新体制雷达发展述评
中国电子科技集团公司第２８研究所蒋庆全
摘要无论在现代电子战还是在未来的信息战中，雷达皆占有重要的地位。以相控阵技术为基础的雷达新体制给整个雷达领域注入了新的活力与生机。本文将对多功能相控阵雷达、三坐标雷迭、双／多基地雷达、毫米波雷达、超视距雷达及预誓机雷达等新体制雷达的发展进行了综述与评论。 ftc相变保温材料关键词雷达新体制雷达相控阵雷达
一、引言
现代战争中，军用雷达的作用无法替代，以雷达为代表的战场感知系统必将对战争的胜负起着至关重要的作用。信息的获取能力、处理能力、综合能力及控制能力已成为现代战争成败的重要因素。未来海战将是海空一体化的多维空间立体战，不仅有水下、水面、岸基及空中硬杀伤兵器在有形空间展开的火力战，而且还有信息获取传感器与软杀伤兵器在无形空间展开的信息战。无论在现代电子战还是在未来的信息战中，雷达皆占有重要的地位，因雷达不仅是夺取电磁频谱控制权的主要工具，亦是获取信息并控制信息的有效手段。然而，雷达的生存正面临着日益严峻的挑战。以舰载雷达为例，由于迄今为止反辐射导弹已发展至第三代，具有极宽的频率范围（１～２０ＧＨｚ），极高的灵敏度及颇强的抗干扰能力，射程远、飞行速度快（可达３Ｍａ）、命中率高，直接对舰载雷达的生存构成了严重的威胁。
无论是依靠特殊的赋形结构还是新型吸波透波材料，隐身技术已取得了重大的技术突破。随着该项技术的发展及其广泛应用，极大地降低了作战平台及飞行武器的雷达截面（ＲＣＳ），使舰载雷达探测目标的距离缩短了２／３以上，从而降低了舰载雷达的预警作 战能力。杨成章
当前众多战机及导弹皆配有性能先进的地形跟随系统，具有颇强的超低空突防能力，使得舰载雷达无法对来袭目标作出准确而及时的反应。如“战斧”，末端可在５～１０ｍ下掠海飞行，还有的反舰导弹甚至可在低于３ｍ的高度上掠海飞行。
二、新体制雷达
随着先进的计算机技术和数字信号处理技术，尤其是单片微波集成电路（ＭＭＩＣ）技术及光纤技术的迅速发展，以相控阵技术为基础的新体制雷达应运而生，给整个雷达领域注入了新的活力与生机。高辐射功率、宽工作频带、灵活的频率捷变、多种工作模式及对多目标的快速跟踪等性能一直是雷达追求的目标，因而各国的雷达研制厂商正大力地研制并开发各种具有这些性能的新体制雷达。
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１．多功能相控阵雷达
当今世界各国都颇为重视多功能相控阵雷达的研制与发展，特别是发达国家，已研制出或装备了一些
性能先进的多功能相控阵雷达。多功能雷达的概念通常是指以所谓的相
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钝化剂
控阵天线的方式来实现。一般来说，多功能雷达（ＭＦＲ）与相控阵雷达（Ｒ幔）是同义词，它由一组固定式相控阵天线组成，方位覆盖３６０。，或由一部旋转式相控阵天线组成。多功能相控阵雷达提供另一种有效解决当今威胁日趋严重的途径。相控阵天线的基本机理是波束由置于阵列中众多独立的发射单元组合发射。波束的属性（波宽、旁瓣及方向）由独立的发射单元设置来确定。借助调节每个发射单元的设置，即可改变波束的属性。另外还可通过调节发射单元的相位来控制波束的方向，故此种天线取名为相控阵天线。由于此种调节程序可实现电子化，故其速度极快。正是这一特性使得相控阵雷达成为同时完成各种任务的最佳选案。在此种解决途径中，相控阵雷达可用于执行不同的任务。雷达在执行一项任务时需用数毫秒，接着转换至另一项任务亦仅需数毫秒，然后再返回，其中有些功能是一般旋转式天线传感器所无法实现的。另外，由于采用了一部共享天线（由一部旋转式阵列天线或一组固定式天线组成），载机／舰艇上最佳位置的干扰状况得到了明显的改善。同时，与传统的传感器相比，相控阵天线的雷达截面积（ＲＣＳ）易于减少。就雷达自身性能而言，多功能相控阵雷达的优点在于它将相控阵天线与强大而灵活的处理能力相结合，
更适合于模块化结构设计，形成组件级的冗余。相控阵体制之所以优于其他体制，是因为其天线波束具有灵活性和自适应性。采用大量混合微波集成电路（ＨＭＩＣ）和单片微波集成电路（ＭＭＩＣ）的固态有源收／发（Ｔ／Ｒ）组件，已成为当今相控阵雷达研制领域的一个重要方向。滚动半径
舰载多功能相控阵雷达是现代雷达技术发展的一项重大成就，它可同时执行目标搜索、探测、识别、捕获、跟踪、导航、火控、气象探测、引导及制导等功能。一部多功能相控阵雷达能替代多部不同功能的雷达，从而避免了舰船上不同功能雷达天线间信号相互干扰的问题。尤为重要的是采用多功能相控阵３８体制后，更有利于信息显示、数据处理及反应时间的缩短，从而有效地对付高密度的全方位饱和攻击。
目前舰载相控阵雷达的发展颇为迅速，已研制成功的或在研的设备多达数十种，较为典型的有美国的ＡＮ／ＳＰＹ一１、ＡＮ／ＳＰＹ一２、ＦＡＲＳ；英国的ＭＥＳＡＲ／ＳＡＭＰＳＯＮ；荷兰、德国及加拿大联合研制的ＡＰＡＲ；意大利、英国及法国联合研制的ＥＭｎ镙；法国研制的ＡＲＡＢＥＬ无源单面阵雷达；俄罗斯的“天空哨兵”；日本的ＯＰＳ一２４与ＦＣｓ一３及台湾省的“长白”等。
由于多功能相控阵雷达采用了众多高新技术，在系统设计时必须考虑系统集成的问题。在波束引导、波形产生及信号处理等方面需有所改进，使多功能相控阵雷达在不影响性能的前提下，同时担负着众多的雷达任务。相控阵技术为实现雷达的多功能提供了重要的条件。现代战机，在面临多变而富有挑战性的复杂环境中执行多项作战任务，没有多功能相控阵雷达便无从谈起。
２．三坐标雷达
由于多功能相控阵雷达造价较高，对战机而言，发展机载中、远程警戒三坐标雷达，使其与机载多功能雷达互补，从而尽量在远距离上直接捕获目标，缩短武器反应时间，满足战机的防御需求，对于改造现役战机和支持现有作战系统是一种行之有效的方法。故机载三坐标雷达是一个重要的发展方向。通常它采用方位机械扫描、俯仰相扫的工作方式。
三坐标雷达中增加了多普勒分辨率是机载雷达技术的一大发展，它不仅使雷达具备了测定目标径向速度的能力，而且还可使其识别出几乎停留在空中不动的直升机。数字技术及计算机的应用程度是机载三坐标雷达现代化水平及性能优劣的一个重要标志。这些技术在机载三坐标雷达的信号处理、数据
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处理、抗干扰、目标识别、功能控制及自动故障检测与诊断等方面皆起着至关重要的作用。为对付日趋严重的干扰威胁、反辐射导弹及解决副瓣杂波等问题，必须采用如低副瓣阵列多波束天线的极低副瓣天线，其副瓣应比主瓣峰值低４０ｄＢ以上。通常，三坐标雷达的结构较为复杂，故如何提高其可靠性及维护性使显得尤为重要。采用固态化、标准化及系列化设计等众多措施皆可显著地提高该类雷达的可靠性与维护性。
目前，三坐标雷达已成为防空系统中的骨干力量，理所当然会成为众矢之的。故除对重量和体积有特殊要求外，机动性则成为其设计重点。“四抗”性能是三坐标雷达生存与否的关键因素。如无较强的“四抗”性能则难以成为防空系统中的主力。故可以说三坐标雷达不仅汇聚了现有的“四抗”技术，而且还是开发新型“四抗”技术的焦点。为满足生存能力、可靠性及可维护性等需求，三坐标雷达广泛地采用了相控阵技术。在信号处理方面，三坐标雷达已普遍采用脉冲压缩（线性调频、非线性调频及相位编码）、脉间与脉组捷频变、频率分集、自适应动目标显示（ＡＭ—ＴＩ）、动目标检测（ＭＩＤ）及脉冲多普勒信号处理等技术。大动态范围接收机、恒虚警率处理（ＣＦＡＲ）、副瓣消隐及副瓣对消技术等，亦是三坐标雷达信号处理所采用的重要技术。
法国泰利斯公司已研制成一种称为“大力神”的新型舰载三坐标多功能雷达，工作在Ｅ／Ｆ波段。此种新型雷达是为护卫舰设计的，将作为主要的空中搜索、水面监视及火控传感器使用。该雷达是从该公司研制的ＭａＳｔｅｒＡ陆基三坐标多功能防空雷达改进而成的，仅是在外形尺寸及探测距离上有所缩减。采用的是与Ｍ豁ｔｅｒＡ雷达发射机同样的固态发射机。
“大力神”三坐标多功能雷达采用了旋转式天线，转速为３６０。／ｓ。能以单扫方式探测并确定目标。由于采用了先进的雷达管理软件，可在单扫方式下执行多种任务，包括三坐
标多波束三维搜索（超过２００ｋｍ）；目标探测、跟踪判定与分类（分类时采用分辨率小于１ｍ
的波形）；三坐标笔形波束跟踪，可同时跟踪多枚本舰发射的舰空导弹；雷达至导弹中段制导上行传输；杀伤评估；对远距干扰发射台的被动跟踪；水面目标跟踪；环境匹配（地形与海杂波、雨及人为干扰等）；借助作战管理系统对来自外部传感器的目标导引信号的接收；通过作战管理系统对舰载武器系统的目标导引等。
“大力神”雷达的作用距离可超过２００ｋｍ，探测高度可达２０ｋｍ，仰角为７０。。具有极低的旁瓣，敌我识别天线被集成在主天线阵中，为不影响到载舰的隐形性，主天线阵的雷达截面很小，并且还有一个具有低可观测性的雷达天线屏蔽罩。目前，泰利斯公司正在进行研究，将该雷达改进成能支持美国雷声公司研制的改进型海麻雀导弹。但这将会导致增装一部或多部Ｉ／Ｊ波段的连续波照射雷达。北京水生植物
目前，世界上已研制的舰载三坐标雷达
有美国的ＡＮ／ＳＰＳ一４８Ｅ；英国的ＲＮ９９６；瑞典的舳；荷兰的ＳＭＡＲＴ—Ｌ；德国的ＴＲＳ～３Ｄ／３２；法国的ＭＲＲ和ＤＲＢＪ一１１Ｂ；俄罗斯的ＭＲ一７１０及我国的５８３三坐标雷达等。
３．双／多基地雷达
双／多基地雷达是利用收发分置，并要求收发分置的距离与目标探测距离相当的一种雷达。该体制雷达可有多种配置方式，其中接收机装舰而发射机置于同步卫星上是未来舰载双／多基地雷达理想的工作模式。双／多基地雷达之所以日益得到重视，主要原因是它在反隐身、抗反辐射导弹、抗电子干扰及对付低空／超低空突防方面具有颇大的潜力，是未来舰载雷达发展的一个重要方向。双／多基地雷达性能的完善与推广应用有赖于一些关键技术的进一步发展。主要体现在广泛应用于单基地雷达的诸种技术及抗干扰措施，
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如频率捷变技术、自适应技术、阵列天线技术、信号处理技术、多发射站／接收站的宽带信号联网、数据融合及组网技术等方面。
尽管双／多基地雷达技术较为复杂，造价亦较高，但由于此种体制雷达具有众多的优越性，故目前除原先的美、英、法、俄、日及意等国外，还有不少国家亦正在从事这方面的试验与研制工作，我国对该体制雷达亦颇感兴趣。
未来战争对双／多基地雷达的要求是：参数可调、低截获概率及具有无源隐蔽工作的反侦察性能；在
频率、空间、时间、速度及信号处理方式上，具有抗无源／有源、抗欺骗干扰的单项抗干扰性能及多项兼有或兼容的抗干扰性能；在工作体制上具有有源主动、无源被动、时分主动与被动或受控转换等性能。双／多基地雷达体制独特地具备上述这些优势。双／多基地雷达的发展趋势是：在技术上将广泛应用单基地雷达的各种技术及抗干扰措施，如频率捷变及自适应零点形成技术等，以及多发射站与接收站的宽带信号联网与融合技术；在体制上的工作方式将会更加灵活多变。未来的双／多基地雷达网将由收／发可独立工作的单基地雷达组成，雷达系统既能以单基地雷达方式工作，又能工作在照射状态或接收状态；既可自主式工作，亦可在指挥中心的控制下工作，并具有互操作性。整个系统将具有开放式结构，集通信系统、全球定位系统（ＧＰＳ）及电子支援设备（ＥＳＭ）等为一体，数据融合技术将会获得成功应用。雷达系统布站方式将由地面向气球载、机载及星载方向发展，未来将会构成天、空、地一体化的双／多基地雷达网。
４．毫米波雷达
２０世纪６０年代以来，相控阵雷达技术获得了极大的发展。由于国防及国民经济的建设对雷达的需求日趋增大，以及高功率电真空微波器件及单片微波集成（ＭＭＩＣ）器件
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等的迅速发展，毫米波相控阵雷达技术成为
了相控阵雷达发展中的一个重要的新领域。毫米波雷达和毫米波相控阵雷达在军事上有着宽阔的应用前景。以往毫米波雷达的应用主要局限于近程上，其主要因素有如下两个：
一是难以获得所需的高发射功率及相应的低损耗传输馈线；二是毫米波在大气中传输损
耗大，如在８ｍｍ和３ｍｍ窗口，单程传输损耗分别约为０．０８ｄＢ／ｋｍ和Ｏ．３ｄＢ／ｋｍ。对研制远程毫米波雷达的需求主要来自空间目标观测及其相关的应用。对于远程毫米波雷达，除需要研制高功率发射机外，还必须采用大孔径天线，由此带来了众多的技术难题，如难以确保大孔径抛物面天线的制造精度；设计时必须考虑天线转至不同仰角方向时天线自重引起的变形对天线性能的影响；用极窄的机械扫描波束搜索、截获及跟踪高速飞行的
空间目标较为困难；无法跟踪多批目标；难以获得功率足够高的大功率微波器件；难以将发射机（高功率放大器，ＨＰＡ）输出信号传至
天线；孔径尺寸甚小的毫米波波导馈线系统需承受极高的功率等。上述这些技术难点是促使远程毫米波雷达采用相控阵天线的重要因素。采用相控阵天线，利用其天线波束快速扫描的特性，使毫米波雷达具有了快速搜索的能力，这对毫米波雷达进行目标指示与
引导所需的精度要求大为降低，并使其具有同时跟踪多批高速飞行目标的能力。采用相控阵天线还使远程毫米波雷达的发射系统设计具有更大的灵活性。可借助采用多部功率
较小的电真空发射机，如采用多部平均功率量级约１００Ｗ的毫米波行波管，通过空闻功
率合成，实现所需的１０～２０ｋＷ的特大总发射功率。亦可采用多部由半导体与电真空器件组合的毫米波功率组件（脚Ｍ）来获得所需的特大发射功率。随着毫米波ＭＭＩＣ
技术的发展，可实现全固态的大功率毫米波
有源相控阵雷达。
随着航天技术的发展，空间资源在军事
及国民经济建设中的重要性愈益突出，各种
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探测空间目标的相控阵雷达日显重要，其中毫米波相控阵雷达尤有其特殊的作用。用于监视空间目标的远程毫米波相控阵雷达的实例为俄罗斯的“ＲＵＺＡ”相控阵雷达。该雷达可观测卫星、空间飞行器、近地空间目标及空间碎片目标等，属有限相位扫描雷达。其相控阵天线由１２０个抛物面子天线组成，装在方位、仰角可转动的天线座上。目前用于观测空间目标的远程毫米波相控阵雷达的关键技术已被突破，并已进入实用阶段。
随着微电子技术，尤其是单片微波集成电路（ＭＭＩＣ）技术的发展，毫米波波段的固态Ｔ／Ｒ组件已开始应用于毫米波有源相控阵雷达。一个典型的例子是法国Ｔｈｏｍｓｏｎ—ＣｓＦ公司研制的３ｍｍ有源相控阵试验阵列，该阵列天线是为导弹寻的器研制的。工作频率为９５Ｇ】乇，天线阵面上有３０００个印制在碳化硅片上的偶极子天线单元，采用ＰＩＮ二极管移相器，集成在两块４英寸的圆片上。控制电路集成在另一圆片上。该天线具有单脉冲馈源，并可用１位移相器实现低天线副瓣。天线波束宽度为２。，可在±４５。范围内实现相控扫描。
毫米波有源相控阵雷达技术的应用十分广泛，军事上除用于导弹寻的器外，还可用于直升机机载避撞雷达、战场侦察雷达、车载火控雷达、无人机＆螺侦察雷达、近程跟踪雷达及战场监视雷达等。此外还在军用卫星通信、民用通信、相控阵卫星通信系统及平流层通信平台上有着颇为广泛的应用。
舰载毫米波雷达是指工作波长为１～１０ｍｍ（相应频率范围为３０～３００眦）的舰
载雷达。毫米波雷达因其工作波段介于微波和红外之间，因此兼具微波雷达良好的全天候性能和红外探测系统的近程高分辨率，即不仅具有测量精度和分辨率高、天线体积小、方向性佳、频带宽、波束窄、抗干扰性强、低空探测性能优等特点，还具有良好的全天候性能，尤其是将其与极化技术相结合，可为雷达目标分类、识别及成像提供十分有利的条件。
目前已研制成的毫米波雷达主要有低仰角单脉冲精密跟踪雷达、监视与目标捕获雷达、着舰控制雷达
及星载雷达等。
５．超视距雷达
低空与超低空突防是现代飞机及的重要作战手段之一。超视距雷达（ＯＴＨＲ）是隐身飞行器的克星之一。地面雷达对付此类进攻的主要障碍来自地物（或海浪）杂波及地球曲率的影响。就雷达自身而言，解决杂波干扰的技术已日臻成熟，而要消除地球曲率的影响谈何容易！
舰载雷达由于受到视距的限制，对海上目标的探测距离仅能局限于４０～５０ｋｍ范围内，为适应海上舰船作战的需求，舰载雷达必须具有探测超视距目标的能力。目前超视距雷达按其作用机理分为三种，即天波超视距雷达、地波超视距雷达和利用大气波导的微波超视距雷达，其中天波超视距雷达因其体积过于庞大而不适用于装舰。
超视距雷达的主要特性取决于电磁波的传输特点。舰载地波ＯＴＨＲ是利用长波、中波及短波在海面的绕射效应，使电波沿海面曲面传播而实现超视距探测的。这种雷达发射的电磁波因贴近海面传播，受电离层状态变化影响小，探测目标精度高于天波ｏＴＨＲ。舰载地波ＯＴＨＲ不仅能提供早期预警，对隐身目标亦具有潜在的探测能力，还可有效地对抗反辐射导弹的攻击。超视距探测性能可靠，作用距离通常为２００～５００ｋｍ。
舰载微波ＯＴＨＲ则是利用大气波导和对流层不均匀气团散射现象在微波波段实现超视距探测的雷达，其探测概率随季节、温度及地域等因素的影响很大，亦是一种可行的舰载ＯＴＨＲ体制。该体制雷达可分为舰载微波主／被动ＯＴＨＲ及舰载高频表面波ｏＴＨＲ。前者较为典型的设备有俄罗斯的“蒙娜利特”雷达，后者利用的频率范围为５～１５ＭＨｚ。随着频率的减小，探测处理能力
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