雷達(dá)技術(shù)發(fā)展歷程及未來發(fā)展趨勢

韓英 謝超

摘 要： 雷達(dá)作為武器系統(tǒng)的重要組成部分，為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)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(biāo)的出現(xiàn)，特別是戰(zhàn)場環(huán)境的日益復(fù)雜化，對雷達(dá)的探測性能和環(huán)境適應(yīng)性產(chǎn)生了巨大威脅。雷達(dá)數(shù)字化、軟件化、智能化可有效提升雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境中的探測性能，必是未來雷達(dá)技術(shù)發(fā)展方向，本文對其進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞： 雷達(dá)；發(fā)展歷程；數(shù)字化；軟件化；智能化

1 引言

雷達(dá)作為地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的眼睛，具有全天候、全天時的特點(diǎn)，并具有霧、云穿透能力，受雨穿透衰減小，成為了武器系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。但現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)工作模式單一、環(huán)境適應(yīng)差，面臨著作戰(zhàn)對象、作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)樣式日趨復(fù)雜三個方面的挑戰(zhàn)，需不斷提升雷達(dá)的探測和復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境適應(yīng)能力，雷達(dá)體制和技術(shù)必須進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，雷達(dá)的數(shù)字化、軟件化和智能化將會是現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展的重要方向。

2 雷達(dá)發(fā)展歷程

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

3 數(shù)字化雷達(dá)

數(shù)字陣列雷達(dá)是一種接收和發(fā)射波束都采用數(shù)字波束形成技術(shù)的全數(shù)字陣列掃描雷達(dá)，數(shù)字化雷達(dá)具有對數(shù)字接收機(jī)動態(tài)范圍要求低、可實(shí)現(xiàn)超低副瓣、強(qiáng)雜波背景中弱小目標(biāo)檢測能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)相控陣寬角掃描、易于實(shí)現(xiàn)軟件化、低截獲概率等優(yōu)點(diǎn)[1]。

由于數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)的突出優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外對于數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)已進(jìn)行了大量的研究設(shè)計(jì)。意大利的萊昂納多（Leonardo）公司從2017年開始正在生產(chǎn)一種全數(shù)字有源電子掃描陣列雷達(dá)（AESA），這是歐洲首部全數(shù)字陣列雷達(dá)。我國的空警500采用世界首創(chuàng)的數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，相對于現(xiàn)役大型預(yù)警機(jī)雷達(dá)，在重量、雷達(dá)天線口徑大幅下降的基礎(chǔ)上，大幅提升了情報處理能力和抗干擾能力。

雖然數(shù)字化雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)突出，但在工程實(shí)現(xiàn)上依然存在較大的難度，主要包括數(shù)字TR組件的設(shè)計(jì)、寬帶信號的產(chǎn)生、超低副瓣形成以及通道一致性技術(shù)等，但數(shù)字陣列雷達(dá)依然是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)特別時雷達(dá)工程實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域的前沿與重要發(fā)展方向。

4 軟件化雷達(dá)

軟件化雷達(dá)，即具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和數(shù)字化技術(shù)特點(diǎn)的新型雷達(dá)系統(tǒng)，具有開放式架構(gòu)，以軟件化開發(fā)模式靈活地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展、更新和升級[2]。

在作戰(zhàn)需求的索引下，國內(nèi)外在軟件化雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域已做了大量的研究。國外，2010年美國研發(fā)了軟件可定義MIMO雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多通道可編程產(chǎn)生任意脈沖波形；2011年俄亥俄州立大學(xué)研發(fā)了基于TI公司的小型化“軟件化雷達(dá)”軟件庫，并嘗試開發(fā)了雷達(dá)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(xiàng)價值850萬美元的分布式陣列雷達(dá)合同，該雷達(dá)具有多功能、動態(tài)多任務(wù)的能力。國內(nèi)，清華大學(xué)電子工程系雷達(dá)與陣列信號處理實(shí)驗(yàn)室已做了大量工作，并獨(dú)立自主研制出了“軟件化雷達(dá)信號處理系統(tǒng)”RadarLab2.0，該系統(tǒng)采用可視化和模型化開發(fā)技術(shù)具有靈活擴(kuò)展功能和資源的能力。

軟件化雷達(dá)技術(shù)的研究，可以快速響應(yīng)新的軍事需求、縮短研制周期、提高維護(hù)保障的能力。

5 智能化雷達(dá)

智能化雷達(dá)，即具有信息獲取、知識學(xué)習(xí)、自主推理和決策能力的雷達(dá)[3]。比如目標(biāo)探測與識別智能化：根據(jù)未來作戰(zhàn)的需求，雷達(dá)不僅要及時探測到對方的目標(biāo)，還要能對這個目標(biāo)的各種特性（如飛機(jī)架數(shù)、大小、形狀、類型及作戰(zhàn)意圖等）進(jìn)行識別，甚至能對目標(biāo)自動成像，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測與識別的智能化。

目前，圍繞著智能化雷達(dá)，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究。2006年，加拿大Simon Haykin通過知識輔助和自適應(yīng)發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了與環(huán)境的不斷交互和學(xué)習(xí)，獲取環(huán)境的信息，結(jié)合先驗(yàn)知識和推理，自適應(yīng)探測目標(biāo)。2007年，Guerci提出基于知識輔助的認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)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(tǒng)恒虛警處理、基于知識的空時自適應(yīng)處理技術(shù)、基于數(shù)字地圖信息的空時自適應(yīng)處理、基于知識的雷達(dá)、知識輔助的傳感器信號處理和專家推理、知識輔助雷達(dá)以及自治智能雷達(dá)系統(tǒng)等多項(xiàng)技術(shù)研究。2013年，美國以認(rèn)知無線電和認(rèn)知雷達(dá)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了通信與雷達(dá)互相傳遞頻譜使用情況，降低了雷達(dá)與通信的互相干擾。2015年美國DARPA啟動了“在競爭環(huán)境下目標(biāo)識別與適應(yīng)”跟蹤雷達(dá)目標(biāo)識別項(xiàng)目，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)提高了非合作目標(biāo)識別能力。自2008年以來，國內(nèi)多家單位在雷達(dá)智能化領(lǐng)域開展了研究，在環(huán)境感知與描述、最優(yōu)化波形設(shè)計(jì)、自適應(yīng)信號處理等方面進(jìn)行了初步探索。

智能化雷達(dá)的實(shí)用化可增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中的適應(yīng)性，將會是雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展歷程中的革命性跨越。

6 總結(jié)

隨著作戰(zhàn)環(huán)境的日趨復(fù)雜化和數(shù)字化雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)的攻克，人工智能技術(shù)的逐步成熟，雷達(dá)技術(shù)的數(shù)字化、軟件化和智能化必然是未來的主要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曼青.數(shù)字化陣列雷達(dá)及其進(jìn)展[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2006，2（4）：567-585.

[2]湯俊.軟件化雷達(dá)技術(shù)研究[J].雷達(dá)學(xué)報，2015，4（4）：481-489.

[3]金林.智能化認(rèn)知雷達(dá)綜述[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2013，11（35）：23-32.