2021年雷达技术态势与发展趋势

韩长喜, 董金良, 邓大松, 王 虎, 张 昊

(中国电子科技集团公司第十四研究所，江苏 南京 210039)

0 引 言

2021年，雷达系统与技术，取得一系列进展。以美俄为代表的军事强国在雷达智能化、数字化、一体化、协同化、无人化、反隐身、抗干扰等技术领域取得积极进展，启动天基“分布式雷达成像技术”、SPY-6下一代“宙斯盾”综合射频技术研究，开展FlexDAR分布式多功能雷达、雷电协同探测技术试验，推进“耶尼塞”有源无源一体化雷达、LRDR反导识别雷达、无人机载火控雷达等重点型号装备部署服役。

雷达技术向体系化、协同化、一体化、智能化、无人化、虚拟化发展。在新的发展形势下，需坚持体系思维，完善雷达探测体系； 坚持协同增效，提升协同水平；坚持一体化理念，提升电磁空间博弈能力；坚持创新导向，加快智能化发展；面向无人化战争，加速无人平台雷达技术储备；坚持数字化转型，加强数字环境及基础设施建设。

1 发展背景

1.1 美国防战略瞄准首要竞争对手

美国总统拜登向国会提交2022财年国防预算，以《临时国家安全战略指南》为指导，瞄准未来大国作战，大力发展先进技术，推进老式装备退役和国防现代化建设，打造领先一代的技术装备能力，2022年国防预算申请7 150亿美元，创历史新高。实施“太平洋威慑倡议”(PDI)，将PDI作为单列项目编制预算，发展前置打击和防御能力。

1.2 空天威胁迅速发展

颠覆式高威胁目标快速发展战场环境日趋复杂。下一代战机方面，美空军下一代战斗机NGAD原型机秘密试飞，将于2030年部署，NGAD具有射频功能一体化、海量数据智能处理、有人-无人编组、数字工程等特征。英国FCAS下一代战斗机进入概念设计阶段，包含有人驾驶的第六代战斗机和“忠诚僚机”无人作战飞机，预计在21世纪30年代中期投入使用。美空军B-21“突袭者”隐身轰炸机试验机已处于最后制造阶段，将开展试验验证，2025年前后投入使用。高超导弹方面，DARPA成功进行“吸气式高超声速武器”(HAWC)飞行测试，飞行速度超过5马赫。俄罗斯舰载“锆石”高超声速导弹进行多次试射，将于2022年正式列装，最高速度8马赫，射程1 000 km，战斗部400 kg。无人集群方面，雷神公司在DARPA“进攻性蜂群技术”(OFFSET)下开展蜂群演习，单个操作员通过智能系统控制130架无人机，指挥无人机进行协同探测；以色列无人蜂群投入实战，摧毁数十个哈马斯目标，蜂群包含数十架微型多旋翼无人机，通过人工智能系统引导，在目标可能出现的街区进行搜索，识别、定位、攻击目标，可引导迫击炮进行打击。俄罗斯第二架S-70“猎人”大型无人作战飞机组装完成，将进行地面测试，采用隐身设计，作为苏-57四代机的“忠诚僚机”协同作战。电子战方面，美空军启动“怪兽”认知电子战项目，将大数据、人工智能、软件无线电等用于电子对抗，提升电子攻击精准性和快速性。

1.3 新型作战样式持续演变

联合全域作战、无人作战等作战概念快速推进。联合全域作战方面，美陆军举行“汇聚工程2021”作战演习，将人工智能、机器人、自主性、联合网络、联合指控等技术用于联合作战，试验了IBCS与火控网络“先进野战炮兵战术数据系统(AFATDS)”之间的协同，以及海军感知系统与IBCS之间的信息共享。美海军信息战系统司令部举办“人工智能与网络海军先进技术演习”(AINetANTX)”挑战赛，开发人工智能、机器学习、信息组网等先进技术，支持有人和无人系统协同作战。美空军将ABMS作为最高优先级项目，开发连接美空军和太空军的传感器、武器和其他系统，形成战场数据网络的技术。无人作战方面，通用原子公司为DARPA“远射”项目提出空射无人机概念，无人机作战航程200 km，隐身设计，可从内埋舱发射两枚小型中距空空导弹，增大打击距离。

1.4 新兴技术发展迅速

人工智能、自主系统、量子信息、高超声速、数字孪生等新兴技术方面成为布局热点。美2022财年预算将人工智能、机器学习、高超声速、定向能、微电子、太空、量子科学等作为尖端技术重点投入。DARPA将新型作战架构、响应式太空作战、网络防御、高超声速、人工智能、微电子、5G网络、量子信息科学等，作为面对大国竞争而开展的技术创新重点方向。

2 雷达技术发展态势

2.1 智能化探测技术

1)智能化探测技术受到重视，导弹防御局正将人工智能和机器学习技术用于对来袭导弹的探测、跟踪、识别。

2)人工智能雷达新概念不断出现，美国陆军研究实验室提出元认知雷达概念，在软件定义雷达平台上验证元认知技术频谱共享性能；美国贝勒大学提出人工智能功放阵列(AIPAA)概念，利用人工智能算法，调整雷达工作频率、波形、波束指向，优化雷达通信频谱共享性能[1]。

3)人工智能技术具体应用，德国恒索尔特公司将人工智能应用于小样本SAR图像自动目标检测和目标识别，取得较好效果；泰雷兹GM400α雷达采用人工智能算法，探测距离扩大10%。

2.2 数字化探测技术

全数字技术成熟并向实装转化。泰雷兹公司向法国海军首艘护卫舰(FDI)交付首部“海火”数字雷达，采用S波段，全固态四面有源相控阵天线，氮化镓T/R，单面2 500个，方位覆盖360°，俯仰覆盖90°，对空搜索距离500 km，同时追踪目标800个。俄罗斯展示新型“苏拉”多功能太空监视雷达，数字阵体制，对1 m2目标探测距离4 500 km。美国LRDR远程识别雷达完成初始部署，将集成至GMD和C2BCM系统。美国陆军为TPQ-53雷达开发数字化软硬件，提升雷达探测距离和探测精度，增强面对新型威胁的生存能力，以及对抗非直接火力的能力，适应“多域作战”(MDO)需求。

2.3 一体化探测技术

1)推进阵列新技术在综合射频中的应用，美国空军研究实验室接收DARPA“商业时标阵列-集成与验证”(ACT-IV)技术开发的阵列，用于综合射频系统技术开发。ACT-IV阵列采用全数字开放式任务系统，拥有200个宽带数字信道，工作于多个频段，推动美国第六代相控阵雷达向数字可编程多功能射频系统演进。

2)一体化技术内涵扩展，美国陆军开发装甲车载“宽带可选传输雷达”(WiSPR)，在常规雷达、通信、电子战功能的基础上，增加高功率微波攻击功能。

3)有源无源一体化技术向实装转化，美国海军为SPY-6雷达开发“只接收协同雷达模式”(ROCR)的静默接收模式，改进辐射控制期间态势感知效能，并设计先进波形，实现雷达和通信性能改进；俄罗斯“耶尼塞”雷达服役，主被动探测联合，无源定位器与主雷达长距离分置，可有效应对敌方对主雷达的干扰，且敌方干扰强度越大，无源定位精度越高，俄罗斯有源无源一体化雷达如图1所示。

图1 俄罗斯有源无源一体化雷达

2.4 协同探测技术

1)开展雷达协同探测技术试验，美国海军研究实验室开展FlexDAR雷达双节点协同探测试验，如图2所示，验证分布式雷达探测、目标跟踪等性能；美国海军研究局开展SPY-6雷达组网协同试验，生成完整的目标态势信息。

图2 ONR开展FlexDAR雷达双节点协同探测试验

2)开展雷电协同试验，诺格公司在“北方闪电”演习中，开展下一代电子战系统(NGEW)与可扩展敏捷波束雷达(SABR)协同试验，以“完全的脉冲到脉冲、多功能互操作”方式，验证在高密度射频环境下，雷达精确识别和电子战敏捷干扰的协同能力。

3)启动协同探测新项目，DARPA启动“分布式雷达成像技术”计划，验证编队飞行的SAR卫星簇工作效能；美空军将建造深空先进雷达(DARC)，多部抛物面天线在控制中心控制下发射相参信号，形成虚拟大阵面，探测地球同步轨道目标。

2.5 无人化探测技术

无人探测技术向实装转化。雷声公司推出紧凑型低成本机载雷达(CAAR)，如图3所示。该雷达具有性能高、重量轻、成本低等特点。性能与主流雷达APG-83相当，重量仅为主流机载AESA雷达的1/3，成本仅为1/2，契合美军当前重点发展的可消耗型无人机雷达需求。

图3 雷神公司紧凑型低成本机载相控阵雷达CAAR

2.6 反隐反临探测技术

反隐反临探测技术方面，低频段+高功率反隐身技术成熟并向实装转化。俄罗斯开发新型“铌-SV”米波雷达，具有反隐身、小型化、高机动、高可靠等优点，能够识别低空隐身目标。美国计划在帕劳共和国部署战术多任务超视距雷达(TACMOR)，增强对太平洋地区态势感知能力。俄罗斯在北极地区部署第三座“共振-N”雷达站，与前两座雷达组网，提升俄罗斯在北极地区的反临探测能力。

2.7 抗干扰探测技术

抗干扰探测技术方面，推进先进技术向实装转化。美海军开展E-2D预警机载APY-9雷达先进能力扩展(ACE),采用优化空时自适应处理(STAP)处理算法,提高反杂波抗干扰效能，增加雷达探测跟踪距离。

3 发展趋势

综合研判美俄等国作战概念发展，国防部军兵种重大科技战略，重点机构前沿技术布局，经费重点投入领域，雷达技术将向体系化、协同化、一体化、智能化、无人化、虚拟化等方向发展。

3.1 体系化探测

美军积极推进“马赛克”战作战概念，基于网络信息体系，将传感器、平台、指控、武器系统视为“马赛克碎片”，实现各“碎片”间动态自组合，构建广域覆盖、功能完备、抗毁顽存的作战体系[2-3],在“马赛克”作战体系下，雷达将向以下三个方向发展：1)从静态体系走向动态体系，摆脱体系预先定义的限制，实现自由组合；2)连接更多装备，通过灵活的信息路径，与预警探测装备、指挥控制、武器装备连接，直接支撑作战；3)实现更强的扩展性，具备更多的资源和自由度，适应威胁和环境的动态变化。

3.2 协同化探测

美军大力推进联合全域作战，陆海空三军也提出军种层级的联合作战概念，推动作战形态向三军联合、全域协同转型[4-5]。雷达协同探测技术向三个方向发展：1)同一型号同频雷达协同，如FlexDAR雷达、SPY-6雷达协同，通过相参协同，实现N3倍信噪比得益；2)异频雷达协同，如NIFC-CA系统SPY-1雷达与E-2D预警机APY-9雷达等的协同，通过非相参检波后积累，提高探测和反干扰能力；3)异质传感器协同，如地海基反导雷达与天基HBTSS、SBIRS、SKA等的协同，以及SABR雷达与NGEW电子战系统的协同，实现总体探测效能的增强。

3.3 一体化探测

美军提出“电磁频谱战”作战概念，将电磁频谱作为一个独立的作战域，发布电磁频谱作战条令和电磁频谱作战指南，成立电磁频谱作战部队，在部队编制、组织体制和武器装备上落实电磁频谱作战概念，目标是实现电磁频谱的自由进入、利用和控制，实现电磁频谱优势[6]。雷达作为用频装备，正从传统单一探测向多功能一体化发展，一体化水平从阵面一体，向处理一体、发射一体更高的一体化提升，实现有源无源一体、功能一体、反导反临反隐身一体，达到资源集约、协同增效的效果。美国机载和陆基高功率微波武器系统如图4所示。

图4 美国机载和陆基高功率微波武器系统

3.4 智能化探测

美军认为未来战场将从有人操作转向有人控制，最后实现无人作战，各军种发布无人路线图，智库提出“决策中心战”，推进战争形态从信息作战走向智能化作战[7]。智能化雷达将实现高复杂实战环境的自主适应、不完备战场信息下的智能协同感知、不确定边界下战场感知能力在线增强、强博弈电磁干扰下的主动对抗、高实施操作决策的人机融合、复杂目标精确智能打击等。

3.5 无人化探测

无人系统在人工智能、先进计算、5G等技术的推动下，日趋成熟。美国防部在《2017—2042财年无人系统综合路线图》中明确提出将无人系统整合到作战体系；俄罗斯国防部制定《2025年前俄军无人系统装备计划》，计划在2025年前装备数百架各类先进无人机。无人系统作战灵活，可独立执行预警、侦察任务；可作为有人系统的僚机，配合有人战机进行探测、跟踪和导弹制导；多架无人机组成蜂群，能够使敌方防空系统饱和。在纳卡冲突中，阿塞拜疆使用无人机摧毁了亚美尼亚S-300防空系统，也门胡赛武装无人机躲避爱国者雷达系统，袭击沙特油田。无人系统相对体积小、功率低，对搭载雷达的体积、重量、功耗、效率要求高，特别要求雷达能够在通信中断的情况下自主探测，自主切换工作模式，完成威胁判断评估，要求雷达具有较高的智能化水平。

3.6 虚拟化技术

美军将数字技术作为颠覆性工具，推动“数字孪生”等工具的发展应用[8]。美太空军发布《美太空军数字军种转型》战略，引领军种全方位数字化转型；空军启动“数字战役”计划，空军装备司令部以6项任务为抓手，推动空军装备数字化转型；美国陆军发布《陆军数字化转型战略》，建立数字赋能、数据驱动的陆军。雷达企业在美国防部和军兵种数字化战略的驱动下，正加快建设以“数字孪生”、虚实结合为代表的集成数字化环境，将数字化贯穿到雷达装备的需求输入、系统设计、装备制造、试验验证、作战使用、维护保障等环节，提高雷达设计敏捷性，缩短生产时间，提高作战使用效能。

4 对我启示

对国外雷达技术发展动向的研究，对我有以下启示。

(1)坚持体系思维，完善雷达探测体系

美军在作战体系和预警探测体系建设上不遗余力，建设完成太空态势感知体系、反导预警体系、国土防空体系、海战场探测体系、全球侦察监视体系，并持续不断地增加新装备[9]。以反导预警体系为例，在原有体系的基础上，近年来正在加紧研发LRDR、MRDR、LTAMDS等新型雷达系统以及红外探测系统。应加大陆海空天全平台、高中低全频段、反导反临反隐身全功能雷达的研制和部署。

(2)坚持协同增效，提升协同水平

美军重视作战的联合与协同，近年来，在联合全域作战思想的引领下，大力加强作战能力集成。预警探测方面，美军在CEC、NIFC-CA协同探测系统的基础上，以下一代反导雷达NGR、FlexDAR为依托，积极试验以相参协同为特征的协同探测技术，提升边界不确定战场条件下探测覆盖范围、探测距离、探测精度、抗干扰能力，提高装备机动性和生存力，实现远程发射、远程交战、A射B导、隐蔽突防等灵活的作战样式[10]。应加强雷达协同探测技术的研究，扩大协同范围，提升协同层次，使雷达装备效能得到最大程度的发挥。

(3)坚持一体化理念，提升电磁空间博弈能力

为解决物理遮挡、电磁兼容、平台隐身等问题，美军从20世纪90年代开始大力推进综合射频系统的研发，将雷达、通信、电子战、敌我识别等功能系统一体化设计，实际系统已在四代机、大型驱逐舰上使用[11]。近年来，随着目标隐身、电子对抗、高超突防等威胁的加剧，DARPA在ACT-IV阵列全数字开放式平台上开发更先进的综合射频系统，陆军准备在装甲车上部署具有高功率微波攻击能力的综合射频系统，海军为SPY-6雷达增加静默感知和通信功能，俄罗斯本年度已部署“耶尼塞”有源无源一体化雷达。电磁频谱战本质上是电磁空间利用与反利用、控制与反控制、协同与反协同的博弈，应坚持用频设备一体化理念，加强一体化设计。

(4) 坚持创新导向，加快智能化发展

美军高度重视基础研究和前沿技术创新，政府主动投资高风险长周期高投入重大项目，激励科技创新，国防部、军兵种、高等院校、高科技企业、风投公司密切协同，长期保持基础技术和战略科技的领导地位。在雷达领域，美国创造了大量世界第一，近年来正在对人工智能雷达、分布式雷达、微波光子雷达、量子雷达、太赫兹雷达等新体制雷达重点投入，已在基础理论、系统模型、重点部件、软件算法、虚实验证上取得大量成果。应加强智能化雷达基础理论和先进算法研究，打造一流的研究平台，力争站在智能化探测潮流之巅，抢占智能化战争先机。

(5)面向无人化战争，加速无人平台雷达技术储备

美军在无人系统雷达上布局最早，多型号迭代演进，技术水平持续提高。功能方面，从“全球鹰”、“海神”、“火力侦察兵”等无人机侦察监视雷达，发展到推出CAAR火控雷达，正在开发“传感器飞机”预警雷达；新一代无人机载雷达采用开放式架构，软件定义，可重构射频，功能可根据战场需求扩充。重量方面，利用轻量化设计，模块化结构，GaN高效器件，多功能一体化集成设计，“火力侦察兵”无人直升机载雷达降低到30 kg以下，林肯实验室开发的手持式无人机LiTE SAR，质量低于1 kg[12]。成本方面，采用商用硬件和处理器件，降低雷达研制成本；目标识别方面，利用AMSTE、SAIP等计划积累的技术成果，对地面、空中目标的识别能力不断提升。应加强无人雷达布局，着力降低无人雷达体积、质量和功耗，提升平台适装性。

(6) 坚持数字化转型，加强数字环境及基础设施建设

美国通过实施军地联合战略，军方与雷达企业、国家实验室在反导识别、AMSTE、Mountain-top等重大任务中密切协同，持续提升雷达能力。美军当前大力推动数字化转型，国防部和陆海空军都推动数字化战略，通过建设集成数字环境(IDE)，构建“数字孪生”平台，打造数字生态系统。首个系统级“数字孪生”模型“数字林肯”已部署于“林肯”号航母，“虚拟宙斯盾”开展了试验，波音公司正在打造“数字孪生”飞机，雷达作为军事系统的重要部分，美军也加紧“数字孪生”技术在雷达中的应用。应建设雷达集成数字环境和基础设施，推动雷达数据共享，提升雷达协同研发、协同制造、协同应用、协同维护水平。

5 结 语

雷达技术作为军事电子技术的重要分支，既服从科学技术的一般发展规律，同时又受军事需求的有力牵引和基础科学的内在驱动。随着全球新军事革命向纵深发展，大国博弈日益剧烈，人工智能、大数据、先进计算、微电子等基础技术和交叉学科日新月异，雷达本身形态，及其战场应用形态和研发制造保障形态都迅速演进。未来雷达是什么形态也许谁都无法画出一个清晰的图像，只有不断跟踪研究，才能更好地利用它。