第一代全波形脉冲多普勒机载火控雷达
上世纪八十年代F-15的APG-63雷达为何发现不了高速飞行的SR-71侦察机？上一条博文简单说明了下，今天来说说早年脉冲多普勒火控雷达因为元器件性能限制不得已采取的一些特殊措施，以及被雷达有什么影响。本文也是对本菜十多年前发表的“鹰眼传奇”的补充。
APG-63设计于六十年代末，1972年就随F-15全尺寸原型机进行了试飞，所以雷达采用的技术局限于1970年左右。当时世界上主流机载火控雷达不要说脉冲多普勒，大多数连相参发射机都没有实现，性能好一点的、带杂波对消的火控雷达一般应频率源锁相解决短时间的发射脉冲相参问题，而信号处理部分更是清一色的能量检波模拟电路。
APG-63作为世界上首部具备高中低三个重频的机载脉冲多普勒火控雷达，首先它具备一部高质量的相参发射机，高稳定度的石英晶体为频率源，全相参的放大链路保证雷达可以实现上千个脉冲的相参发射。同时它的接收机也是相参的，可以把高频信号混频成相参中频，保留信号的相位信息，这样就能在后续处理中提取目标的多普勒频移。
相参发射机美国五十年代就研发成功，六十年代成熟。限制雷达发展的主要因素是信号处理技术不足。雷达要求实时处理，在一个信号周期内要处理完毕，而一个信号周期是很短的。比如高重频的512点脉冲为一帧，一帧时间仅有1毫秒左右，ADC转换512个脉冲为数字信号、送入信号处理机内存、信号处理机读取内存调用计算程序完成512点快速傅里叶变换，这些步骤都要在下一帧来临前完成，而两帧之间的时间很短，只有几百微秒。
实时处理即使在现在仍会造成算力焦虑。现在的高端游戏卡浮点算力动辄几十T，然而受架构限制它仍不是合格的高速实时运算系统，拿4090为例，它的4k帧生成20毫秒左右，而游戏只要满足60帧就比较流畅。但对于瞬时带宽达几百兆赫兹的复杂信号结构，即使是高端显卡也无法完成实时信号处理，必须要由算力相对较低、但实时运算能力强的特殊芯片，比如FPGA完成。
六十年代末数字计算机都十分罕见，小型计算机更是受工艺制程限制尚在摸索之中。高重频信号的实时处理也可以用模拟电路，模拟电路由几百个晶体滤波器组成，每一个晶体滤波器对应频谱中的一部分，数量等于相参处理点数乘距离门数，所以模拟电路的规模比较庞大，火控雷达重量很容易突破几百公斤，这对于吝啬每一磅重量的纯粹空优机来说无法接受，采用数字处理器势在必行。
受时代限制，初版APG-63没有采用可编程数字处理器，而是一种电荷耦合晶体管微傅里叶变换器，整个信号处理机有四千多快中大规模集成电路，热耗一千五百多瓦，在当时也算是小型计算机中的怪兽了。初代APG-63的模数变换器有效位数8位，而现在动辄十几位。较为原始的信号处理机当然会限制雷达的一些性能，当然这是相对更先进的雷达而言，而在当时无可挑剔，因为在两百多公斤的雷达这已经是最强的科技了。
因为数字信号处理机的不足，APG-63作用距离最远的高重频速度搜索模式，以及远距离搜索中的高重频行，采用了一种特殊的前置模拟滤波器。该滤波器在ADC前面，把回波频谱中的杂波谱全部去除，只保留迎面无杂波区的频谱（因为前半球迎面飞行的目标多普勒频移必然大于副瓣及主瓣回波）。这样回波频谱中只有目标谱线，而没有幅度很高的地面杂波，这就大大降低了ADC的动态范围要求，以及信号处理器的复杂程度。
但是这样也带来一些负面问题。典型的就是无法发现速度很高的目标。APG-63的高重频不模糊目标相对速度约4800km/h，对应180KHZ的最高脉冲重复频率，这样允许高空拦截m2.8的米格二五飞机。但对于时速超过3000公里的黑鸟，而F-15又在高空超音速飞行，黑鸟回波就是多普勒模糊的（回波谱线出现在前一个谐波频谱范围内），直接被模拟滤波器去除，所以没法被检测到。
那么有没有办法看到黑鸟呢？初代APG-63因为是全波形雷达，所以还具备一个特殊模式:低重频脉冲模式，该模式用13位巴克码进行脉冲压缩，但不进行相参处理，只用非相参积累提高探测距离。此模式用于弥补高重频无法探测后半球目标、而中重频高空探测距离不远，以及3/9线目标盲速的问题。脉冲模式只用于上视或无杂波环境，对于高空飞行的黑鸟，它探测距离不如高重频模式，所以飞行员仍选择距离最远的VS模式，这就可能看不到目标。
速度部分模糊、距离不模糊的中重频模式也能发现黑鸟。中重频的问题是三选一的解距离模糊方法，雷达检波后视频积累数减少，而多普勒雷达的视频积累效果接近相参积累，所以中重频探测距离普遍较短，虽然它全向性能最好，但不用做远距探测目标的主力波形。黑鸟超越时代的外形具备一定的隐身性能，其迎面rcs仅与轻型战斗机差不多，APG-63远距搜索模式的中重频行就无法远距发现黑鸟。
APG-63上述问题到1980年改进可编程数字信号处理机后迎刃而解，新的信号处理机是24位DSP，有12kb内存和288kb非易失存储。高频接收机更换为FET场效应晶体管。雷达模式进化，高重频取消仅迎面检测，中重频改为更合理的8取3原则，雷达引入边扫边跟模式。从1974年服役的初代版本到最新的APG-82V1，鹰之眼历经数十次大小改进，仍不失为具有先进水平的大型机载火控雷达。
同时代还有一部很有特色的雷达:猫的AWG-9。
AWG-9同样出自曾经的航电一哥，后并入雷声的休斯飞机公司。AWG-9原研装机对象是F-111海军舰载型，盐水F-111被取消后装机对象改为汤姆猫。所以它的研发时间要早于APG-63，服务对象是偏拦截的海军重型战斗机，所以它没有采用全波形架构，高重频脉冲多普勒模式用于杂波背景远距离探测，低重频脉冲模式对高重频补充，上视探测全向目标。
AWG-9是一部平均功率惊人的雷达，它速度搜索时完全不考虑遮挡影响，发射时间甚至超过接收时间，峰值功率10kw的情况下平均功率达到7kw，此记录到雄猫退役时仍未被打破。猫眼的脉冲重复频率高于鹰眼，不过因为缺乏中重频，中低空下视探测后半球目标不如鹰眼，熟练的雄猫飞手低空接敌通常会采取负高度，以期用低重频脉冲模式发现全向目标。高空是猫眼的优势区，超高的平均功率足以击穿任何战术干扰，引导不死鸟扑向目标。
