德國(guó)TRML-4D雷達(dá)。資料照片

前不久，第十屆世界雷達(dá)博覽會(huì)在北京開(kāi)幕，全球近500家企業(yè)參展，重點(diǎn)展示了雷達(dá)及電子信息在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，引起網(wǎng)友普遍關(guān)注。

(資料圖片僅供參考)

眾所周知，雷達(dá)是武器裝備的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，交戰(zhàn)雙方依靠雷達(dá)識(shí)別并測(cè)定目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。自雷達(dá)問(wèn)世以來(lái)，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的演變快速發(fā)展，陸基、機(jī)載、艦載等型號(hào)雷達(dá)層出不窮，其應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越廣泛。當(dāng)前，雷達(dá)在作用距離、精準(zhǔn)度、抗干擾等方面取得重要突破，正朝著探測(cè)對(duì)抗一體化、任務(wù)多樣化等方向發(fā)展，在戰(zhàn)場(chǎng)上起到重要作用。

面對(duì)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，要想打造一臺(tái)性能優(yōu)異的雷達(dá)，不僅要“看得遠(yuǎn)、看得清”，“目光”還要足夠敏銳，能夠穿透重重戰(zhàn)場(chǎng)迷霧，精準(zhǔn)辨別對(duì)方的偽裝和欺騙手段。那么，雷達(dá)探測(cè)技術(shù)緣起何處？走過(guò)怎樣的發(fā)展歷程？研制現(xiàn)代雷達(dá)需要攻克哪些技術(shù)難題？本文為您一一解讀。

“矛”與“盾”的較量，一代戰(zhàn)機(jī)催生一代雷達(dá)

告別短兵相接、近距離廝殺的冷兵器時(shí)代，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)距離早已超出肉眼可見(jiàn)的范圍。能否在戰(zhàn)斗中料敵于先、占據(jù)主動(dòng)，決定著戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)。

為了在超視距作戰(zhàn)中決勝千里之外，雷達(dá)的崛起成為必然。能夠擔(dān)此重?fù)?dān)，是因?yàn)槔走_(dá)有著“獨(dú)門(mén)絕技”——快速發(fā)現(xiàn)、跟蹤目標(biāo)，為在戰(zhàn)斗中實(shí)現(xiàn)“先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵命中”提供支撐。

世界上最早的雷達(dá)誕生于二戰(zhàn)時(shí)期。1940年9月，德軍出動(dòng)數(shù)百架戰(zhàn)機(jī)襲擊倫敦。然而，有不少戰(zhàn)機(jī)還未到達(dá)英國(guó)領(lǐng)空就被發(fā)現(xiàn)了。

英軍如何提前獲悉德軍戰(zhàn)機(jī)的飛行動(dòng)態(tài)？地面炮火又是如何實(shí)施精確打擊的？一個(gè)個(gè)問(wèn)題讓德軍感到困惑。后來(lái)，他們才知道，英軍在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中使用了“秘密武器”——雷達(dá)，同時(shí)開(kāi)創(chuàng)了雷達(dá)在軍事對(duì)抗中的先河。

早期軍用雷達(dá)通過(guò)機(jī)械掃描向空中發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波，探測(cè)敵機(jī)目標(biāo)信息。自此，戰(zhàn)機(jī)與雷達(dá)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)“矛”與“盾”的較量。

由于機(jī)械雷達(dá)需要將“鍋蓋天線(xiàn)”對(duì)準(zhǔn)空中目標(biāo)，在探測(cè)高空高速的二代機(jī)時(shí)，反應(yīng)速度慢、易發(fā)生故障，“越遠(yuǎn)、越快、越可靠”成為新一代雷達(dá)的研發(fā)目標(biāo)。英、美等國(guó)率先研發(fā)出平面陣列天線(xiàn)，通過(guò)陣列縫隙輻射電磁波并在空間合成，在有效增強(qiáng)天線(xiàn)增益、擴(kuò)展探測(cè)距離的同時(shí)，減輕雷達(dá)的體積和重量。

一代戰(zhàn)機(jī)催生一代雷達(dá)。在冷戰(zhàn)時(shí)期的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，三代機(jī)飛行速度和低空性能有了很大提升，導(dǎo)致雷達(dá)盲區(qū)成倍增加，大量戰(zhàn)機(jī)借助山脈地形成功實(shí)現(xiàn)低空突防。

“矛”的變化，帶動(dòng)“盾”的升級(jí)。為及時(shí)有效顯示探測(cè)對(duì)象信息，雷達(dá)必須利用計(jì)算機(jī)提供精確計(jì)算數(shù)據(jù)。當(dāng)戰(zhàn)機(jī)低空飛行時(shí)，戰(zhàn)機(jī)的回波信號(hào)與地面雜波混合在一起，往往會(huì)被雷達(dá)自動(dòng)過(guò)濾。部分歐美國(guó)家研發(fā)出脈沖多普勒雷達(dá)，在數(shù)據(jù)處理機(jī)中應(yīng)用代數(shù)方法和濾波理論，通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波的頻率變化，找出隱藏在噪聲背景中的戰(zhàn)機(jī)。一些國(guó)家空軍還將脈沖多普勒雷達(dá)搭載在預(yù)警機(jī)上，以“俯視”的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方低空作戰(zhàn)的壓制。

一段時(shí)間以來(lái)，“矛”與“盾”的較量，似乎以“盾”的勝利給出階段性結(jié)果，雷達(dá)性能直接影響空戰(zhàn)勝負(fù)的理念更加深入人心?；蛟S正是這個(gè)原因，各國(guó)科研人員對(duì)雷達(dá)的改進(jìn)研制從未停止，他們開(kāi)始將多目標(biāo)探測(cè)作為技術(shù)攻關(guān)方向。

20世紀(jì)80年代，電子掃描相控陣?yán)走_(dá)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源的發(fā)展。先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá)把整部發(fā)射機(jī)分散到數(shù)以千計(jì)的收發(fā)組件上，通過(guò)這些組件實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束指向的變化。這種雷達(dá)天線(xiàn)類(lèi)似于蜻蜓的“復(fù)眼”，不僅實(shí)現(xiàn)“身體”能動(dòng)，“眼球”也能動(dòng)，還可以瞄準(zhǔn)不同方向、不同目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行跟蹤。

不僅如此，隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展，雷達(dá)在應(yīng)對(duì)蜂群作戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)方式上取得長(zhǎng)足進(jìn)步，強(qiáng)大的信號(hào)分析能力能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低空、群體目標(biāo)探測(cè)。同時(shí)，各國(guó)開(kāi)展小型化雷達(dá)研究，陸基、機(jī)載、艦載等型號(hào)雷達(dá)層出不窮，其應(yīng)用場(chǎng)景也越來(lái)越廣泛。

“老樹(shù)發(fā)新芽”，米波雷達(dá)成為隱身戰(zhàn)機(jī)克星

2018年，美國(guó)海軍宣布將在年度預(yù)算中撥出一筆高達(dá)20億美元的經(jīng)費(fèi)，用于開(kāi)發(fā)新型干擾機(jī)，提升反先進(jìn)米波雷達(dá)的對(duì)抗能力，維持隱身作戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)。

其實(shí)，早在二戰(zhàn)時(shí)期，米波雷達(dá)已成為各國(guó)防空網(wǎng)的主流雷達(dá)，但其工作頻率低、探測(cè)精度和分辨率不高，限制了戰(zhàn)場(chǎng)作用的發(fā)揮。后來(lái)，以分米波和厘米波為代表的微波雷達(dá)成為各國(guó)競(jìng)相研究的對(duì)象，米波雷達(dá)遭到冷遇。

然而，隱身戰(zhàn)機(jī)的出現(xiàn)讓防空網(wǎng)中的大多數(shù)雷達(dá)失去用武之地。這種尷尬局面一直到1999年的科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)才得以緩解——美軍F-117隱身轟炸機(jī)被成功探測(cè)并擊落。有資料表明，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理和固態(tài)化升級(jí)后的俄制P-18米波雷達(dá)在發(fā)現(xiàn)和擊落F-117過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。這一戰(zhàn)例也促使米波雷達(dá)重新進(jìn)入雷達(dá)專(zhuān)家的視野。

現(xiàn)有隱身戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)，主要集中在戰(zhàn)機(jī)的前部和腹部，且隱身電磁波段有一定的頻率范圍，米波雷達(dá)恰好避開(kāi)了隱身戰(zhàn)機(jī)的隱身波段，擁有發(fā)現(xiàn)隱身戰(zhàn)機(jī)的“特長(zhǎng)”。不過(guò)，傳統(tǒng)米波雷達(dá)大多使用簡(jiǎn)單的八木天線(xiàn)或老式網(wǎng)狀矩形拋物面天線(xiàn)，采用兩坐標(biāo)定位，目標(biāo)識(shí)別能力有限，且不易消除地面反射波的影響，抗干擾能力不足。

如果不加以改進(jìn)，米波雷達(dá)只能用于防空警戒，不能用于武器引導(dǎo)，無(wú)法對(duì)隱身戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行高效追蹤。鑒于此，一些國(guó)家對(duì)米波雷達(dá)進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，設(shè)計(jì)新構(gòu)型的八木天線(xiàn)，采用先進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)，解決傳統(tǒng)米波雷達(dá)探測(cè)精度不高等問(wèn)題。

20世紀(jì)70年代，法國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)始研制米波綜合脈沖孔徑雷達(dá)。這種先進(jìn)雷達(dá)，采用全向天線(xiàn)單元稀疏布陣，可以實(shí)現(xiàn)寬脈沖全向輻射雷達(dá)波，再利用計(jì)算機(jī)將地面反射信號(hào)進(jìn)行分析，能夠精準(zhǔn)探測(cè)目標(biāo)的距離、方位、高度和瞬時(shí)速度，抗干擾性能得到顯著增強(qiáng)。

一般來(lái)講，雷達(dá)天線(xiàn)的尺寸與功率密切相關(guān)，要想遠(yuǎn)距離剝?nèi)?zhàn)機(jī)的“隱身外衣”，米波雷達(dá)天線(xiàn)的尺寸有七八層樓高，整個(gè)天線(xiàn)面積相當(dāng)于半個(gè)籃球場(chǎng)。笨重的天線(xiàn)陣列暴露在地面，很容易成為敵方的攻擊目標(biāo)，致使米波雷達(dá)的戰(zhàn)場(chǎng)生存率較低。

為此，俄羅斯將相控陣技術(shù)融入米波雷達(dá)，在提高掃描速度的同時(shí)，降低米波雷達(dá)的體積和重量，研制出車(chē)載機(jī)動(dòng)式米波三坐標(biāo)雷達(dá)，強(qiáng)化對(duì)戰(zhàn)機(jī)高度和速度的探測(cè)能力，能夠跟蹤戰(zhàn)機(jī)、巡航導(dǎo)彈等各種空中目標(biāo)，甚至可以在600公里外發(fā)現(xiàn)小型高超聲速導(dǎo)彈和小型隱身飛行器，極大提升了探測(cè)和電子對(duì)抗水平。

高科技賦能，多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)探測(cè)

加裝“科技之眼”，雷達(dá)可以對(duì)空中、海上、陸地各類(lèi)目標(biāo)進(jìn)行偵察與跟蹤，是輔助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確打擊的重要手段。如今，雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于警戒、偵察、制導(dǎo)等多個(gè)軍事領(lǐng)域。

在數(shù)字陣列、人工智能、芯片等高新技術(shù)的推動(dòng)下，加裝“科技之眼”的雷達(dá)開(kāi)啟一路“狂飆”，未來(lái)發(fā)展呈現(xiàn)多種趨勢(shì)——

一體化。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)，雷達(dá)不是孤軍奮戰(zhàn)，而是與其他武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)。作戰(zhàn)中既要有雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，也要有通信系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸，為實(shí)現(xiàn)資源利用最大化、功能多樣化，作戰(zhàn)平臺(tái)將雷達(dá)與通信系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以便更好地協(xié)同作戰(zhàn)。

瑞典與意大利在合作研發(fā)多功能相控陣系統(tǒng)方面頗有心得，通過(guò)加裝寬帶接收機(jī)模塊高功率放大器，增加信號(hào)頻率接收范圍，將雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)系統(tǒng)完美融合，不僅降低了維護(hù)成本，還能提升戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力。

網(wǎng)絡(luò)化。隨著電子對(duì)抗技術(shù)蓬勃發(fā)展，科研人員嘗試將不同體制的雷達(dá)部署在一起，形成一個(gè)大的“捕魚(yú)網(wǎng)”，既能擴(kuò)大覆蓋范圍，還能取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各種型號(hào)雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)多部雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同探測(cè)，突破單一雷達(dá)探測(cè)的性能瓶頸，為雷達(dá)穿上“隱身外衣”。

比如，俄羅斯一款新型組網(wǎng)雷達(dá)由遠(yuǎn)程警戒、跟蹤識(shí)別、精密制導(dǎo)等多種雷達(dá)組成，不僅具有抗反輻射導(dǎo)彈的優(yōu)點(diǎn)，還比普通雷達(dá)擁有更高的角分辨率、更好的參數(shù)計(jì)算精度和更強(qiáng)的抗干擾能力，真正達(dá)到“1+1＞2”的組網(wǎng)效果，滿(mǎn)足多種防空需求和作戰(zhàn)場(chǎng)景。

智能化。人工智能技術(shù)的日趨成熟，為雷達(dá)發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。未來(lái)智能雷達(dá)將具備環(huán)境自適應(yīng)感知、信息獲取與處理、資源調(diào)度等自主行為能力，更加適應(yīng)復(fù)雜多變的電磁對(duì)抗環(huán)境，特別是集防空、反導(dǎo)等任務(wù)于一身，警戒、引導(dǎo)、制導(dǎo)等功能于一體的多功能集成化雷達(dá)指日可待。

當(dāng)前，世界各軍事強(qiáng)國(guó)均提出自適應(yīng)雷達(dá)研發(fā)計(jì)劃，它可以基于敵方空中無(wú)線(xiàn)電信號(hào)實(shí)施防御，感知周?chē)h(huán)境并自動(dòng)實(shí)施干擾。美國(guó)海軍航空系統(tǒng)司令部與雷杜斯公司簽署了一份價(jià)值5890萬(wàn)美元的合同，為海軍F/A-18戰(zhàn)機(jī)上的電子戰(zhàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)自適應(yīng)雷達(dá)對(duì)抗軟硬件，以提高戰(zhàn)機(jī)生存能力。

隨著更多新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，雷達(dá)發(fā)展必將迎來(lái)新一輪活躍期，在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)揮更加重要的作用。（姜子晗 李?yuàn)?宋濤）

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