雷達(dá)是用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，屬傳感器的一種，因?yàn)槔走_(dá)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，目前已經(jīng)發(fā)展成一門自成體系的傳感技術(shù)。雷達(dá)系統(tǒng)，更是國防感知系統(tǒng)之最。 我國雷達(dá)技術(shù)屬世界先進(jìn)水平，我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的比較多的有毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等。 而文中這個(gè)號(hào)稱“雷達(dá)之王”的設(shè)備，是俄羅斯五代機(jī)——蘇-57，多次難產(chǎn)的關(guān)鍵，曾經(jīng)只有航母和戰(zhàn)斗機(jī)上才能用得上的“雷達(dá)之王”，如今中國農(nóng)民兄弟正用來監(jiān)控野豬，管理牧場(chǎng)。 中國制造一旦發(fā)力，“雷達(dá)之王”也成白菜價(jià)，詳情見下文。

被印度嫌棄，蘇-57渴求的“雷達(dá)之王”，美國賣日本兩套22億美元，中國農(nóng)民已用它來監(jiān)控野豬！ 早在2010年，俄羅斯和印度簽署協(xié)議，印度將花費(fèi)250億美元左右，采購俄羅斯研制中的五代機(jī)蘇-57，并在合作項(xiàng)目?jī)?nèi)投入不少資金。 到了2018年，多次難產(chǎn)的蘇-57卻被印度嫌棄，印度政府經(jīng)評(píng)估后認(rèn)為蘇-57戰(zhàn)機(jī)隱身性能比美國的要差，航空電子設(shè)備，雷達(dá)和傳感器不符合第五代戰(zhàn)斗機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，并正式宣布取消FGFA項(xiàng)目。 而令蘇-57多次難產(chǎn)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，就是號(hào)稱五代機(jī)標(biāo)配的“雷達(dá)之王”——機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)（AESA），這是一項(xiàng)極為先進(jìn)的傳感器科技，目前世界上只有中國、美國和歐洲等極少數(shù)國家能夠完全掌握。 俄羅斯的首套機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，要直到2019年蘇-57戰(zhàn)機(jī)正式定型的時(shí)候才初步完成——可見“雷達(dá)之王”對(duì)五代機(jī)的影響。即使完成上機(jī)，蘇-57戰(zhàn)機(jī)配備的N036有源相控陣?yán)走_(dá)，其部分關(guān)鍵部件，如TR組件設(shè)備等，仍受制于西方國家。 軍用機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)售價(jià)和成本極為昂貴，尤其是從美國、歐洲等強(qiáng)國手中購買。據(jù)媒體披露，美國艦載宙斯盾系統(tǒng)——使用有源相控陣?yán)走_(dá)的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，不含導(dǎo)彈每套成本在2億美元以上。 2019年，日本從美國手里買了兩套陸基“宙斯盾”系統(tǒng)，總售價(jià)高達(dá)21.5億美元！ 然而，正是這樣號(hào)稱“雷達(dá)之王”的相控陣?yán)走_(dá)，這么先進(jìn)的傳感器技術(shù)，我國農(nóng)民卻已經(jīng)用上了，用來監(jiān)控驅(qū)趕野豬，管理牧場(chǎng)，國產(chǎn)相控陣?yán)走_(dá)這么“白菜”？

一塊充電寶就能用，同時(shí)監(jiān)控256個(gè)目標(biāo)！中國民用相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)已經(jīng)白菜價(jià)？大疆無人機(jī)也搭載！ 此前，有熟悉行業(yè)的博主發(fā)文稱：

不管啥高端技術(shù)，被兔子掌握都一個(gè)命運(yùn)：白菜化！你看，相控陣單兵雷達(dá)都民用了，已經(jīng)被農(nóng)民兄弟拿去監(jiān)控野豬了。這玩意兒配上大疆無人機(jī)使用，野豬一出現(xiàn)即被發(fā)現(xiàn)，一被發(fā)現(xiàn)即被無人機(jī)驅(qū)離，簡(jiǎn)直是神器。你看看這性能介紹，五到十公里，同時(shí)監(jiān)控100個(gè)目標(biāo)。迷你、移動(dòng)式、相控陣、蜂群......這些詞加在一起，隔壁大毛都要饞哭了哦。大毛啊大毛，這可是民品，民用品出口那是不受限制的，你懂的，還不趕緊的出手啊。

? ? 文中提及的S5000場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)，即是我國知名光電傳感器企業(yè)睿創(chuàng)微納發(fā)布的一款民用相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品，據(jù)介紹距離精度小于5m，方位角精度小于0.3°，可同時(shí)對(duì)256個(gè)目標(biāo)多線程并行追蹤，支持低容量太陽能及鯉電池供能，利于快速部署，雷達(dá)發(fā)射功率10瓦，一個(gè)充電寶就能帶動(dòng)。 此外，產(chǎn)品介紹中特別提到，產(chǎn)品的TR組件、有源相控陣等核心部件均為自研，成本可控、供貨可持續(xù)保障。 ? 該民用相控陣?yán)走_(dá)覆蓋范圍從半徑5公里到10公里不等，有懂高科技的農(nóng)民兄弟拿去監(jiān)控野豬。野豬成群結(jié)隊(duì)，體型大、移動(dòng)速度快、攻擊性強(qiáng)、不怕人，成群的野豬對(duì)農(nóng)作物影響較大，并且是國家保護(hù)動(dòng)物，相控陣?yán)走_(dá)可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)多個(gè)野豬目標(biāo)，無人機(jī)就去驅(qū)離，真正科技改變生活。

我國知名無人機(jī)廠商大疆創(chuàng)新，推出的T50農(nóng)業(yè)無人機(jī)，同樣搭載了前后兩組的有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，用于地形感知和農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑：

T50 搭載有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，射頻收發(fā)通道數(shù)量提升一倍，檢測(cè)精度更高。配合兩組雙目視覺，可精準(zhǔn)描繪地形與障礙物細(xì)節(jié)。為進(jìn)一步保證作業(yè)安全，T50 還配有后相控陣?yán)走_(dá)，實(shí)現(xiàn) 360 度全向感知與智能繞行，面對(duì)大坡度果園，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)仿地作業(yè)。

資料顯示，目前我國民用相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品，已經(jīng)被打到“白菜價(jià)”。 搭載相控陣三坐標(biāo)雷達(dá)的探鳥驅(qū)鳥設(shè)備，30萬就能拿下。上文中介紹的大疆T50農(nóng)用無人機(jī)，整機(jī)旗艦版也僅6萬多。 相對(duì)于相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的先進(jìn)性和成本，民用相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)品價(jià)格堪稱“白菜”。

相控陣?yán)走_(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)有什么不同？無源相控陣?yán)走_(dá)與有源相控陣?yán)走_(dá)有什么區(qū)別？為什么俄羅斯遲遲難以做出來？ 小學(xué)課本上提到，雷達(dá)的發(fā)明靈感來自于蝙蝠，蝙蝠通過超聲波回聲定位來識(shí)別目標(biāo)和避開障礙物。 雷達(dá)的原理類似，但發(fā)射的聲波升級(jí)到電磁波——速度更快、頻率更多、范圍更遠(yuǎn)。 傳統(tǒng)雷達(dá)經(jīng)常在電視或者影片中出現(xiàn)，傳統(tǒng)雷達(dá)發(fā)射電磁波的角度小、盲區(qū)大，因此需要通過機(jī)械式的快速搖動(dòng)來進(jìn)行掃描，但這樣總有時(shí)間差，偵查能力在機(jī)動(dòng)性越來越強(qiáng)的現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)面前已經(jīng)不夠用了。 ▲傳統(tǒng)雷達(dá)工作動(dòng)圖 ? 相控陣?yán)走_(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)的區(qū)別是，絕大多數(shù)相控陣?yán)走_(dá)都是不動(dòng)的，既然不動(dòng)，那相控陣?yán)走_(dá)如何多角度掃描目標(biāo)呢？ ? 答案是，相控陣?yán)走_(dá)不是一個(gè)雷達(dá)，而是許多小號(hào)傳統(tǒng)雷達(dá)的集合體，里面每一個(gè)小號(hào)傳統(tǒng)雷達(dá)就是一個(gè)陣元。每一個(gè)陣元都是獨(dú)立控制的，它們既能獨(dú)立發(fā)射雷達(dá)波，也能接收雷達(dá)波的回波信號(hào)。 ▲相控陣?yán)走_(dá)工作動(dòng)圖 ? 那么相控陣?yán)走_(dá)如何控制掃描方向呢？顧名思義，“相控陣”就是控制每個(gè)陣元產(chǎn)生電磁波的相位與幅度，以此強(qiáng)化電磁波在指定方向上的強(qiáng)度，并壓抑其他方向的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)讓電磁波束的方向發(fā)生改變。

▲相控陣?yán)走_(dá)掃描不同方向動(dòng)圖

因?yàn)橐慌_(tái)相控陣?yán)走_(dá)含有多個(gè)雷達(dá)陣元，就如同一個(gè)雷達(dá)陣地，因此不僅響應(yīng)時(shí)間短，追蹤精度高，還能同時(shí)監(jiān)控多個(gè)目標(biāo)，許多相控陣?yán)走_(dá)能夠同時(shí)監(jiān)控200個(gè)以上的目標(biāo)，相比傳統(tǒng)雷達(dá)優(yōu)勢(shì)明顯。 ▲殲10B搭載的有源相控陣?yán)走_(dá)，可見密密麻麻的多個(gè)雷達(dá)陣元 圖片來源：鳳凰軍事 ? 此外，相控陣?yán)走_(dá)還分為有源相控陣?yán)走_(dá)和無源相控陣?yán)走_(dá)。 ? 有源相控陣(AESA)雷達(dá)和無源相控陣(PESA)雷達(dá)之間的主要區(qū)別在于發(fā)射器的數(shù)量。PESA系統(tǒng)僅有一個(gè)中央發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，而AESA系統(tǒng)具有多個(gè)TRM，這允許更高的可靠性、更小的尺寸和重量，以及更低的由于使用多個(gè)頻率而被檢測(cè)到的威脅。 簡(jiǎn)單來說區(qū)別就是，是否是集中式發(fā)射機(jī)（是則為無源陣），陣元后是否有單獨(dú)功放器件（是則為有源陣），是否采用了T/R組件等（是則為有源陣）。 ▲無源相控陣和有源相控陣結(jié)構(gòu)差別，來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究 ? 有源陣比無源陣難度更大， 整體結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，這也是為何相控陣早期以無源相控陣陣為主，后來才逐漸出現(xiàn)實(shí)用的有源相控陣陣。技術(shù)上來講，有源相控陣技術(shù)能做到多目標(biāo)跟蹤、數(shù)字波束賦形等，是滿足高性能、高生存能力雷達(dá)所必需的，亦是降低現(xiàn)代雷達(dá)研制生產(chǎn)成本的重要途徑?。 ? ▲來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究 ? 眾所周知，俄羅斯是傳統(tǒng)軍事強(qiáng)國，俄羅斯建設(shè)有多個(gè)大型、知名的相控陣?yán)走_(dá)，但幾乎都是無源相控陣?yán)走_(dá)，譬如有“雞窩”雷達(dá)、達(dá)里亞爾雷達(dá)、“伏爾加”雷達(dá)和“沃羅涅日”雷達(dá)等高性能雷達(dá)，通過這些雷達(dá)形成對(duì)彈道導(dǎo)彈的全方位監(jiān)視。 ▲俄羅斯無源相控陣?yán)走_(dá) ? 在機(jī)載雷達(dá)方面，俄羅斯最成熟的機(jī)載火控雷達(dá)是蘇35戰(zhàn)機(jī)的雪豹E無源相控陣?yán)走_(dá)，如前文介紹，俄羅斯首款機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)要到2019年才出來，為什么俄羅斯遲遲做不出有源相控陣?yán)走_(dá)？ ? 俄羅斯做不出有源相控陣?yán)走_(dá)是因?yàn)?a target="_blank">半導(dǎo)體能力弱？掌握這個(gè)半導(dǎo)體材料中國將有源相控陣?yán)走_(dá)做成白菜價(jià)！ 從上文分析有源相控陣?yán)走_(dá)和無源相控陣?yán)走_(dá)的主要差別中，提到一個(gè)核心部件——T/R組件（發(fā)射/接收組件），有源相控陣?yán)走_(dá)有T/R組件，而無源相控陣?yán)走_(dá)則沒有。 相關(guān)資料顯示，T/R組件的成本占了整個(gè)有源相控陣?yán)走_(dá)成本的60%左右，是非常關(guān)鍵的部件。此外，T/R組件的密集排列，也對(duì)其散熱、能耗等提出很高的要求。 進(jìn)入21世紀(jì)，T/R組件的主要材料從砷化鎵（GaAs）向氮化鎵（GaN）轉(zhuǎn)變。

氮化鎵想必熟悉半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的人士近年來應(yīng)該聽了很多，就是鼎鼎大名的第三代半導(dǎo)體材料，是一種非常堅(jiān)硬且在機(jī)械方面非常穩(wěn)定的寬帶隙半導(dǎo)體材料。 與砷化鎵相比，氮化鎵器件具備功率大、高頻性能好、效率高，成本還低30％，是新一代有源相控陣?yán)走_(dá)的首選，這樣雷達(dá)能量利用率、功率都會(huì)大幅提升。散熱問題也相對(duì)弱化。 目前，俄羅斯雖然量產(chǎn)了有源相控陣?yán)走_(dá)，但核心的T/R組件仍受制于西方國家。 在T/R組件上，我國氮化鎵等半導(dǎo)體上下游產(chǎn)業(yè)鏈，遠(yuǎn)比俄羅斯成熟，擁有一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)和大量的企業(yè)，像許多快充充電器，用的也都是氮化鎵材料，通過量產(chǎn)攤薄成本是現(xiàn)代工業(yè)的最顯著特征。 因此，中國成熟的產(chǎn)業(yè)鏈大大降低氮化鎵材料的成本。此外，現(xiàn)在相控陣?yán)走_(dá)T/R組件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式開始從“磚塊式”發(fā)展為“瓦片式”。 “瓦片式”的好處在于，它能減少印制電路板和連接器的數(shù)量，并能通過大規(guī)模微博制造技術(shù)和封裝工藝，來降低相控陣?yán)走_(dá)的體積、重量，這也能讓成本進(jìn)一步降低。

另外，有源相控陣?yán)走_(dá)獨(dú)立單元眾多，除了優(yōu)秀的天線外，對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的芯片處理能力、軟件算法能力、操作系統(tǒng)等等，都有極高的要求，顯然俄羅斯在這些方面存在明顯短板。 在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上，我國在芯片、算法、系統(tǒng)等各方面均有積累，雖然與世界先進(jìn)水平存在部分差距，但完全能獨(dú)立自主研發(fā)。 憑借強(qiáng)大、完善的產(chǎn)業(yè)鏈和制造能力，中國能夠憑借自己的能力制造有源相控陣?yán)走_(dá)，并且將其成本降低，有源相控陣?yán)走_(dá)被中國制造打成“白菜價(jià)”。 降維打擊！有源相控陣?yán)走_(dá)中國民用玩出花，未來在汽車上應(yīng)用？ 相控陣?yán)走_(dá)相比傳統(tǒng)雷達(dá)，具有多目標(biāo)追蹤、靈敏度高、分辨率高等特點(diǎn)，在國防、航空航天等領(lǐng)域已應(yīng)用多年。 隨著國產(chǎn)相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的成熟，相控陣?yán)走_(dá)也在民用市場(chǎng)展現(xiàn)極高的應(yīng)用熱度。除了上文中提及的相控陣?yán)走_(dá)防控野豬、農(nóng)藥噴灑等應(yīng)用外，在氣象探測(cè)、水利防洪、5G通信等民用領(lǐng)域都有相控陣?yán)走_(dá)的身影。 譬如，2020年在北京大興機(jī)場(chǎng)使用的C波段相控陣?yán)走_(dá)，這是全球首個(gè)在民航領(lǐng)域業(yè)務(wù)化應(yīng)用的相控陣天氣雷達(dá)。

傳統(tǒng)天氣雷達(dá)需要6分鐘才能完成一次的11層體積掃描，該雷達(dá)只需要1分鐘就能完成。同時(shí)該雷達(dá)采用分布式發(fā)射和接收技術(shù)，可靠性由常規(guī)雷達(dá)的600小時(shí)提升至3000小時(shí)以上。 此外，該雷達(dá)全面提高了地物雜波抑制能力和抗干擾能力和自動(dòng)化探測(cè)能力，能更快、更準(zhǔn)確的的發(fā)現(xiàn)雷雨、大風(fēng)、下?lián)舯┝鳌L(fēng)切變等影響航空安全的危險(xiǎn)天氣，在空管氣象危險(xiǎn)天氣監(jiān)測(cè)中可以發(fā)揮巨大作用。 相比傳統(tǒng)雷達(dá)，相控陣天氣雷達(dá)妥妥降維打擊。 ▲北京大興機(jī)場(chǎng)C波段全數(shù)字有源相控陣氣象雷達(dá)進(jìn)入試運(yùn)行階段，截圖來源：央視新聞?lì)l道朝聞天下節(jié)目 ? 今年9月份，陜西省文物保護(hù)研究院召開了“相控陣?yán)走_(dá)在田野文物安防中的應(yīng)用研究”結(jié)項(xiàng)驗(yàn)收會(huì)，論證了相控陣?yán)走_(dá)在田野文物保護(hù)、打擊文物違法犯罪行為的作用：

據(jù)介紹，相控陣?yán)走_(dá)應(yīng)用于平原大型遺址區(qū)文物安防能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有安防系統(tǒng)不足，以低成本，低誤報(bào)率實(shí)現(xiàn)對(duì)田野文物盜竊活動(dòng)的大范圍、全天候?qū)崟r(shí)主動(dòng)預(yù)警。隨著國家加快推進(jìn)軍用技術(shù)向民用領(lǐng)域推廣，民用雷達(dá)行業(yè)發(fā)展前景廣闊，將其引入田野文物安防系統(tǒng)開展應(yīng)用研究在國內(nèi)尚屬首次。該研究為探索新技術(shù)在文物保擴(kuò)中的應(yīng)用，拓展文物安防技防手段，提升田野文物預(yù)防性保護(hù)基礎(chǔ)能力提供重要支撐。

▲來源：陜西省文物保護(hù)研究院 ? 汽車領(lǐng)域高級(jí)輔助駕駛技術(shù)日益普及，主要使用攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知。在激光雷達(dá)領(lǐng)域，中國企業(yè)也是同樣憑借強(qiáng)大的中國制造和產(chǎn)業(yè)鏈能力，在降低成本中取得領(lǐng)先，從而推動(dòng)了國產(chǎn)激光雷達(dá)的出貨量。（相關(guān)信息參看《出貨量超100000臺(tái)，國產(chǎn)大爆發(fā)！》） 目前，已有企業(yè)計(jì)劃將相控陣?yán)走_(dá)引入汽車中，但傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)體積龐大，難以直接用于汽車，因此需要開發(fā)全新的材料，將雷達(dá)小型化，國外初創(chuàng)MetaWave、Echodyne等正在從事這項(xiàng)工作。 不過基礎(chǔ)的新材料開發(fā)周期漫長，短期內(nèi)車載相控陣?yán)走_(dá)恐怕難以實(shí)現(xiàn)。 結(jié)語 相控陣?yán)走_(dá)憑借先進(jìn)的技術(shù)，在性能、精度、多目標(biāo)跟蹤等許多方面，超越了傳統(tǒng)雷達(dá)，并且在國防、航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 我國擁有扎實(shí)全面的科技研發(fā)能力，因此能領(lǐng)先俄羅斯等國家實(shí)現(xiàn)相控陣?yán)走_(dá)的量產(chǎn)，并且與歐美國家相比技術(shù)處于先進(jìn)水平。 此外，中國完善、全面的產(chǎn)業(yè)鏈舉世僅有，只有中國強(qiáng)大的制造能力能將相控陣?yán)走_(dá)等先進(jìn)科技以較低的成本快速民用落地，用領(lǐng)先世界的科技，造親民接地氣的產(chǎn)品，大概也只有中國做得到吧。

審核編輯 黃宇