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一、军用雷达的概念、分类、作用
军用雷达是用于军事目标的雷达,是一种利用电磁波探测目标的军事设备,它通过发射电磁信号并接收从目标反射回来的信号测量目标的位置参数、运动参数并提取目标的有关技数。军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置,它是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一,是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要视觉传感器,因此在警戒、侦察、敌我识别等方面获得了广泛应用。雷达系统主要包括:产生高功率辐射信号的雷达发射机;向空间辐射信号和接收从目标反射信号的天线;将微弱的接收信号进行放大滤波和变换的雷达接收机;对雷达信号进行处理、录取与显示的雷达终端设备;控制雷达天线转动,控制与录取天线波束指向数据的雷达伺服设备;雷达各分系统协调工作的频率综合器和定时器等。
军用雷达的分类有多种方法,常用的主要分类方法有按功能、按技术体制、按工作波长、按承载平台等。军用雷达被称为现代战争的“千里眼”,是当前电子战和信息战的核心装备。当前先进的雷达不仅能够远程探测隐身飞机、弹道导弹、地上兵力、海上编队,还能够精确控制打击武器对目标跟踪制导,以及对重点区域进行连续的侦察监视,获取高清晰战场情报,融入“观察-确认-决策-打击”(OODA)作战流程环的程度越来越深,在信息化联合作战中发挥着举足轻重的作用。军用雷达的重要性主要表现在三个方面:①军用雷达是各级别作战指挥系统中能够实时、主动、全天候获取有关目标战场环境信息的探测手段;②军用雷达是各类先进作战平台不可或缺的组成部分,是实现远程打击、精确打击的必要手段;③军用雷达是评估各类先进武器系统和进行军事技术研究的测试手段。
雷达作为战场侦察监视与情报搜索的主要战术装备,是战场态势感知和快速反应的主要技术途径,其性能与效能发挥决定我方力量战场战斗力和生存力。
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二、发展现状——相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列
2.1 军用雷达发展历程。从20世纪初诞生以来,雷达技术已经走过了70多年的发展历程,先后经历了二次世界大战、冷战军备竞赛、新军事革命等不同历史因素的促进并经受了考验,雷达技术的体制、理论、方法、技术和应用都已得到很大的发展,先后经历了简单脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达、数字阵雷达等重要发展阶段。针对下一代战争的特点和态势感知系统完成远程探测、稳定跟踪、精确制导和武器攻击的使命任务,未来雷达系统需要具有体系协同、多功能多任务、精细处理、智能决策的能力。
2.2 雷达发展历程
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2.3 雷达技术发展历程与未来
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三、发展现状——相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列
3.1军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径
目前雷达主要有脉冲多普勒(信号形式方面)、相控阵(扫描方式方面)和合成孔径(信号处理方面)三种主流技术体制,这三种体制对雷达的发展影响深远。脉冲多普勒雷达是通过脉冲发射并利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达;相控阵雷达是指通过计算机控制各辐射单元的相位,改变波束的指向进行扫描的雷达;合成孔径雷达是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。脉冲多普勒技术和合成孔径技术主要侧重于雷达信号形式及处理,属于对前端信号的分析处理,而相控阵技术核心主要是体现在雷达前端,因此相控阵技术可以和脉冲多普勒、合成孔径技术组合使用。目前合成孔径相控阵雷达、相控阵多普勒雷达已经在军事上获得了成熟的大量应用。
雷达发展的三种主流技术体制
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四、发展现状——相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列
4.1军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径相控阵雷达是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵,具有波束切换快、抗干扰能力强等特点,可同时跟踪多个目标,具备多功能、强机动性、高可靠性能力,开始逐渐取代传统的机械扫描雷达,成为当今雷达发展的主流。相控阵雷达根据天线的不同分为无源相控阵雷达和有源相控阵雷达。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量,经计算机主动分配给天线阵的各个单元,目标反射信号也是经各个天线单元送达接收机统一放大;有源相控阵雷达的每个天线单元都配装有一个发射/接收组件(T/R组件),每一个T/R组件都能自己发射和接收电磁波,因此在频宽、功率、效率以及冗度设计方面均比无源相控阵有巨大优势。
4.2 有源、无源相控阵达和机械扫描雷达性能对比
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4.3 有源相控阵雷达主要性能特点
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一、发展现状——相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列
1.2 军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径机载有源相控阵雷达是目前国际上最为先进的一种火控雷达,其目标追踪/搜索能力、高分辨率、强电子干扰和高数据通信能力等优势,远远超过了传统机械扫描体制的雷达,其应用将成为未来军用飞机的标准配置,以适应未来空战的需求。军用雷达最重要且技术水平最高的应用领域是机载雷达,机载雷达的技术升级牵引着军用雷达的性能和技术体制的持续创新。美国已全面将现役F-15C、F-15E、F-18E战斗机雷达升级为有源相控阵雷达,并已在下一代驱逐舰上装备有源相控阵雷达。根据Forecast International分析,2010年-2019年全球有源相控阵雷达生产总数占雷达生产总数的14.16%,总销售额占比25.68%,整体来看,有源相控阵雷达的市场规模仍较小,替代市场空间巨大。根据StrategicDefense Intelligence发布的《全球军用雷达市场2015-2025》预测,
2025年机载雷达与陆基雷达将合计占据超过50%的市场份额,机载雷达有望成为占据市场比重最大产品。
五、中美军用雷达发展现状——我军后起发力,已迈入国际先进行列
我国雷达技术经过几十年的艰苦奋斗,已发展为雷达大国和雷达强国。每年例行举办的系列国际雷达会议,我国是与美国、英国、法国和澳大利亚并列的5个轮流主办国之一。在三坐标雷达、低空雷达、机载预警雷达、数字阵列雷达、相控阵雷达和精密跟踪雷达等领域都迈入了国际先进行列。美军引领了世界军事科技的发展,在雷达领域更是遥遥领先。以F35机载雷达为例,F35飞机的综合电子战系统具有雷达告警、信号收集和分析,被动式辐射定位和电子对抗能力,该综合电子战系统综合了机载AN/APG-81有源电扫描相控阵雷达、通信、导航、识别系统和光电分布式孔径系统。在工作中,F35可利用其综合电子战系统中的雷达告警接收机与其机载雷达相配合工作,
雷达告警接收机能为雷达提供敌机精确的目标方位指示,既提高了雷达的工作效能,又缩短了综合电子战系统的反应时间。
5.1 新中国机载雷达发展历程。有源相控阵技术获得突破(21世纪至今):机载扫描体制火控雷达与先进国家水平相当,具备地形测绘、合成孔径、地形跟随等功能,是现代化多功能火控雷达系统,能满足我国歼11、歼10、“枭龙”在内的国产四代战机作战需求。同时基于有源相控阵技术的预警机工程成功突破,为我军J20等第五代战斗机雷达系统打下坚实基础。全波形脉冲多普勒技术获得突破(20世纪90年代):我国脉冲多普勒火控雷达由探索阶段到全面应用阶段。引进俄罗斯无源相控阵雷达;引进以色列的预警机项目,受美国强行干预中止;国产预警机开发过程积累了相关经验,为研制有源相控阵雷达打下了基础。奋起直追与和平典范(20世纪80年代):开始立项研制歼8Ⅱ机载脉冲多普勒雷达;与美军开始军事合作项目——“和平典范”项目并由于政治原因终止;
引进俄罗斯全波形脉冲多普勒雷达Zhuk-8Ⅱ。尝试研究预警机(20世纪60-70年代):由于当时的技术基础薄弱,我国研制的第一款预警机(“空警”Ⅰ号)未能解决雷达反杂波的问题,致使装备未能服役,收藏于中国航空博物馆。落差渐大(20世纪60-70年代):此时国外雷达技术迅速发展,单脉冲技术、脉冲压缩技术已经成熟应用于飞机上,脉冲多普勒技术开始进入装备试生产,相控阵技术已经起步。此阶段我国由于缺乏苏联技术支持,研发的歼8战斗机配套单脉冲火控雷达技术存在缺陷,直到20世纪80年代才完成定型。中国与西方国家雷达技术差距拉大。解决有无问题(20世纪50年代):机载雷达发展初级阶段,主要以仿制苏联米格17、米格19机载雷达为主,采用圆锥扫描体制和普通脉冲方式,
容易受到敌方电子干扰和地面杂波影响。有效作用距离短、可靠性不高,只是作为目视能力的一种补偿,暂时解决了我军机载雷达的有无问题。
F-35飞机电子与系统示意图
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5.2 中国雷达技术
1、能造出无源相控阵雷达的国家;中国、美国、法国、俄罗斯、德国、荷兰、以色列。
2、能造出有缘相控阵雷达的国家,中国、美国、法国、德国、荷兰、以色列。
3、能制造氮化镓有源相控阵雷达国家,中国、美国。
4、能制造氮化镓数字阵列有源相控阵雷达国家,中国。
5、能造出共型智能蒙皮有源星空阵雷达;中国。
6、能造出大型米波段有源型相控阵雷达;中国。
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