隨著正在進(jìn)行的數(shù)字化革命，數(shù)字雷達(dá)是新體制雷達(dá)的前沿。下圖說(shuō)明了從模擬雷達(dá)到數(shù)字化雷達(dá)的演變過(guò)程。從最嚴(yán)格的意義上講，全數(shù)字化雷達(dá)就是其數(shù)字化的過(guò)程是從天線元件級(jí)別開(kāi)始的。

下圖圖展示了這個(gè)過(guò)程，信號(hào)在生成和傳輸后，經(jīng)天線單元的接收處理，即生成數(shù)字化信號(hào)。原則上，該過(guò)程簡(jiǎn)化了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)，且僅有極少的模擬信號(hào)處理過(guò)程，是具備有軟件自適應(yīng)的面向未來(lái)先進(jìn)的功能。

這些先進(jìn)性將為敏捷自適應(yīng)波束成型技術(shù)提供最大的自由度—每一個(gè)構(gòu)成元素都可能是一個(gè)潛在的波束—并在動(dòng)態(tài)范圍上線性的增長(zhǎng)。但這種構(gòu)想在天線架構(gòu)層面存在較大的工程復(fù)雜性挑戰(zhàn)。

一個(gè)配備了有源電路的天線需要相當(dāng)大的電力，同時(shí)也會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生大量的熱量需要迅速有效的排除。對(duì)于機(jī)械掃描天線由于需要供應(yīng)大量電力、冷卻液且每一個(gè)天線單元產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，使得集流環(huán)的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。作為雷達(dá)開(kāi)發(fā)人員和用戶，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）任務(wù)和性能需求是否需要全數(shù)字雷達(dá)？

2）是否有負(fù)擔(dān)得起的替代辦法？

3）混合架構(gòu)能否滿足日益嚴(yán)峻的需求？

在未來(lái)新的雷達(dá)應(yīng)用需求中，設(shè)計(jì)構(gòu)型和天線架構(gòu)將需要越來(lái)越小的體積。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，GaN將繼續(xù)是固體TRMS和AESA的首選半導(dǎo)體材料。下圖將GaN與其它Si基和GaAs材料進(jìn)行了比較，說(shuō)明了GaN具有更好、更可靠的射頻性能的優(yōu)越的本質(zhì)特性。

GaN技術(shù)和器件的普及表現(xiàn)在對(duì)GaN相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)投資和在蜂窩中的日益廣泛的應(yīng)用上。同時(shí)，通信、航天電子和物聯(lián)網(wǎng)（大量）傳感器，使它越來(lái)越便宜，并推動(dòng)不斷的創(chuàng)新。

電磁（EM）頻譜環(huán)境日益擁擠和沖突。隨著頻譜需求超過(guò)可用性，目前的頻譜分配策略和做法，例如為保證接入而設(shè)定專用頻譜頻帶，可能不再是恰當(dāng)合適的方式。

同時(shí)，作為頻率、時(shí)間、方向、極化和編碼的函數(shù)，給定點(diǎn)的實(shí)際頻譜占用率可能相當(dāng)?shù)汀Ｒ虼?，為了適應(yīng)日益增長(zhǎng)的頻譜需求，電磁譜共存可能成為未來(lái)的研究范式。

這就要求對(duì)頻譜占用率的實(shí)時(shí)感知和對(duì)發(fā)射信號(hào)的控制，使多個(gè)信號(hào)共存并使信號(hào)互擾概率最小化。它要求未來(lái)的雷達(dá)能夠在動(dòng)態(tài)電磁環(huán)境中根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)對(duì)發(fā)射和接收信號(hào)進(jìn)行快速調(diào)整和優(yōu)化，以避免在含噪電磁環(huán)境中被偵察發(fā)現(xiàn)或保持高性能。這本質(zhì)上是需要一個(gè)認(rèn)知雷達(dá)。

下圖顯示了在具有挑戰(zhàn)性的電磁環(huán)境中工作的認(rèn)知雷達(dá)的概念。這就要求該雷達(dá)具備實(shí)時(shí)可編程波形合成能力，因?yàn)樗荒茉僖蕾囶A(yù)先編程的波形。

在當(dāng)前雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境中，幾乎沒(méi)有有利位置來(lái)應(yīng)對(duì)日益令人擔(dān)憂的射頻互操作性挑戰(zhàn)，而多波段雷達(dá)是一個(gè)有趣的概念。多波段雷達(dá)利用不同頻帶的物理和固有優(yōu)勢(shì)，允許一個(gè)系統(tǒng)完成多個(gè)任務(wù)和任務(wù)，而不需要進(jìn)行性能權(quán)衡。

從性能上講，它是已經(jīng)交付使用的多功能、多任務(wù)雷達(dá)的延伸。然而，要將這一概念提升到可靠的能力還面臨著技術(shù)和工程方面的挑戰(zhàn)。目前正在研究和開(kāi)發(fā)多波段天線陣列和功率放大器，為敏捷前端和空間分集設(shè)計(jì)更快的射頻數(shù)字電路。

因?yàn)閷?duì)分辨率和精度的要求越來(lái)越高，雷達(dá)信號(hào)帶寬和工作頻帶越來(lái)越寬，這些分辨率和精度轉(zhuǎn)換為大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)字雷達(dá)的信號(hào)和數(shù)據(jù)處理器也產(chǎn)生了大量的高速數(shù)據(jù)。因此，目前對(duì)數(shù)據(jù)分析（DA）的興趣也與雷達(dá)應(yīng)用相關(guān)。

需要借助機(jī)器學(xué)習(xí)、信息融合和大數(shù)據(jù)分析等新興領(lǐng)域的新算法從龐大且看似不相關(guān)的數(shù)據(jù)集中提取信息，以提高目標(biāo)的自動(dòng)分類和識(shí)別、異常檢測(cè)，提高設(shè)備的可靠性、可用性和可維護(hù)性。舉幾個(gè)例子：

自動(dòng)目標(biāo)分類、識(shí)別和威脅評(píng)估—高保真多普勒回波有助于確定目標(biāo)的動(dòng)態(tài)特性。例如，由于目標(biāo)的機(jī)械振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)而對(duì)其回波進(jìn)行頻率調(diào)制。通過(guò)與其他數(shù)據(jù)集相關(guān)處理（如高保真范圍的回波、跟蹤器的運(yùn)動(dòng)特征），增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)特征的分析，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目標(biāo)分類、識(shí)別和威脅評(píng)估。它也有助于理解，以縮短O(píng)ODA循環(huán)。

自動(dòng)異常檢測(cè)—在新加坡繁忙的空域和沿海水域，尋找偏離計(jì)劃路線或預(yù)期行為的不對(duì)稱威脅，對(duì)人工操作人員來(lái)說(shuō)是極其繁重的工作。自動(dòng)異常檢測(cè)在新加坡尤其引人注目，它可以構(gòu)成決策支持系統(tǒng)的一部分，以幫助雷達(dá)操作員及時(shí)決定行動(dòng)方案。由于空中監(jiān)視圖像系統(tǒng)是一個(gè)隨著時(shí)間推移而變化的動(dòng)態(tài)實(shí)體，重復(fù)和非重復(fù)變化會(huì)發(fā)生并相互作用，因此機(jī)器學(xué)習(xí)或其等價(jià)物可用于連續(xù)訓(xùn)練這個(gè)系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)—傳統(tǒng)的內(nèi)置測(cè)試（或BIT）是被動(dòng)性的，其性能往往被發(fā)現(xiàn)是存在欠缺的。這對(duì)于一個(gè)全天候工作的雷達(dá)來(lái)說(shuō)尤其令人失望的，因?yàn)樗目捎眯孕枰芨?，而停機(jī)時(shí)間需要很短。LoT傳感器和DA可以用于實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)、基于狀態(tài)的維護(hù)和在任何破壞性故障之前進(jìn)行“及時(shí)”干預(yù)。它們還集體地協(xié)助作出關(guān)于人員配備、備件儲(chǔ)存和補(bǔ)充的決定。

雷達(dá)天線已經(jīng)從簡(jiǎn)陋的反射器饋電天線發(fā)展到復(fù)雜的陣列；需要兩個(gè)操作員來(lái)保證安全操作的體積龐大而笨拙的高功率微波管發(fā)射機(jī)已經(jīng)被一本書(shū)大小的小型化固態(tài)模塊所取代，而模擬處理器則由數(shù)字處理器取代，數(shù)字處理器將繼續(xù)為雷達(dá)創(chuàng)新帶來(lái)令人興奮的前景。

雖然雷達(dá)設(shè)計(jì)仍在權(quán)衡各方面因素，但技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用擴(kuò)大了權(quán)衡空間，AESA天線的引入就是一個(gè)例子。基于數(shù)字的技術(shù)開(kāi)辟了許多以前在基于模擬的技術(shù)中不可用的選項(xiàng)。通過(guò)利用這些技術(shù)，構(gòu)思并實(shí)現(xiàn)了新的雷達(dá)使用概念，從而交付了一流的多功能和多任務(wù)雷達(dá)。

展望未來(lái)，各種威脅、地形和電磁環(huán)境將日益復(fù)雜。同時(shí)，射頻數(shù)字化和DA的革命性進(jìn)展將為雷達(dá)界帶來(lái)激動(dòng)人心的前景。

審核編輯 ：李倩