(tǒng)在山東進(jìn)行試驗，成功探測到了飛機(jī)艦船，隨后國家立項開展技術(shù)研究，十余年后技術(shù)逐漸成熟，目前已裝備沿海一線，發(fā)展出了一種基于ΙSAR圖像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類的飛機(jī)型號自動識別系統(tǒng)。

1.4 超視距雷達(dá)

傳統(tǒng)的陸基或?；走_(dá)由于受到地球曲率的影響，對海平面高度的目標(biāo)（包括水面艦艇和超低空飛行的飛機(jī)）的探測距離最大約為40公里。對空搜索雷達(dá)受曲率的影響，對于遠(yuǎn)距離低空/超低空目標(biāo)探測效果不佳，而對海雷達(dá)則會因此無法探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)。針對遠(yuǎn)距離目標(biāo)，需要研制新體制雷達(dá)進(jìn)行探測和識別。超視距雷達(dá)應(yīng)運而生，目前主要有三種類型的超視距雷達(dá)系統(tǒng)，分別是高頻天波超視距雷達(dá)、高頻地波超視距雷達(dá)以及微波大氣波導(dǎo)超視距雷達(dá)，天波、地波、微波的形態(tài)如圖2所示。

高頻天波超視距雷達(dá)：主要原理是利用電磁波在電離層與地面之間的折射，向電離層發(fā)射電磁波，經(jīng)過電離層折射后由上向下探測目標(biāo)，目標(biāo)信號再經(jīng)過電離層反射回接收機(jī)。從而將電磁波投射到地平線以外的距離上，理想條件下可實現(xiàn)最遠(yuǎn)5000公里的探測。天波雷達(dá)造價昂貴，但是探測距離最遠(yuǎn)。近年來，國外裝備以美國TPS-71、澳大利亞“金達(dá)萊”為代表，可以探測彈道導(dǎo)彈發(fā)射、空中目標(biāo)特別是隱身的以及海上目標(biāo)等遠(yuǎn)距離目標(biāo)。

高頻地波超視距雷達(dá)：與天波超視距雷達(dá)不同，其主要是向海面發(fā)射高頻電磁波，利用該波在導(dǎo)電海洋表面?zhèn)鞑r衰減較小的特點。目前國外系統(tǒng)可實現(xiàn)400公里以內(nèi)的海面及其上空目標(biāo)的探測，可以大致彌補(bǔ)天波超視距雷達(dá)對海目標(biāo)探測的近距盲區(qū)；且具有抗隱身、反輻射導(dǎo)彈的能力；另外，相比于預(yù)警機(jī)雷達(dá)，該型雷達(dá)的造價便宜的多，且可以全天時全天候的進(jìn)行預(yù)警探測，故是一種高性價比的探測手段。

圖2：三種雷達(dá)波，天波、地波和微波

微波大氣波導(dǎo)超視距雷達(dá)：主要是利用海水和大氣之間超折射效應(yīng)，目前早已應(yīng)用于艦載，但其探測距離覆蓋范圍小，受天氣影響大，還需要進(jìn)一步探索和研究，實現(xiàn)性能更佳的新體制雷達(dá)。典型的例子是蘇聯(lián)研制的多功能對海超視距探測雷達(dá)：“音樂臺”火控雷達(dá)，大量裝備于俄羅斯的各型水面艦艇上。

未來的發(fā)展則可利用天波超視距雷達(dá)、地波超視距雷達(dá)構(gòu)成高頻雷達(dá)協(xié)同探測網(wǎng)，由地波雷達(dá)接收目標(biāo)反射的合作或非合作高頻天波信號，實現(xiàn)寂靜探測；還可充分利用地波雷達(dá)，消除天波雷達(dá)探測盲區(qū)，實現(xiàn)對海面目標(biāo)探測的全覆蓋探測，法國ΟNERA實驗室、澳大利亞DSTΟ、加拿大等開展了相關(guān)的實驗。

1.5 太赫茲雷達(dá)

近年來，隨著光子學(xué)和納米技術(shù)的不斷革新，太赫茲技術(shù)得到了飛速發(fā)展，被譽為“改變未來世界十大技術(shù)”之一。太赫茲波在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越受到重視。隨著四/五代隱身戰(zhàn)機(jī)技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用，各個軍工強(qiáng)國開始了六代機(jī)的研發(fā)。

太赫茲雷達(dá)憑借其優(yōu)勢在軍事領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，對國防和國家安全有著重要的應(yīng)用價值。如2006年美國Jet Propulsion Laboratory（JPL）成功研制了具有高分辨率測距能力的太赫茲雷達(dá)成像系統(tǒng)。當(dāng)目標(biāo)距離為4m時，一維測距分辨率大約為2cm。2008年，提出了改進(jìn)的三維成像探測系統(tǒng)，成像分辨率小于0.6cm，4m距離上的測距分辨率為0.5cm。2010年的太赫茲頻段快速高分辨雷達(dá)，在5s內(nèi)探測25m外的隱藏武器，成像速率大大提高，成像距離也由4m變?yōu)榱?5m，該系統(tǒng)有望在人體安檢和反恐維穩(wěn)方面獲得廣泛的應(yīng)用。此外，由航天科工二院23所主導(dǎo)研發(fā)的國產(chǎn)第一部太赫茲視頻合成孔徑雷達(dá)成功獲取國內(nèi)首組太赫茲視頻影像成果。與我軍現(xiàn)役殲20隱身戰(zhàn)機(jī)應(yīng)用的分布式合成孔徑雷達(dá)相比，“其具備更強(qiáng)的穿透力，不受日照條件影響，在復(fù)雜氣象條件下也能正常對地面目標(biāo)成像”。

1.6 微波光子雷達(dá)

微波光子雷達(dá)是在微波雷達(dá)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將光生微波技術(shù)、微波光延時與移相技術(shù)、微波光子濾波技術(shù)和全光采樣量化技術(shù)等四種光學(xué)技術(shù)引入到雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計中，得到射頻前端由光技術(shù)組成的新體制雷達(dá)系統(tǒng)。微波光子雷達(dá)利用光子技術(shù)實現(xiàn)信號產(chǎn)生、處理、傳輸與控制等功能，重量輕、體積小、帶寬大的雷達(dá)系統(tǒng)，能夠有效提升雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率、抗干擾能力、探測距離、響應(yīng)速度等關(guān)鍵性能，有助于實現(xiàn)偵察、干擾、探測、通信的一體化。

微波光子技術(shù)被美、俄、歐認(rèn)為是決定“未來戰(zhàn)場優(yōu)勢”的關(guān)鍵技術(shù)；微波光子雷達(dá)的發(fā)展歷程如圖3，主要包括光纖波束合成陣列、泰勒斯公司的光控相控陣樣機(jī)、全光子數(shù)字雷達(dá)（PHΟDΙR）樣機(jī)、雙波段微波光子雷達(dá)樣機(jī)、以及俄羅斯射頻光子陣列（RΟFAR）開發(fā)項目。目前，美國、俄羅斯、歐盟等都在開展實用化微波光子雷達(dá)相關(guān)的研究。在我國，以中科院、南航為代表的研究所及高校均開展了一系列的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和探索，已經(jīng)初步掌握了光子任意波形產(chǎn)生技術(shù)、超寬帶信號光子采集技術(shù)、超寬帶信號光子波束控制技術(shù)、超寬帶信號光子處理技術(shù)。2019全國微波光子雷達(dá)技術(shù)研討會上，潘時龍告訴記者，“我們已經(jīng)研制出微波光子雷達(dá)成像芯片，像砂粒一樣小，比傳統(tǒng)雷達(dá)設(shè)備小一萬倍。它不僅可用于安全領(lǐng)域，在無人駕駛汽車等也可以大展身手?！蔽覈谖⒉ü庾永走_(dá)部分技術(shù)領(lǐng)域已取得較大進(jìn)展，成像雷達(dá)分辨率達(dá)1.3厘米，已領(lǐng)先其他國家。

2 新體制雷達(dá)展望

目前我國雷達(dá)已有了新的進(jìn)展和突破，但在基礎(chǔ)研究和技術(shù)積累方面以及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)和新的方向需要進(jìn)一步的研究和探索；這樣才能從根本上提高我國新體制雷達(dá)的性能。新體制雷達(dá)在應(yīng)對五大威脅上發(fā)揮著重要的作用，目前針對不同的作戰(zhàn)任務(wù)，至少可在單方面抑制威脅，探測能力也有所增強(qiáng)。但仍存在一些問題，如無源雷達(dá)不能自主控制、雙基地雷達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易同步、ΙSAR雷達(dá)補(bǔ)償算法復(fù)雜、超視距雷達(dá)及微波光子雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)、發(fā)射功率大，處理運算量大導(dǎo)致功耗大，實際裝備使用困難等，如何解決這些問題是今后發(fā)展的方向。

除了上述新體制雷達(dá)外，還有認(rèn)知雷達(dá)、量子雷達(dá)、超寬帶雷達(dá)、雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)等，這些新體制雷達(dá)拓寬了雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域。如智能化認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)能夠解決復(fù)雜背景下的目標(biāo)探測問題，并通過知識輔助智能自適應(yīng)處理大幅提升雷達(dá)性能，隨著人工智能等的發(fā)展有望進(jìn)一步實現(xiàn)和發(fā)展。

3 結(jié)束語

未來信息化戰(zhàn)爭中雷達(dá)面臨的五大威脅，對雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)，對雷達(dá)性能提出了更高的要求，如何提高雷達(dá)的反干擾、反隱身、反輻射導(dǎo)彈、反威脅能力，提高雷達(dá)的探測距離、距離分辨率、角分辨率、成像識別能力等是當(dāng)下急需解決的重要難題?；诘壈雽?dǎo)體的前端組件，基于高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)射接技術(shù)基于先進(jìn)FPGA的認(rèn)知技術(shù)以及基于高帶寬數(shù)據(jù)總線的傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)將在未來幾年對雷達(dá)技術(shù)產(chǎn)生顛覆性影響。未來將繼續(xù)探索多功能、多任務(wù)及組網(wǎng)雷達(dá)。