雷達技術發展歷程及未來發展趨勢

韓英 謝超

摘 要： 雷達作為武器系統的重要組成部分，為武器系統提供目標距離、徑向速度、高低、方位等信息。隨著高空高速、低空低速、隱身目標的出現，特別是戰場環境的日益復雜化，對雷達的探測性能和環境適應性產生了巨大威脅。雷達數字化、軟件化、智能化可有效提升雷達在復雜電磁環境中的探測性能，必是未來雷達技術發展方向，本文對其進行了闡述。

關鍵詞： 雷達；發展歷程；數字化；軟件化；智能化

1 引言

雷達作為地空導彈武器系統的眼睛，具有全天候、全天時的特點，并具有霧、云穿透能力，受雨穿透衰減小，成為了武器系統不可或缺的重要組成部分。但現有雷達系統工作模式單一、環境適應差，面臨著作戰對象、作戰環境和作戰樣式日趨復雜三個方面的挑戰，需不斷提升雷達的探測和復雜作戰環境適應能力，雷達體制和技術必須進一步創新發展，雷達的數字化、軟件化和智能化將會是現代雷達發展的重要方向。

2 雷達發展歷程

1842年，奧地利物理學家多普勒（Christian Andresas Doppler）率先提出利用多普勒效應的多普勒式雷達。1935年英國羅伯特.沃特森.瓦特發明了第一臺實用雷達，次年在索夫克海岸架起了英國第一個雷達站，在第二次世界大戰中發揮了重要作用。隨著時間的推移和各種因素的促進，雷達不論在理論、體制、方法和應用上都得到了很大的發展。30年代初期，歐美國家開始研制探測飛機的脈沖雷達，當時雷達典型的技術特點為電子管、非相參。40年代雷達技術采用動目標顯示、單脈沖測角和跟蹤以及脈沖壓縮技術。50年代至80年代，防空作戰對雷達的精確引導技術提出更高的要求，穩定性和可靠性較高的全相參微波雷達逐漸替代了非相參技術體制的微波雷達，其技術特征主要是半導體、全相參。90年代，為滿足現代空戰對雷達高精度、高抗干擾能力、高可靠性、高分辨力、多目標跟蹤能力等要求，開始開展大規模集成電路、全固態、相控陣技術。在現代雷達中，為提高雷達對復雜電磁環境的適應性及對隱身目標的探測性能，雷達技術的數字化、軟件化、智能化將是未來發展方向。

3 數字化雷達

數字陣列雷達是一種接收和發射波束都采用數字波束形成技術的全數字陣列掃描雷達，數字化雷達具有對數字接收機動態范圍要求低、可實現超低副瓣、強雜波背景中弱小目標檢測能力強、易實現相控陣寬角掃描、易于實現軟件化、低截獲概率等優點[1]。

由于數字相控陣雷達的突出優點，國內外對于數字相控陣雷達已進行了大量的研究設計。意大利的萊昂納多（Leonardo）公司從2017年開始正在生產一種全數字有源電子掃描陣列雷達（AESA），這是歐洲首部全數字陣列雷達。我國的空警500采用世界首創的數字相控陣雷達技術，相對于現役大型預警機雷達，在重量、雷達天線口徑大幅下降的基礎上，大幅提升了情報處理能力和抗干擾能力。

雖然數字化雷達優點突出，但在工程實現上依然存在較大的難度，主要包括數字TR組件的設計、寬帶信號的產生、超低副瓣形成以及通道一致性技術等，但數字陣列雷達依然是現代雷達技術特別時雷達工程實現領域的前沿與重要發展方向。

4 軟件化雷達

軟件化雷達，即具有標準化、模塊化和數字化技術特點的新型雷達系統，具有開放式架構，以軟件化開發模式靈活地實現系統擴展、更新和升級[2]。

在作戰需求的索引下，國內外在軟件化雷達技術領域已做了大量的研究。國外，2010年美國研發了軟件可定義MIMO雷達系統，實現了多通道可編程產生任意脈沖波形；2011年俄亥俄州立大學研發了基于TI公司的小型化“軟件化雷達”軟件庫，并嘗試開發了雷達通信一體化的工作模式；2014年，美國海軍研究局授予雷神公司一項價值850萬美元的分布式陣列雷達合同，該雷達具有多功能、動態多任務的能力。國內，清華大學電子工程系雷達與陣列信號處理實驗室已做了大量工作，并獨立自主研制出了“軟件化雷達信號處理系統”RadarLab2.0，該系統采用可視化和模型化開發技術具有靈活擴展功能和資源的能力。

軟件化雷達技術的研究，可以快速響應新的軍事需求、縮短研制周期、提高維護保障的能力。

5 智能化雷達

智能化雷達，即具有信息獲取、知識學習、自主推理和決策能力的雷達[3]。比如目標探測與識別智能化：根據未來作戰的需求，雷達不僅要及時探測到對方的目標，還要能對這個目標的各種特性（如飛機架數、大小、形狀、類型及作戰意圖等）進行識別，甚至能對目標自動成像，從而實現目標探測與識別的智能化。

目前，圍繞著智能化雷達，國內外已經做了大量的研究。2006年，加拿大Simon Haykin通過知識輔助和自適應發射，實現了與環境的不斷交互和學習，獲取環境的信息，結合先驗知識和推理，自適應探測目標。2007年，Guerci提出基于知識輔助的認知雷達系統架構。美國空軍研究實驗室（AFRL）一致致力于智能化信號處理方面的研究，先后開展了專家系統恒虛警處理、基于知識的空時自適應處理技術、基于數字地圖信息的空時自適應處理、基于知識的雷達、知識輔助的傳感器信號處理和專家推理、知識輔助雷達以及自治智能雷達系統等多項技術研究。2013年，美國以認知無線電和認知雷達為基礎實現了通信與雷達互相傳遞頻譜使用情況，降低了雷達與通信的互相干擾。2015年美國DARPA啟動了“在競爭環境下目標識別與適應”跟蹤雷達目標識別項目，利用深度學習技術提高了非合作目標識別能力。自2008年以來，國內多家單位在雷達智能化領域開展了研究，在環境感知與描述、最優化波形設計、自適應信號處理等方面進行了初步探索。

智能化雷達的實用化可增強雷達系統在復雜作戰環境中的適應性，將會是雷達系統發展歷程中的革命性跨越。

6 總結

隨著作戰環境的日趨復雜化和數字化雷達關鍵技術的攻克，人工智能技術的逐步成熟，雷達技術的數字化、軟件化和智能化必然是未來的主要發展方向。

參考文獻

[1]吳曼青.數字化陣列雷達及其進展[J].中國電子科學研究院學報，2006，2（4）：567-585.

[2]湯俊.軟件化雷達技術研究[J].雷達學報，2015，4（4）：481-489.

[3]金林.智能化認知雷達綜述[J].現代雷達，2013，11（35）：23-32.