在分析传统雷达的缺点和瓶颈的基础上，分析了当前的新体制雷达体制，主要集中在无源雷达、双基地雷达、ISAR雷达、超视距雷达、太赫兹雷达和微波光子雷达等六种新体制雷达。介绍了这些新雷达系统的原理、关键技术、优点、应用和发展趋势。最后，对我国新型雷达系统的发展进行了展望。在未来军用雷达的发展中，将大力发展分辨率高、识别能力强、功耗低的绿色雷达。
关键词:新体制雷达；ISAR雷达；超视距雷达:太赫兹雷达
雷达作为侦察、探测、跟踪和制导的主要手段，在海、陆、空和天空等四维作战领域发挥着重要作用，堪称作战武器的“千里眼”。雷达在现代电子战和未来信息战中发挥着不可替代的作用，是赢得战争的关键因素。雷达不仅可以控制电磁频谱，而且雷达是获取和控制信息的重要手段。传统雷达系统面临电子干扰、低空/超低空突防、高速反辐射导弹、高功率微波武器、隐身飞机等五大威胁。在复杂的电磁环境和背景下，固定的工作模式和发射波形导致检测性能较差。
与传统雷达相比，新体制雷达主要采用了不同的波段和关键技术。从40年代初开始，微波雷达以其波长短，方向性好，遇到障碍物能及时反射回来，被广泛应用于汽车防撞系统。20世纪50年代，单脉冲雷达从单个回波脉冲中获得目标的全部角坐标信息，实现了对目标的测量和跟踪。它主要用于火控、精密测量和气象雷达。60年代，相控阵雷达利用相控阵天线进行电扫描，从而对目标进行搜索、跟踪和测量。随着技术的进步及其独特的优势，已广泛应用于地面远程预警系统、机载和舰载系统，成为远程反[/k0/]导弹武器系统的重要标志。20世纪七八十年代以来，机载脉冲多普勒雷达、高距离分辨率雷达和合成孔径雷达相继出现，它们发现、探测和识别地面、舰载和机载平台上的运动目标，大大提高了雷达的探测精度、跟踪和识别性能。
1新体制雷达及其关键技术
1.1无源雷达
无源雷达在反隐身中发挥着重要作用，随着电视机和无线电发射机的普及以及国际卫星通信计划的实施，越来越多的国家正在研究无源雷达。首先，美国洛克希德·马丁公司开发了一种新型的“沉默哨兵”被动探测系统。英国大力研究“蜂窝”雷达系统，如名为“手机雷达”的雷达系统，通过比较物体反射的信号和直接从信号发射器接收的信号，可以探测、跟踪和识别陆地、海洋和空上的目标；捷克研制的“维拉”系列无源雷达可以探测到450公里远的空。无源雷达的未来发展将在四个方面:
增加更多的外部辐射源，包括移动通信、卫星信号等。
构建目标的傅立叶图像；
多平台多无源雷达组网；
无源雷达和有源雷达的结合。
1.2双基地雷达
双基地雷达是指发射机和接收机位于相距很远的两个基地。与单基地雷达不同的是，隐身目标会将单基地雷达发射的能量向各个方向散射，而双基地雷达可以提高隐身目标的探测能力，不易被反辐射导弹攻击等。，并且还可以减少目标闪烁，从而提高跟踪雷达的性能。双基地雷达在反隐身、反辐射导弹、抗电子干扰和低空/超低空突防方面潜力巨大，具有广阔的应用前景。一个典型的例子就是美国双基地反[/K0/]雷达发展计划中实现的“避难所”，利用机载照射雷达辐射电磁波，在地面装备接收机。但是双基地雷达存在一些问题:发射机和接收机必须同步；雷达结构复杂，收发分离，技术要求高；成本比较高。未来的发展趋势是:单基地雷达的频率捷变、抗干扰措施、多站宽带信号网络集成技术将在技术上得到广泛应用；系统的工作模式将更加灵活，即可以作为单基地雷达独立工作，也可以在辐射或接收状态下工作；整个雷达系统的部署将从地面向机载、卫星发展，未来将形成海、陆、空天一体化的双/多基地雷达网。
1.3 ISAR雷达
合成孔径雷达(ISAR)是一种利用目标和雷达之间相对运动产生的多普勒信息进行成像的雷达系统。SAR和合成孔径雷达的区别在于，SAR只能对静止的目标成像，因为雷达运动，目标不运动。另一方面，ISAR对运动目标或非合作目标有很好的成像效果，因为目标运动而雷达不运动。ISAR采用“敌动我不动”的策略，连续稳定照射目标，然后自动补偿回波，精确估计目标的运动参数，从而获得目标的多维形状信息，自动识别目标。其优点是分辨率高，成像效果好，对隐身飞机等非合作目标的探测能力强。
图1 F-22逆合成孔径雷达图像
ISAR的核心算法极其重要。目前除中国、美国、俄罗斯外，其他国家报道较少。ISAR雷达是一种远程战略预警雷达，可在海中探测空。美军的ISAR式精度可以达到0.12米，最高3厘米。可以探测到从Tai 空卫星到近海飞机导弹，包括隐形飞机。美国研制的USS 空，装备了这种逆合成孔径雷达，以增强其探测和识别能力，但其原理和雷达外形高度保密。利用美国的ISAR系统对F-22、欧洲的台风战斗机、米格-29和F-104战斗机进行了成像测试，获得了惊人的结果。美国最高机密F22的ISAR成像如图1所示，外观清晰可辨。据官方报道，中国首个ISAR系统在山东测试，成功探测到飞机和船只。然后，国家立项开展技术研究。十几年后，技术逐渐成熟。目前已在沿海装备，并开发了基于ISAR图像神经网络分类的飞机型号自动识别系统。
1.4超视距雷达
由于地球曲率的影响，传统的陆基或海基雷达可以探测到海平面和高空目标，最大距离约为40公里。空搜索雷达受曲率影响，对远程低空/超低空目标探测效果差，对海雷达无法探测远程目标。对于远程目标，有必要开发一种新的雷达系统进行探测和识别。超视距雷达应运而生。目前超视距雷达系统主要有三种，即高频天波超视距雷达、高频地波超视距雷达和微波大气波导超视距雷达。天波、地波和微波的形状如图2所示。
高频天波超视距雷达:主要原理是利用电磁波在电离层和地球之间的折射，将电磁波传输到电离层。经过电离层折射后，从上到下探测目标，目标信号通过电离层反射回接收机。从而将电磁波投射到地平线以外的距离，在理想条件下，最远可实现5000公里的探测。天波雷达价格昂贵，但探测距离最远。近几年国外的装备，比如美国的TPS-71，澳大利亚的金达莱，可以探测弹道导弹发射，空等远距离目标，尤其是隐身和海上目标。
高频超视距雷达:与天波超视距雷达不同，它主要向海面发射高频电磁波，利用电波在导电海洋表面传播时衰减较小的特性。目前国外系统可以实现400km范围内海面及其空目标的探测，大致可以弥补天波超视距雷达探测海面目标的近程盲区；具有抗隐身和反辐射导弹的能力；此外，与预警雷达相比，该型雷达价格低廉得多，可以全天时进行预警探测，是一种性价比较高的探测方法。
图2三种雷达波，天波，地波和微波。
大气波导超视距雷达:主要利用海水与大气之间的超折射效应，在舰载雷达上的应用由来已久。但其探测范围较小，受天气影响较大，需要进一步探索和研究，以实现性能更好的新型雷达。典型的例子是苏联研制的多功能超视距探测雷达:“音乐站”火控雷达，大量装备在俄罗斯各种水面舰艇上。
未来可以利用天波超视距雷达和地波超视距雷达组成高频雷达合作探测网络，地波雷达可以接收目标反射的合作或非合作高频天波信号，实现无声探测。还能充分利用地波雷达消除天波雷达探测盲区，实现海面目标全覆盖探测。法国的ONERA实验室、澳洲的DSTO和加拿大都进行了相关的实验。
1.5太赫兹雷达
近年来，随着光子学和纳米技术的不断创新，太赫兹技术发展迅速，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。太赫兹波在雷达系统中的应用越来越受到重视。随着第四/第五代隐身战斗机技术的逐渐成熟和应用，各军事强国都开始了第六代战斗机的研发。
太赫兹雷达因其优点在军事领域具有良好的应用前景，对于国防和国家安全具有重要的应用价值。例如，2006年，美国喷气推进实验室成功研制出具有高分辨率测距能力的太赫兹雷达成像系统。当目标距离为4m时，一维测距分辨率约为2cm。2008年提出了改进的三维成像探测系统，成像分辨率小于0.6cm，距离4 m时测距分辨率为0.5cm，2010年太赫兹频段快速高分辨率雷达在5s内探测到25 m外的隐藏武器，大大提高了成像率，成像距离由4m变为25m，该系统有望广泛应用于人体安检和反恐维稳。此外，由航天科工二院23所牵头研制的国内首台太赫兹视频合成孔径雷达，成功获取了我国第一组太赫兹视频图像。与我军现役歼20隐身战斗机使用的分布式合成孔径雷达(SAR)相比，“具有更强的穿透力，不受日照条件影响，能在复杂气象条件下对地面目标正常成像”。
1.6微波光子雷达
微波雷达是在微波雷达的基础上发展起来的。将光生微波技术、微波光学延时和相移技术、微波光子滤波技术、全光采样和量化技术等四种光学技术引入雷达系统设计，得到了一种在射频前端由光学技术组成的新型雷达系统。微波雷达利用光子技术实现信号产生、处理、传输和控制的功能。重量轻、体积小、带宽宽的雷达系统可以有效提高雷达系统的分辨率、抗干扰能力、探测距离和响应速度等关键性能，有助于实现侦察、干扰、探测和通信一体化。
微波技术被美俄欧认为是决定“未来战场优势”的关键技术；微波雷达的研制过程如图3所示，主要包括光纤波束合成阵列、泰雷兹光控相控阵样机、全光子数字雷达样机、双波段微波光子雷达样机、俄罗斯射频光子阵列研制项目。目前，美国、俄罗斯、欧盟等。都在进行实用化微波光子雷达的相关研究。在国内，以中科院、南航为代表的科研院所和高校开展了一系列关键技术研究和探索，初步掌握了光子任意波形产生、超宽带信号光子采集、超宽带信号光子束控制、超宽带信号光子处理等技术。在2019年全国微波光子雷达技术研讨会上，潘世龙告诉记者，“我们研制出了一种微波光子雷达成像芯片，体积小如沙粒，比传统雷达设备小一万倍。不仅可以用在安防领域，还可以用在无人驾驶汽车上。”我国在微波光子雷达的一些技术领域取得了长足的进步，成像雷达的分辨率达到了1.3cm，领先于其他国家。
2新体制雷达展望
目前，我国雷达取得了新的进展和突破，但在基础研究和技术积累上，以及相应的关键技术和新方向上，还需要进一步的研究和探索。只有这样，我们才能从根本上提高我们新雷达系统的性能。新体制雷达在应对五大威胁中发挥着重要作用。目前对于不同的作战任务，至少可以单方面压制威胁，探测能力也得到了增强。但仍存在无源雷达无法独立控制、双基地雷达结构复杂且难以同步、ISAR雷达补偿算法复杂、超视距雷达和微波光子雷达关键技术实现、发射功率大、处理计算量大、实际设备难以使用等问题。如何解决这些问题是未来的发展方向。
除了上述新体制雷达，还有认知雷达、量子雷达、超宽带雷达、雷达组网技术等。这些新体制雷达拓宽了雷达的应用领域。比如智能认知雷达系统，可以解决复杂背景下的目标检测问题，通过知识辅助的智能自适应处理，大幅提升雷达性能。随着人工智能的发展，有望得到进一步的实现和发展。
3结束语
未来信息战中雷达面临的五大威胁对雷达系统设计提出了巨大的挑战，对雷达的性能提出了更高的要求。如何提高雷达的抗干扰、反隐身、反辐射导弹和反威胁能力，提高雷达的探测距离、距离分辨率、角度分辨率和成像识别能力，是当前急需解决的重要问题。基于GaN半导体的前端组件、基于高速数据转换器的收发技术、基于先进FPGA的认知技术和基于高带宽数据总线的传感器数据融合技术将在未来几年对雷达技术产生颠覆性的影响。我们将在未来继续探索多功能、多任务和网络化雷达。
本文内容转载自《电子技术与软件工程》2019年第8期。版权属于《电子技术与软件工程》编辑部。
作者:李刚，海军装备部信息系统局
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