2017年4月20日，美國國會批準(zhǔn)了LRDR新型陸基反導(dǎo)預(yù)警雷達的設(shè)計方案，這是繼『薩德之眼』AN/TPY-2雷達后，美國最先進的反導(dǎo)雷達，它將成為美國陸基中段反導(dǎo)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。據(jù)報道，LRDR 雷達將是基于氮化鎵組件技術(shù)研制的相控陣?yán)走_。為此，《兵器知識》就相控陣?yán)走_的先進性，空警 500 等國產(chǎn)雷達的發(fā)展，專訪了毛二可院士。

人物介紹

毛二可中國工程院院士，雷達系統(tǒng)、雷達信號處理專家。1956年畢業(yè)于北京工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)北京理工大學(xué)）?，F(xiàn)任北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。在雷達雜波抑制和新體制雷達方面取得重大科研成果，對我國動目標(biāo)顯示、動目標(biāo)檢測技術(shù)做出了重大貢獻。曾獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項、四等獎1項；獲得政府特殊津貼、北京市優(yōu)秀教師獎、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎等；所領(lǐng)導(dǎo)的團隊獲得“國防科技工業(yè)優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊”、“全國教育系統(tǒng)先進集體”等榮譽。

1、軍隊的傳感器

（記者，以下簡稱“記”）：毛院士，您是我國雷達領(lǐng)域的著名專家，請您介紹一下雷達在戰(zhàn)爭中的重要地位。

毛二可

想贏得戰(zhàn)爭，就要知己知彼。雷達作為全時空傳感器，是情報偵察必不可少的手段之一，能在很惡劣的情況下了解敵情。不管海陸空，雷達是必不可少的。雷達最早就是應(yīng)用于軍事。

“雷達是二戰(zhàn)時期戰(zhàn)勝法西斯的一件法寶?！边@是丘吉爾 對雷達的評價，概括了雷達在二戰(zhàn)中的重要作用。同盟國的雷達技術(shù)高于德國、日本，對贏得戰(zhàn)爭功不可沒。例如，二戰(zhàn)初期，美國在太平洋戰(zhàn)場上并不占優(yōu)勢，但是憑借先進的雷達技術(shù)，先敵發(fā)現(xiàn)，先敵采取措施，在很多戰(zhàn)役中占據(jù)上風(fēng)， 如航母之間的對抗。

雷達為扭轉(zhuǎn)英國被動作戰(zhàn)的局面也發(fā)揮了重要作用。不列顛之戰(zhàn)中，英國在英倫海峽部署了雷達，能夠及早發(fā)現(xiàn)來襲的德國飛機。另外，為防御德國U型潛艇在大西洋戰(zhàn)場 襲擊英國商船，多數(shù)飛機和水面艦艇都裝備了雷達，能搜索到晚上浮出水面充電的德國潛艇，使得盟國飛機可以在很大范圍內(nèi)打擊德國潛艇。德國潛艇受到重創(chuàng)，因而不得不撤出大西洋，導(dǎo)致德國破壞英國海上運輸以迫使英國屈服的戰(zhàn)略失敗。

? Chain Home早期預(yù)警雷達是最早的軍用雷達，在著名的不列顛之戰(zhàn)中為英國本土防御發(fā)揮了巨大作用。左圖為該雷達發(fā)射塔，右圖為發(fā)射機 。

?性能優(yōu)異的H2S地形掃描雷達成為了二戰(zhàn)后期英美轟炸機的標(biāo)配，注意這架 “蘭開斯特”轟炸機機腹上的 “鼓包”。

可以說，雷達在戰(zhàn)爭中的作用在二戰(zhàn)中表現(xiàn)最為充分， 對二戰(zhàn)的進程和最后的結(jié)果起到了很大的推動作用。除了二戰(zhàn)，以色列能夠在多次戰(zhàn)爭中掌握戰(zhàn)局主動，跟以色列裝備了型號較全的雷達密不可分

?九十年代，雷達所突破原有傳統(tǒng)的信號處理領(lǐng)域，針對某特殊 用途的測量雷達提出一種創(chuàng)新體制，并研發(fā)出原理樣機（該項 研究2014 年獲得國家發(fā)明一等獎）。圖為毛二可老師在原理樣機的天線和信號處理設(shè)備前。

?八十年代初，航天某單位主持開發(fā)中國第一型毫米波導(dǎo)引頭，雷達所負(fù)責(zé)其中的信號處理分系統(tǒng)。圖中為毛二可老師出差到河北易縣，參與該系統(tǒng)的機載試驗。

2、中國軍用雷達發(fā)展史

記者：您畢生致力于我國雷達事業(yè)的發(fā)展，請從您的角度談?wù)勎覈走_事業(yè)的成長史。

毛二可

1951年我考入華北大學(xué)工學(xué)院（后更名為北京工業(yè)學(xué)院/北京理工大學(xué)），1953開始學(xué)習(xí)雷達專業(yè)，之后再也沒有離開過雷達這個領(lǐng)域。我從我個人的感性認(rèn)識角度談?wù)勎覈走_事業(yè)的發(fā)展。

我國的軍用雷達事業(yè)萌芽于解放前。當(dāng)時的國民黨政府 在南京成立了一個雷達修理所，美國為它提供一些設(shè)備、零件等。南京快解放時，國民黨政府將雷達修理所遷到杭州，并希望能將這些人才帶到***，但這批人才最終選擇留了下來，并在解放后又回到南京，因此南京可以說是我國雷達事業(yè)發(fā)展的起始地，雷達修理所也是中國電子科技集團公司第十四研究所 （以下簡稱14所）的前身。

之后，我國從事雷達事業(yè)的技術(shù)隊伍不斷壯大，20世紀(jì)50 年代我國雷達事業(yè)走上獨立自主發(fā)展之路，自主研制的雷達被用在了抗美援朝戰(zhàn)場上，14所也成長為國內(nèi)最大的雷達研究所，對我國雷達事業(yè)做出了有目共睹的重大貢獻。我國幾個主要的國營雷達大廠都有14所的基因。

院校方面，1952年，地處張家口市的中國人民解放軍通信工程學(xué)院（現(xiàn)西安電子科技大學(xué)）開設(shè)雷達專業(yè)，成為我國第一個設(shè)立雷達專業(yè)的軍事院校。

1953年，我校（現(xiàn)北京理工大學(xué)）在蘇聯(lián)專家的協(xié)助下設(shè)立雷達專業(yè)，成為第一個設(shè)立雷達專業(yè)的地方院校。1954年, 我們第一批雷達專業(yè)學(xué)生去14所生產(chǎn)實習(xí)，見到了一些美國遺留下來的還能用的雷達，這是我第一次看到雷達實物。1956年我畢業(yè)留校任教，從事雷達專業(yè)的教學(xué)和研究。從那時起， 我校雷達專業(yè)與南京14所經(jīng)常有業(yè)務(wù)合作，還多次聘請張直中院士來校短期授課。

?中國雷達工業(yè)的發(fā)源地——中國電子科技集團公司第十四研究所

?北京理工大學(xué)的前身——北京工業(yè)學(xué)院

1958-1959年間，國家特別撥了3套蘇聯(lián)進口的大型雷達給我校，具體型號是п20雷達、сон9、сон4雷達。п20雷達是搜索雷達，由7輛卡車組成，包括電源車、天線車等。與3部雷達一起還運來了一大車美國遺留下來的雷達零件。這些雷達裝備運來后，雷達專業(yè)的老師同學(xué)們克服各種困難摸索雷達的裝配、運行、改進，還把一些小的像空載、機載雷達不太全的零件配全，通電做實驗。我校雷達專業(yè)的建立和成長過程離不開蘇 聯(lián)專家的援助、國家的扶持、與兄弟院所的相互支持。與其它后來陸續(xù)建設(shè)起來的地方院校雷達專業(yè)相比，我校的雷達專業(yè)從一出生就帶有鮮明的國防特色，帶有為國防建設(shè)解決重大工程問題的基因。

1964年，國外許多國家開始如火如荼地研究相控陣?yán)走_， 國防科委也要求我校和14所提出一個能探測到幾千千米外目標(biāo)的大型相控陣預(yù)警雷達方案。當(dāng)時我們對相控陣?yán)走_的原理還不太清楚，做大型設(shè)備又沒有經(jīng)驗，于是南京14所派了10 名技術(shù)骨干參與研發(fā)，這些技術(shù)骨干就包括當(dāng)時剛從俄羅斯回國、現(xiàn)在已是院士的張光義、賁德等同志。我們學(xué)校主要負(fù)責(zé)提出方案思路，做一些原理驗證實驗。就在此時，文革開始，我校相控陣?yán)走_的研發(fā)工作因此基本中斷，大部分工作改由14 所完成。

不過我們雷達專業(yè)技術(shù)團隊還是希望在技術(shù)上多為國家做些工作。在雷達工程實踐中，我們意識到雜波對雷達性能的重要影響，于是主動開始研究雷達動目標(biāo)顯示技術(shù)。加裝了我們研制的動目標(biāo)顯示模塊的炮瞄雷達，在1977年的一次軍隊演習(xí)中，能透過箔條干擾顯示在箔條云中運動的飛機，領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)論是“有效果”（注：相關(guān)成果獲得1978年科技大會多項獎勵）。

?“紅旗” -2制導(dǎo)雷達，采用機械掃描體制，1967年我軍使用該型防空武器系統(tǒng)首次在干擾條件下?lián)袈淙肭值腢-2高空偵察機

?我軍現(xiàn)役“紅旗” -9制導(dǎo)雷達，采用相控陣體制，是我國自主研制的第一種第三代遠(yuǎn)程區(qū)域防空武器系統(tǒng)。

記者：雷達動目標(biāo)顯示的工作原理是什么？如何識別運動中的飛機、導(dǎo)彈等裝備？

毛二可

在很多情況下，軍事目標(biāo)都是運動的，如飛機、導(dǎo)彈。 雷達回波中既有需要的運動目標(biāo)回波，也有不需要的回波，如地物、云雨等雜波，箔條云等低速干擾。動目標(biāo)顯示雷達根據(jù)動與不動來區(qū)分目標(biāo)回波與雜波，利用的是電磁波類似于聲波的多普勒效應(yīng)：火車由遠(yuǎn)及近朝著我們開來時，聽到的聲音頻率會逐漸變高，遠(yuǎn)離時聲音頻率逐漸變低。對運動的雷達目標(biāo)，雷達收到的電磁波頻率也會變，目標(biāo)回波頻率與發(fā)射的電磁波相差一個多普勒頻率。利用雷達目標(biāo)和雜波源對雷達的 不同徑向速度所引起的兩者回波的多普勒頻率的差別，采用濾波措施濾掉雜波，就能在比目標(biāo)回波強得多的雜波背景中檢測到動目標(biāo)回波。運用這個原理，還可以探測不同速度的目標(biāo)，排除低速的、固定的目標(biāo)，高速運動的飛機就很清楚了。

動目標(biāo)顯示的概念是美國在二戰(zhàn)時提出的，當(dāng)時美國用的是模擬電路，利用電感、電容或超聲波做延時。比如通過超聲 波在水銀里傳播，這邊發(fā)射，那邊接收，水銀延遲線的長度不同，對超聲波的延時也不同。美國是在二戰(zhàn)中第一次應(yīng)用這種水銀延時線，由于水銀對管壁腐蝕較厲害，要不斷地清洗，使用很不方便。70年代后，美國開始用熔融石英做成一定的形狀， 讓超聲波在里面來回折射后出來。我們團隊當(dāng)時也利用熔融石英研發(fā)出延時線技術(shù)?，F(xiàn)在這種雷達信號處理技術(shù)已數(shù)字化了，利用數(shù)字電路板就可以完成。

3、新體制雷達

記者：多數(shù)讀者知曉相控陣?yán)走_緣于國慶60周年閱兵中的 空警2000。目前，空警500的新型數(shù)字相控陣?yán)走_成為軍迷關(guān)注的熱點之一，請您解說一下這種雷達體制的概念和先進性。

毛二可

過去我國的雷達多采用機械掃描方式，天線越做越大， 機械掃描天線轉(zhuǎn)動起來很笨重，探測目標(biāo)慢?，F(xiàn)在相控陣?yán)走_得到越來越多的應(yīng)用。

相控陣?yán)走_天線通常是一個面陣，面陣由很多行很多列排 列起來構(gòu)成，每個陣元或子陣都對應(yīng)有一個收發(fā)（T/R）組件。每一個收發(fā)組件既是一個小的發(fā)射機，也是一個小的接收機， 實際上就是一部小雷達。通過計算機，可以控制每個T/R組件 移相器的相位。如果每個T/R組件的移相相同，天線波束的波前就垂直于天線陣面。如果按照一定規(guī)律設(shè)定每個T/R組件 移相器的相位，使得有的相位超前，有的相位滯后，波前就會偏離垂直方向，就可以控制天線波束按照設(shè)定的方式掃描。通過相位控制的方法，在相控陣天線陣面不動的條件下，天線波束現(xiàn)在能做到正負(fù)60度掃描，而且掃描速度很快，高速的話是微秒量級，慢速也在毫秒量級。這樣很靈活，探測者可以在整個空域里按自己的意愿監(jiān)控目標(biāo)，比如對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，目標(biāo)速度也已經(jīng)測出來了，雷達波束就不再需要連續(xù)照射這個目標(biāo)，只需要根據(jù)先前測的位置間或照射并進行跟蹤修正，就可以掌握它的情況，多出來的時間資源雷達就可以用于探測其它目標(biāo)。利用這種策略，相控陣?yán)走_可以對整個空域內(nèi)成百上千的目標(biāo)情況都了如指掌，這是它的先進性之一。

另一個先進性是每個T/R組件功率不大，但數(shù)量很多，每個組件單獨發(fā)射，在空間合成波束，多個組件的合成功率就可以做得比較大。

此外，過去非相控陣?yán)走_的發(fā)射機需要通過天線饋線將功率傳輸?shù)教炀€，導(dǎo)致發(fā)射功率額外的損耗。而相控陣?yán)走_的 每個T/R組件很小，可以直接做在天線陣面上，發(fā)射接收都在天線上，因此它的傳輸損耗小。再結(jié)合T/R組件數(shù)量多的優(yōu)勢，相控陣?yán)走_的總發(fā)射功率就可以做得很大，這也是為什么相控陣?yán)走_可以看得遠(yuǎn)的原因。

相控陣?yán)走_的可靠性也很高。因為它有成千上萬個T/R組件，即使少量T/R 組件損壞，整個雷達功能不會受損，性能也損失很小。比如原來能探測100千米， 現(xiàn)在探測90千米，對作戰(zhàn)影響不大。

由于相控陣?yán)走_的優(yōu)點越來越多，不但在飛機上如預(yù)警機用，導(dǎo)彈等武器預(yù)警也用它，不再像過去用很大的拋物面天線。拋物面天線現(xiàn)在主要用來持續(xù)跟蹤單個變化不快的目標(biāo)，它的優(yōu)點是價格便宜。

相控陣?yán)走_恰恰相反，它的最大缺點是T/R組件多,導(dǎo)致價格昂貴，影響更廣泛的應(yīng)用,所以目前軍方并沒有全部應(yīng)用相控陣?yán)走_。但貴是相對的，它由半導(dǎo)體技術(shù)的水平高低決定。比如美國的雷達生產(chǎn)量大，同樣一種波段的T/R組件年產(chǎn)百萬，成本就低。而我國只生產(chǎn)幾萬個或幾十萬個，成本相對就高。隨著技術(shù)的進步，半導(dǎo)體水平會逐漸提高。像現(xiàn)在的第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵，微波輸出功率的效率高達40%~50%，而過去砷化鎵能做到 20%~30%就已經(jīng)很不錯了。效率一高，功耗就小了，相對的散熱也小了。這個技術(shù)對相控陣?yán)走_的整體和加速發(fā)展起到了很大的推動作用，目前很多雷達都有應(yīng)用。

記者：空警500的雷達采用了最新的數(shù)字化電子掃描系統(tǒng)， 有什么先進之處？

毛二可

數(shù)字技術(shù)的發(fā)展促成了相控陣?yán)走_全數(shù)字化，可控性更好，不過也帶來一些問題，如數(shù)據(jù)傳輸量太大。雖然可以用寬帶，但高速大數(shù)據(jù)量傳輸需求使寬帶全數(shù)字相控陣?yán)走_實現(xiàn)難度增加。因此新一代預(yù)警機雷達都在體制上、技術(shù)上進行了改進，空警500的雷達是在空警2000之后，由38所研發(fā)的，T/R 組件的信號全部通過光纖傳輸，帶寬很寬。

?空警500是我國最新一代預(yù)警機，采用全固態(tài)數(shù)字陣列天線，雷達探測能力較空警 2000得到顯著提升，是中國電子科技集團“小平臺，大預(yù)警”理念的首次嘗試

記者：空警2000上的相控陣?yán)走_的天線陣面做得很大，出于什么考慮？

毛二可

就搜索雷達而言，決定其威力的一個是孔徑，就是雷達的天線面積，另一個是它的平均功率。預(yù)警機雷達要看360度空域的高空目標(biāo)，威力基本就由它的平均功率和天線面積大小的乘積決定，當(dāng)然雷達系統(tǒng)其它細(xì)微的參數(shù)變化，如接收機的噪聲系數(shù)等也會影響雷達威力。天線陣面大肯定看得更遠(yuǎn)，除此之外如果元器件水平進步了，發(fā)射機功率高了，同樣天線面積的雷達功率就大了，或者降低接收機的噪聲系數(shù)等也可看得更遠(yuǎn)。

另外，預(yù)警機還有一個很重要的職責(zé)就是看低空飛機。對低空目標(biāo)，地面雜波的影響很強：如果對地面雜波處理得好，接收機動態(tài)范圍擴大，雷達也可以看得更遠(yuǎn)。

?國慶60周年大閱兵中，空警2000領(lǐng)銜空中梯隊接受檢閱?？站?000預(yù)警機 裝備了中國電子科技集團第十四研究所研制的三坐標(biāo)有源相控陣?yán)走_，以 3個陣面覆蓋360度，無需機掃輔助

記者：貼片式雷達也是一個發(fā)展方向，可行性怎么樣？

毛二可

空間雷達是目前貼片式雷達天線一個可能的應(yīng)用，美國也在做。由于空間雷達離地面很遠(yuǎn)，要保證足夠的作用距離，必須將其天線做得很大。從原理上來說，太空中沒有大氣， 不受氣候影響，雷達天線尺寸可以做得很大，也不影響天線穩(wěn) 定性。但是雷達天線做大了，重量、功耗成為大問題，貼片式雷 達天線可以折疊，衛(wèi)星發(fā)射升空后再展開。除了空間雷達，我國目前也在研究將貼片式天線用于共形天線。

記者：我國雷達技術(shù)與國外相比差距大嗎？

毛二可

同樣類型的雷達，除了空間探測方面的雷達我國可能還不全，飛機探測方面的雷達，國外有什么我們基本也有。所以從品種型號來說，我們比較齊全，但是性能和使用還是有差異的。

就雷達發(fā)展速度而言，我國發(fā)展很快，甚至超過英美，例如大型相控陣?yán)走_，尤其是氮化鎵材料我們跟得很快，突破并擁有了相關(guān)技術(shù)。但是到目前為止，我國的雷達整體水平還有差距，需要一段時間才能趕上去。例如，我國曾經(jīng)進口了一些航管雷達，這些雷達雖然技術(shù)比較老，但是質(zhì)量、可靠性、元器件 比國內(nèi)好一些，更重要的一點就是雷達的設(shè)計思想、概念比我們理解得深，所以使用效果很好。

記者：我國發(fā)展雷達在哪些方面還待提高加強？

毛二可

主要是基礎(chǔ)研究和技術(shù)積累不夠；電子元器件還有差距；方案、設(shè)計思想與美國差距不小，在體制上差距很大。因為美國在20世紀(jì)二三十年代就開始研制雷達，我國雷達五六十年代才起步，各方面能力與美國相比還有不小差距，雖然不排除我國某項技術(shù)超過了美國，但是如果要在整體水平上趕上去，應(yīng)從元器件、基本理論開始，扎扎實實做研究。

記者：我國軍用雷達的下一步發(fā)展方向是什么？

毛二可

目前軍用雷達的一個世界性難題是目標(biāo)識別，雷達不僅要看到目標(biāo)，還要辨清目標(biāo)，即如何利用雷達信號去識別目標(biāo)。

雷達目標(biāo)識別是一門很深很廣的技術(shù)，同樣的一個信號， 技術(shù)水平高識別得就好。另外一方面，怎么利用雷達信號獲得更多的目標(biāo)信息，也是雷達目標(biāo)識別發(fā)展的一個方向。我認(rèn)為，目標(biāo)識別要取得實實在在的突破性進展，基礎(chǔ)還是通過提高雷達分辨率，即距離高分辨、角度高分辨，得到目標(biāo)更多的信息，在此基礎(chǔ)上研究目標(biāo)識別的問題。利用高清晰的分辨率獲得更多的目標(biāo)信息是今后雷達目標(biāo)識別的一個突破口。二是雷達可以跟光學(xué)互補，去研究發(fā)揮雷達的潛力，進行目標(biāo)識 別。光學(xué)成像、雷達成像機理不同，在分辨率相等的情況下，光學(xué)成像對人眼來說更直觀些，因為人眼是光學(xué)的反應(yīng)，雷達看到的是反射的強弱。另一方面，雷達能夠利用雷達信號的相位等更多信息用于識別目標(biāo)，在這種情況下比光學(xué)有優(yōu)勢。

? 地基X波段雷達 （GBR）和?；?X 波段雷達（SBX） 是美國國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng) （NMD）的重要組成部分，在彈道中段目標(biāo)識別中發(fā)揮著核心作用

另一個需要指出的是，現(xiàn)在國內(nèi)雷達越做越大，還沒有特別重視控制雷達的功耗?，F(xiàn)在我們的雷達看得遠(yuǎn)，功率大，一個雷達需要的電源經(jīng)常上兆瓦，耗電量非常大；此外雷達處理跟計算機一樣每秒萬億次的運算，功耗也非常大。因此我認(rèn)為提高雷達效率、普及綠色雷達概念，是雷達的一個發(fā)展趨勢。

最后軍用雷達反干擾也是很重要的一個問題，在這方面我認(rèn)為通過寬帶雷達波形設(shè)計反干擾大有潛力。

?美軍現(xiàn)役EA-18G “咆哮者”電子攻擊機，其掛載的核心干擾吊艙ALQ-99可以對防空武器系統(tǒng)的制導(dǎo)雷達施行精確定向干擾