好的,我帮你改写并丰富细节,保持原意不变,字数相近:
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首先必须提到的一点,也是一个反复被提及但非常重要的提醒,那就是军迷们真的没必要盲目自负。事实上,在军事领域,我们并没有绝对的“遥遥领先”。很多时候,只是因为一些生活中罕见的专业术语出现在武器装备名称上,就能轻易点燃某些人的激情,让他们不由自主地陷入过度兴奋的状态,脑补出自己技术超群的幻觉。但如果真的面临实战,这种自我感觉良好的心态注定会给自己带来严重的损失。
最近被军迷们津津乐道的一个高大上词汇,就是“三坐标氮化镓米波相控阵雷达”。这个词听起来相当专业,让人感觉非常先进高端。
展开剩余92%回顾2016年,中国电子科技集团公司第三十八研究所研制的米波三坐标雷达获得了国家科技进步奖二等奖。这无疑是件值得骄傲的事。
但这里也必须泼一盆冷水:这只是2016年全国范围内120个国家科学技术进步奖二等奖中的一个,而且是二等奖,不是特等奖或者一等奖。说白了,这个奖项的含金量并没有很多人想象的那么高。
如何理解这个奖呢?就像有人说某个人很厉害,如果没有具体事迹支持,就得看这个人身边的朋友是谁了。2016年这条奖项赛道里,特等奖是颁给了TD-LTE,也就是中国移动的4G技术;一等奖颁给了“北京正负电子对撞机重大改造工程”,获得者是中国科学院高能物理研究所;另一个一等奖给了“前置前驱8档自动变速器(8AT)研发和产业化”项目,获奖者是盛瑞传动股份有限公司——一个汽车变速箱项目。更有意思的是,在二等奖获奖名单里,竟然还包括了《全民健康十万个为什么》这套科普丛书。
这说明,国家科学技术进步奖二等奖的门槛并不高,2016年全中国获得该奖项的项目足足有120个,分布在各个行业和领域,基本上只要有单位参与,都有可能拿到一个。这里绝不是贬低科技人员的努力,而是强调这个奖项更多的是对行业内技术进步的认可,而非国际顶尖水平的科学成果认证。中国太大,涉及的行业和系统极多,这个奖项更像是一个“行业内达标”的鼓励机制,只要你有创新、有成果、有推广、有一定效益,就能获得。
当然,也不能过分地把一个8档汽车变速箱和米波雷达放在同等层面比较。
反倒是基于38所米波三坐标雷达技术的升级项目,在2023年中国电子学会科学技术奖自然科学二等奖中,涉及“空间机动目标雷达认知成像与识别关键技术及应用”的奖项,在雷达专业领域内含金量更高。
以上背景信息,可能会让很多人感到既惊讶又意外,但这些细节正是希望大家能够客观看待自身实力,清楚认识每件武器装备和技术的真实状况。
接下来,我们开始聊聊技术本身。
客观而言,米波雷达并不算是先进技术。米波雷达所用的频率大约在几十到几百兆赫之间,波长约1米左右,早在冷战初期就是各国雷达系统的第一代波段。这种波段的优势很明显:波长较长,衍射效果强,抗遮蔽能力突出,不容易被隐形战机躲避;但缺点也非常明显:分辨率较低,设备体积庞大,抗干扰能力较弱,测角精度有限。
比如说,这张图片展示的是早期典型的米波雷达,其核心特征是采用了“八木-宇田”天线阵列。这个名字听起来很高级,但这种天线在某个年代其实相当普遍。
比如早期有线电视还未普及时,许多居民为了收看电视信号,会在屋顶安装这种八木天线来接收VHF甚高频信号。它由一个有源振子驱动,后方有一个反射器和多个引向器,经过精密设计和排列,可以定向发射和接收电磁波,从而增强信号强度和方向性。
从二战末期到冷战中期,这种结构简单且轻便的雷达广泛应用,因为它只需高功率电子管和少量分立元件即可运转。无论是前苏联的“П-12”,我们仿制的“602”、“603”,还是早期的美国SCR系列雷达,都采用了类似设计。
米波雷达的“抗遮蔽强”优势体现在波长0.3米至1.5米范围内,电磁波具备强大的绕射能力,能穿透丘陵、建筑甚至低空目标产生的遮挡区,减少电磁“阴影”;其地波和天波传播性能优于高频波段雷达,使得在低天线高度下也能实现超视距探测。随着轰炸机和巡航导弹技术发展,低空突防成为空袭主流战术,这正是米波雷达大显身手的战场。
然而,米波雷达的精度问题非常突出。以П-12雷达为例,距离测量误差在1到5公里之间,方向角误差甚至高达3度以上。这也就是米波雷达被诟病精度差的根本原因。
如果仅听这些数字,大家可能难以形象理解米波雷达的精度有多低。简单说,这种雷达只能作为早期警戒设备,无法提供精确目标指示,通常需要配合探照灯以确认目标存在与否。雷达大致侦测到有异常目标后,再打开探照灯进行精细搜索。
那么,为什么米波雷达精度如此之差?这主要受制于物理原理:雷达的角分辨率约等于波长除以天线孔径。米波波长较长,若要达到厘米波的分辨率,需要配备数十米宽的大型天线;距离分辨率则约等于光速除以两倍脉冲带宽,而带宽受发射频率范围限制,米波频率较低且带宽窄,导致脉冲宽度难以缩短,无法区分细微距离差异。
当然,上述问题都是模拟信号雷达时代的表现。那时雷达以固定时间间隔发射无线电脉冲,接收目标回波后计算距离。信号经过滤波后直接显示在模拟屏幕上,方便操作人员观察目标预警信息。
但随着数字技术的发展,米波雷达的这种工作方式渐渐不适应新时代需求,逐渐被分辨率更高的厘米波(3-30 GHz)、毫米波(30-300 GHz)雷达所取代。米波雷达在方向角精度、距离分辨率和抗干扰能力上全面落后。特别是在精确制导和拦截控制领域,米波雷达几乎无力胜任。进入上世纪80至90年代后,以S波段(2-4 GHz)和X波段(8-12 GHz)为主的高频雷达成为主力,广泛装备于海军舰载及空中预警系统。
然而,雷达技术格局又在隐身飞机出现后发生了变化。隐身机通过独特的机身表面设计,可以折射高频雷达波(尤其是X波段、Ku波段),大幅削弱雷达回波信号强度,使得传统雷达难以探测。
那么,米波雷达是否对隐身飞机有先天探测优势呢?答案是肯定的。
隐身飞机主要针对高频波段进行反射控制和吸收处理,包括斜面和倒角设计来偏转雷达波方向,使用雷达吸波材料(RAM)吸收波长较短的电磁波,以及边缘衍射抑制设计,整体降低雷达截面积(RCS)。这些措施基于一个前提:雷达波长远小于飞机尺寸(典型战斗机长度10-20米,X波段波长仅2.5-3.75厘米)。这种比例让飞机能有效操控高频波反射路径。
但米波波长在0.7至1.5米,接近甚至超过飞机某些结构尺寸,如垂尾、高度、机翼后掠角部分。因此,隐身效果出现了“失效”:
- 电磁共振散射:波长接近机体结构,激发强烈的结构共振,反射信号增强;
- 绕射增强效应:长波长电磁波强绕射,雷达波能绕过飞机遮挡形成多个反射角;
- 吸波材料失效:RAM对米波段吸收极差,甚至透明;
- 雷达反射模型失效:原先用于预测散射的几何光学模型在米波下失效,散射行为难以预测,隐身难以实现。
不过别高兴太早!虽然米波雷达在探测隐身飞机方面有潜力,但并不意味着其固有缺陷被完全克服。全球有米波雷达成功指引导弹击落隐身飞机的实战案例,但更多是偶然运气好。如果不能解决米波雷达自身的精度和抗干扰问题,米波雷达依然难以担当主力。
再来看看我国新一代米波雷达:其密集排列的发射单元远远不同于早期那几根粗大的“八木-宇田”天线阵列。
很多人会立刻想到“相控阵雷达”及其波束赋形技术:通过调节每个发射单元发射信号的相位,利用无线电波干涉和衍射,动态改变波束方向。这确实是相控阵雷达的基本功能,可以避免天线机械旋转,实现更快更灵活的扫描。
不过,这只解决了雷达扫描指向的问题,对米波雷达本身的测量精度提升有限。
简单来说,波束成型是一个算法问题。无论有源还是无源相控阵,天线阵列由M行N列阵元组成,能构造出方向向量,通过加权叠加计算,确定发射功率最大方向,即目标方向。电路层面通过数字信号处理器(DSP)实现快速加法和乘法计算,从而高效控制阵列雷达波的发射和接收指向。
此外,大阵列可划分为若干子阵列,分别赋予不同的相位参数,使它们指向不同方向。这也解释了为什么高端相控阵雷达能在搜索同时跟踪十多个目标。
虽然相控阵技术解决了指向控制问题,但对米波雷达的探测精度没有根本改善。
那么,如何提高米波雷达的精度呢?这就得依靠相控阵雷达系统的另一项优势——波形编码和多路信号处理。
传统雷达波形收到回波时,信号表现为明显的尖峰(比如15公里外的回波)。如果我们通过相控阵发射单元叠加特定算法生成的频率抖动,延长脉冲时间,就能获得更复杂的回波信号。
通过分析回波中两个尖峰位置的相位差,可以修正米波雷达的精度,将距离误差从数公里缩小到几十米。这对隐身飞机探测来说,几乎可以精确定位,意义重大。
借助编码技术,我们还能提取多普勒效应带来的信号偏移,从而测量目标速度。
多路信号叠加处理后,雷达信号由二维升级为三维,获得目标的方位角、俯仰角和距离,这就是“三坐标”雷达的由来。
当然,这是在只有单一目标时的理想状态。如果目标数量多,需用到MUSIC算法——多重信号分类算法,虽名字像音乐,但实则是一种数学方法,能区分距离极近的多个目标,实现独立识别。
算法方面的实现其实并不复杂,MUSIC算法的示范代码也只是几行,足见其核心思想的简洁有效。
到此,你基本可以理解最新“三坐标氮化镓米波相控阵雷达”的技术核心。至于“氮化镓”,那只是雷达元器件所用的材料,影响性能但不改变基本原理。
最后,为什么要特别讲这个?还是回到开头的话题:不要盲目自大。
这种雷达并非我们独有,国外同类技术早已存在。
例如俄罗斯的59N6-TE Opponent-GE,美国的AN/TPS-80、AN/FPS-117,以色列的EL/M-2090,日本的J/FPS-7等等,都是类似的米波相控阵雷达系统。
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