摘要：首先要说的一件事，也是一个老生常谈的事情，就是军迷真的没必要盲目自大。我们在军事领域中并没有真的“遥遥领先”，有的时候只是一些生活中不常见的名词出现在武器装备上，就就能触动某些人的嗨点，不由自主的颅内高了那么一下。但如果是真的打起仗来，这种想法注定是要吃大亏的

首先要说的一件事，也是一个老生常谈的事情，就是军迷真的没必要盲目自大。我们在军事领域中并没有真的“遥遥领先”，有的时候只是一些生活中不常见的名词出现在武器装备上，就就能触动某些人的嗨点，不由自主的颅内高了那么一下。但如果是真的打起仗来，这种想法注定是要吃大亏的。

最近盘点一下，让军迷自嗨的一个词汇叫做“三坐标氮化镓米波相控阵雷达”。

在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国家科技进步奖二等奖。

但是，咱们得说一点泼冷水的话，这只是2016年评选出的120个国家科学技术进步奖二等奖之中的一个，而且是一个“二等奖”。

如何看待这个奖项呢？就像说一个人很牛，不能凭空的说，又找不到具体的事情的时候就得看这个人身边的朋友了。“2016年国家科学技术进步奖”的这个赛道中，特等奖颁给了TD-LTE，也就是中国移动的4G电话技术。一等奖颁发给了“北京正负电子对撞机重大改造工程”，获奖者是中国科学院高能物理研究所，还有一个一等奖颁发给了“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——其实就是一个8AT汽车变速箱……在二等奖的获奖名单中甚至包括《全民健康十万个为什么》系列丛书……

我们得明白，这个奖项的含金量远没有很多人以为的那么高。2016年，国家科学技术进步奖二等奖一共有整整120个，平均到全国各个行业和系统，几乎是“只要有单位，排队都能分一个”。这不是贬低科技人员的努力，而是提醒我们这个奖项的“评比门槛”并不等同于国际一流科研成果的认证。为什么会这样？是因为我们的国家太大了，行业太多了，“国家科学技术进步奖”并不是真正意义上的顶尖科研比拼，而更像是一种“行业内进步达标”的表彰制度。只要你在原有的基础上取得了进步，有成果，有推广，有效益，就有可能获得一个进步奖。这种制度有它的合理性，但不能误读为“谁获奖谁就在世界上遥遥领先”。当然，也不能过于冲动的认为8档AT汽车变速箱要比咱们的国之重器米波雷达还牛。

反而，基于38所三坐标米波雷达的技术，在2023年度中国电子学会科学技术奖的自然科学二等奖的“空间机动目标雷达认知成像与识别关键技术及应用”，对于雷达专业领域来说含金量就更大了！

以上是背景信息，惊不惊喜？意不意外？奇不奇怪？提一些可能大家不太关心的背景信息实际上就是为了让大家能清楚的认识我们自己。也同样要清晰的看待每一件武器装备和技术。

那么，现在我们要开始讨论技术了。

首先，客观的来说，米波雷达并不是一个先进的技术。

米波——波长1米左右，频率几十到几百MHz，早在冷战初期就是各国雷达系统的“第一代波段”。它的优点很明确：波长长，衍射强，抗遮蔽能力强，不容易被隐身战机规避。而缺点也一清二楚：分辨率低，设备庞大，抗干扰能力差，测角不精。

注意看上面的这张图片，这是早期典型的米波雷达，很重要的特点是雷达天线使用了“八木-宇田”天线阵列。名字虽然很高大上，但这个东西在某一时期特别常见：

在早早年间，有线电视还不普及的时候，很多居民接受电视信号都会在房顶上放置这种天线。用以接受电视甚高频（VHF）无线电信号。

这种天线主要由一个有源振子进行驱动、一个反射器和多个引向器组成，通过计算合理的尺寸设计和排列，实现对电磁波的定向发射和接收，从而提高信号强度和方向性。

在二战末期直至冷战中期，这种雷达由于结构简单、轻便，同时只需要大功率电子管和简单的分立元件就可以驱动起来。所以无论是前苏联的“П-12”、我们仿制的“602”、“603”，还是更早的美制SCR系列雷达，几乎都采用了这一技术路线。

“抗遮蔽强”这一米波的优势又给这种雷达真正实际上的优势。简单说一下：米波段波长在0.3米至1.5米之间，具有极强的绕射能力，在面对丘陵、建筑甚至低空飞行目标时，不容易出现电磁“阴影”区；对对地波/天波传播能力远优于厘米波/毫米波，可以在低天线高度下实现超视距探测。同时，二战中期开始，随着轰炸机群、巡航导弹的出现，“低空突防”逐渐成为空袭主流战术，恰恰也成了这种雷达的用武之地。

但是，米波雷达精度差！以П-12雷达为例，距离精度大约为1-5公里，方向角精度最高也在3˚以下。这也是为什么很多人说米波雷达精度差的基本原因。如果只说上面两个数字，精度差到哪种程度大家还很难建立概念。看装备！

这东西只能作为警戒雷达使用，而无法指示目标，因此在指引火力的用途上往往是和探照灯相互配合的，用雷达大致的确定某一个空域上有可疑目标，再打开探照灯去搜索并确认这个目标真实的存在。

那么为什么米波雷达的精度低？这是和当时的技术相关的。雷达的角分辨率 ≈ 波长 / 天线孔径，米波波长长（0.3–1.5米），你就得配个几十米的大天线才有可能和厘米波抗衡；距离分辨率 ≈ c / (2 × 脉冲带宽)，而带宽又 ≈ 发射频率范围，米波雷达频率低、带宽窄，所以脉冲宽度很难做得很短，也就测不出细微的目标距离差异，这就是为什么米波雷达精度低的根本原因。

当然了，这一切都是集中在模拟信号雷达的时代。雷达以一个固定的时间间隔发送一个无线电脉冲，接收到目标回波后计算。当时的技术也是自洽的，和雷达旋转角度相同的频率被输入到模拟显示屏的偏转线圈上：

经过滤波器的回波信号的高电平也就可以直接在屏幕上投影：

也就可以方便的看到来袭目标的预警信息了。

但随着数字技术的不断发展，米波雷达的这种工作形式就不方便了，逐渐被分辨率更高精度更高的厘米波（3–30 GHz）毫米（30–300 GHz）波雷达所取代。先天的劣势让米波雷达在方向角精度、距离分辨率、抗干扰能力上全面落后。特别是在精确制导、拦截控制领域，米波雷达基本无法胜任——这个时间就来到了上世纪80-90年代，米波雷达就成了落后的装备。而以S波段（2–4 GHz）、X波段（8–12 GHz）为主的高频雷达系统成为主力，特别是海军舰载与空中预警系统的核心。

然而，这个时间点上又“变天”了！——隐身飞机出现了！

针对于S波段和X波段的雷达波，隐身飞机可以通过特有的扁平机身表面设计折射雷达波到另一个方向上。

这就导致了雷达可以接收到的有效回波强度大幅度减少。当年大部分军用雷达就很难探测到隐身飞机了。

那么米波是不是对隐身飞机先天就有探测能力呢？答案是肯定的。

隐身飞机之所以能“隐身”，本质上是对高频雷达波段（尤其是X波段、Ku波段）进行反射方向控制和吸收处理。这些处理手段主要包括：表面反射控制，通过斜面、倒角、复合曲率等外形设计，使雷达波入射后以非直线反射路径散射出去，避免回波返回雷达接收器；雷达吸波材料，对于波长在几厘米以内的高频波，材料吸收效率较高，能显著减少返回的电磁能量；边缘衍射干预，特定位置的倒角和形状设计能削弱边缘散射效应，进一步压低RCS。但是，上述措施全都建立在一个前提下：雷达波长远小于飞机尺寸（典型战机长度10–20米，X波段波长2.5–3.75厘米）。在这样的比例下，飞机可以“操控”雷达波的反射路径。

而米波，恰恰打破了这一比例关系。

米波的波长在0.7米到1.5米之间，接近甚至超过飞机的部分结构尺寸，比如垂尾、高度、主翼后掠段等。于是出现以下几个“隐身失效”的现象：电磁共振散射，米波波长与机体结构相当，会激发雷达反射的结构共振，RCS反而上升；绕射增强效应，波长越长，电磁波的绕射能力越强，越容易在飞机背后、侧后、侧前形成强反射角，即使飞机“躲避”雷达波，也会被绕回来；吸波材料失效，RAM材料在米波段的吸收性能极差，甚至可以被视为“透明体”；雷达反射模型失效，原本用于建模的“几何光学模型”在米波下适用性下降，隐身飞机的散射行为变得难以预测，也难以规避。

别高兴太早！纵使米波雷达在探测隐身飞机的可能性上更大，但是并没有因为它能“看到”隐身飞机而让人不去忽略掉它的固有缺点。虽然在世界上有米波雷达指引导弹击落隐身飞机的战例，但那次实战成绩其实是“撞大运”。如果不能解决米波自身的缺陷，那么米波雷达依旧是不可用的。

再来看我们新的米波雷达：

密密麻麻的发射单元已经和之前的几根“八木-宇田”天线不一样了。

很多人就会脱口而出——相控阵雷达。然后想到波束赋形技术：

依靠给编每个不同发射单元的信号相位通过无线电波的干涉衍射改变最终的波束方向。但这仅仅是相控阵雷达的一个最基本的入门技术，解决的仅仅是雷达天线不用旋转来扫描更大区域的问题——并不能解决米波雷达的精度问题。

首先简单的说波束成型，这是一个算法问题。无论是有源还是无源相控阵雷达，上面都密密麻麻布满了发射接收单元

我们可以构造一个M X N 个阵元的天线阵列（M行、N列）：

这时候，我们就可以构建出一个方向向量：

然后对所有方向进行“加权叠加”，输出功率最大的位置就是目标方向。

通过数学方法简化计算：

在电路上就可以依靠DSP的加法器和乘法器进行快速的计算。

从而高效的控制相控阵雷达的阵列雷达波发射和接收指向。

又因为m₁ X n₁ 是大阵列（MXN）的子集，我们就可以通过给 m₁ X n₁ 独特的相位参数让m₁ X n₁这个子阵列和主要的阵列指向不同——这就是为什么一个高端的相控阵雷达可以在搜索的同时再同时跟踪十几个目标的原因了。

米波雷达利用相控阵技术进行信号发送和接收也就是解决了“指向”问题，但是对探测精度是没有任何改善的。

那么如何改善精度问题呢？这里就得引入一个相控阵雷达系统的先天优势了。

这是一个传统的雷达波波形，我们可以看到在探测到信号的时候雷达会接收到一个很明显的尖峰信号（这是一个15公里外的回波）。

但是，如果我们在发射这个雷达波的时候通过相控阵发射单元叠加添料呢？例如让不同的发射单元之间有一些特定算法生成的频率抖动，并适当延长脉冲发射时间。那么我们就可以得到这样的雷达回波：

通过这个回波之间两个尖峰的位置的相位差，我们就可以修正米波雷达的精度。这样就可以把米波雷达的10公里级别的精度显著的降低为几十米。针对于一架隐身飞机来说，这个精度差不多就是一个机位，显然已经足够了。

再通过编码技术我们还可以得到这样的信号：

可以很明显的看到信号中的黄线，没错，这就是多普勒效应带来的信号偏转，可以依据多普勒效应在编码中的修正计算得出目标的速度信息。

再经过多路信号的叠加，我们就可以把信号从二维转化为三维：

这样就得到了目标的方位角、俯仰角和距离，也就是“三坐标”。

当然了，这是在说天空中只有一个目标的情况下，那么如果有多个目标呢？Music算法登场，这不是“音乐的意思”，而是“多重信号分类算法”（Multiple Signal Classification），这个算法即便是目标距离很近，也可以不受到影响进行独立区分：

算法层面的东西其实都挺简单的，例如Music的源码如果写个演示程序就是这么几行：

其实到这里，你就已经完全了解到了最新的“三坐标氮化镓米波相控阵雷达”的技术核心，至于“氮化镓”，那只是元件的材料，和性能有关与原理无关。

最后要聊聊咱们今天为什么要说这件事呢？还是一开始的话——别自大！

这种雷达并不是咱们自己独有的。

这是俄罗斯的59N6-TE Opponent-GE

这是美国的AN/TPS-80

AN/FPS-117

以色列的EL/M-2090

日本的J/FPS-7

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来源：军武数据库