這個軍用傳感器之王，俄羅斯遲遲造不出來，中國竟然用它來打野豬？

雷達是用電磁波探測目標的電子設備，屬傳感器的一種，因為雷達具有重要的應用價值，目前已經(jīng)發(fā)展成一門自成體系的傳感技術。雷達系統(tǒng)，更是國防感知系統(tǒng)之最。 我國雷達技術屬世界先進水平，我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的比較多的有毫米波雷達、激光雷達、超聲波雷達等。 而文中這個號稱“雷達之王”的設備，是俄羅斯五代機——蘇-57，多次難產(chǎn)的關鍵，曾經(jīng)只有航母和戰(zhàn)斗機上才能用得上的“雷達之王”，如今中國農(nóng)民兄弟正用來監(jiān)控野豬，管理牧場。 中國制造一旦發(fā)力，“雷達之王”也成白菜價，詳情見下文。

被印度嫌棄，蘇-57渴求的“雷達之王”，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250億美元左右，采購俄羅斯研制中的五代機蘇-57，并在合作項目內(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)評估后認為蘇-57戰(zhàn)機隱身性能比美國的要差，航空電子設備，雷達和傳感器不符合第五代戰(zhàn)斗機標準，并正式宣布取消FGFA項目。 而令蘇-57多次難產(chǎn)的一項關鍵技術，就是號稱五代機標配的“雷達之王”——機載有源相控陣雷達技術（AESA），這是一項極為先進的傳感器科技，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。 俄羅斯的首套機載有源相控陣雷達系統(tǒng)，要直到2019年蘇-57戰(zhàn)機正式定型的時候才初步完成——可見“雷達之王”對五代機的影響。即使完成上機，蘇-57戰(zhàn)機配備的N036有源相控陣雷達，其部分關鍵部件，如TR組件設備等，仍受制于西方國家。 軍用機載有源相控陣雷達售價和成本極為昂貴，尤其是從美國、歐洲等強國手中購買。據(jù)媒體披露，美國艦載宙斯盾系統(tǒng)——使用有源相控陣雷達的導彈防御系統(tǒng)，不含導彈每套成本在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)，總售價高達21.5億美元！ 然而，正是這樣號稱“雷達之王”的相控陣雷達，這么先進的傳感器技術，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，國產(chǎn)相控陣雷達這么“白菜”？

一塊充電寶就能用，同時監(jiān)控256個目標！中國民用相控陣雷達技術已經(jīng)白菜價？大疆無人機也搭載！ 此前，有熟悉行業(yè)的博主發(fā)文稱：

不管啥高端技術，被兔子掌握都一個命運：白菜化！你看，相控陣單兵雷達都民用了，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)即被無人機驅(qū)離，簡直是神器。你看看這性能介紹，五到十公里，同時監(jiān)控100個目標。迷你、移動式、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場面監(jiān)視雷達，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雷達產(chǎn)品，據(jù)介紹距離精度小于5m，方位角精度小于0.3°，可同時對256個目標多線程并行追蹤，支持低容量太陽能及鯉電池供能，利于快速部署，雷達發(fā)射功率10瓦，一個充電寶就能帶動。 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。 ? 該民用相控陣雷達覆蓋范圍從半徑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。野豬成群結隊，體型大、移動速度快、攻擊性強、不怕人，成群的野豬對農(nóng)作物影響較大，并且是國家保護動物，相控陣雷達可以同時發(fā)現(xiàn)多個野豬目標，無人機就去驅(qū)離，真正科技改變生活。

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

T50 搭載有源相控陣雷達系統(tǒng)，射頻收發(fā)通道數(shù)量提升一倍，檢測精度更高。配合兩組雙目視覺，可精準描繪地形與障礙物細節(jié)。為進一步保證作業(yè)安全，T50 還配有后相控陣雷達，實現(xiàn) 360 度全向感知與智能繞行，面對大坡度果園，實現(xiàn)全自動仿地作業(yè)。

資料顯示，目前我國民用相控陣雷達產(chǎn)品，已經(jīng)被打到“白菜價”。 搭載相控陣三坐標雷達的探鳥驅(qū)鳥設備，30萬就能拿下。上文中介紹的大疆T50農(nóng)用無人機，整機旗艦版也僅6萬多。 相對于相控陣雷達技術的先進性和成本，民用相控陣雷達產(chǎn)品價格堪稱“白菜”。

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

▲相控陣雷達掃描不同方向動圖

因為一臺相控陣雷達含有多個雷達陣元，就如同一個雷達陣地，因此不僅響應時間短，追蹤精度高，還能同時監(jiān)控多個目標，許多相控陣雷達能夠同時監(jiān)控200個以上的目標，相比傳統(tǒng)雷達優(yōu)勢明顯。 ▲殲10B搭載的有源相控陣雷達，可見密密麻麻的多個雷達陣元 圖片來源：鳳凰軍事 ? 此外，相控陣雷達還分為有源相控陣雷達和無源相控陣雷達。 ? 有源相控陣(AESA)雷達和無源相控陣(PESA)雷達之間的主要區(qū)別在于發(fā)射器的數(shù)量。PESA系統(tǒng)僅有一個中央發(fā)射機和一個接收機，而AESA系統(tǒng)具有多個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頻率而被檢測到的威脅。 簡單來說區(qū)別就是，是否是集中式發(fā)射機（是則為無源陣），陣元后是否有單獨功放器件（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構差別，來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究 ? 有源陣比無源陣難度更大， 整體結構也更復雜，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)實用的有源相控陣陣。技術上來講，有源相控陣技術能做到多目標跟蹤、數(shù)字波束賦形等，是滿足高性能、高生存能力雷達所必需的，亦是降低現(xiàn)代雷達研制生產(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)軍事強國，俄羅斯建設有多個大型、知名的相控陣雷達，但幾乎都是無源相控陣雷達，譬如有“雞窩”雷達、達里亞爾雷達、“伏爾加”雷達和“沃羅涅日”雷達等高性能雷達，通過這些雷達形成對彈道導彈的全方位監(jiān)視。 ▲俄羅斯無源相控陣雷達 ? 在機載雷達方面，俄羅斯最成熟的機載火控雷達是蘇35戰(zhàn)機的雪豹E無源相控陣雷達，如前文介紹，俄羅斯首款機載有源相控陣雷達要到2019年才出來，為什么俄羅斯遲遲做不出有源相控陣雷達？ ? 俄羅斯做不出有源相控陣雷達是因為半導體能力弱？掌握這個半導體材料中國將有源相控陣雷達做成白菜價！ 從上文分析有源相控陣雷達和無源相控陣雷達的主要差別中，提到一個核心部件——T/R組件（發(fā)射/接收組件），有源相控陣雷達有T/R組件，而無源相控陣雷達則沒有。 相關資料顯示，T/R組件的成本占了整個有源相控陣雷達成本的60%左右，是非常關鍵的部件。此外，T/R組件的密集排列，也對其散熱、能耗等提出很高的要求。 進入21世紀，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體產(chǎn)業(yè)的人士近年來應該聽了很多，就是鼎鼎大名的第三代半導體材料，是一種非常堅硬且在機械方面非常穩(wěn)定的寬帶隙半導體材料。 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雷達的首選，這樣雷達能量利用率、功率都會大幅提升。散熱問題也相對弱化。 目前，俄羅斯雖然量產(chǎn)了有源相控陣雷達，但核心的T/R組件仍受制于西方國家。 在T/R組件上，我國氮化鎵等半導體上下游產(chǎn)業(yè)鏈，遠比俄羅斯成熟，擁有一批自主知識產(chǎn)權技術和大量的企業(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)在相控陣雷達T/R組件的產(chǎn)品結構形式開始從“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)模微博制造技術和封裝工藝，來降低相控陣雷達的體積、重量，這也能讓成本進一步降低。

另外，有源相控陣雷達獨立單元眾多，除了優(yōu)秀的天線外，對雷達系統(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，雖然與世界先進水平存在部分差距，但完全能獨立自主研發(fā)。 憑借強大、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雷達，并且將其成本降低，有源相控陣雷達被中國制造打成“白菜價”。 降維打擊！有源相控陣雷達中國民用玩出花，未來在汽車上應用？ 相控陣雷達相比傳統(tǒng)雷達，具有多目標追蹤、靈敏度高、分辨率高等特點，在國防、航空航天等領域已應用多年。 隨著國產(chǎn)相控陣雷達技術的成熟，相控陣雷達也在民用市場展現(xiàn)極高的應用熱度。除了上文中提及的相控陣雷達防控野豬、農(nóng)藥噴灑等應用外，在氣象探測、水利防洪、5G通信等民用領域都有相控陣雷達的身影。 譬如，2020年在北京大興機場使用的C波段相控陣雷達，這是全球首個在民航領域業(yè)務化應用的相控陣天氣雷達。

傳統(tǒng)天氣雷達需要6分鐘才能完成一次的11層體積掃描，該雷達只需要1分鐘就能完成。同時該雷達采用分布式發(fā)射和接收技術，可靠性由常規(guī)雷達的600小時提升至3000小時以上。 此外，該雷達全面提高了地物雜波抑制能力和抗干擾能力和自動化探測能力，能更快、更準確的的發(fā)現(xiàn)雷雨、大風、下?lián)舯┝?、風切變等影響航空安全的危險天氣，在空管氣象危險天氣監(jiān)測中可以發(fā)揮巨大作用。 相比傳統(tǒng)雷達，相控陣天氣雷達妥妥降維打擊。 ▲北京大興機場C波段全數(shù)字有源相控陣氣象雷達進入試運行階段，截圖來源：央視新聞頻道朝聞天下節(jié)目 ? 今年9月份，陜西省文物保護研究院召開了“相控陣雷達在田野文物安防中的應用研究”結項驗收會，論證了相控陣雷達在田野文物保護、打擊文物違法犯罪行為的作用：

據(jù)介紹，相控陣雷達應用于平原大型遺址區(qū)文物安防能夠彌補現(xiàn)有安防系統(tǒng)不足，以低成本，低誤報率實現(xiàn)對田野文物盜竊活動的大范圍、全天候?qū)崟r主動預警。隨著國家加快推進軍用技術向民用領域推廣，民用雷達行業(yè)發(fā)展前景廣闊，將其引入田野文物安防系統(tǒng)開展應用研究在國內(nèi)尚屬首次。該研究為探索新技術在文物保擴中的應用，拓展文物安防技防手段，提升田野文物預防性保護基礎能力提供重要支撐。

▲來源：陜西省文物保護研究院 ? 汽車領域高級輔助駕駛技術日益普及，主要使用攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等實現(xiàn)環(huán)境感知。在激光雷達領域，中國企業(yè)也是同樣憑借強大的中國制造和產(chǎn)業(yè)鏈能力，在降低成本中取得領先，從而推動了國產(chǎn)激光雷達的出貨量。（相關信息參看《出貨量超100000臺，國產(chǎn)大爆發(fā)！》） 目前，已有企業(yè)計劃將相控陣雷達引入汽車中，但傳統(tǒng)相控陣雷達體積龐大，難以直接用于汽車，因此需要開發(fā)全新的材料，將雷達小型化，國外初創(chuàng)MetaWave、Echodyne等正在從事這項工作。 不過基礎的新材料開發(fā)周期漫長，短期內(nèi)車載相控陣雷達恐怕難以實現(xiàn)。 結語 相控陣雷達憑借先進的技術，在性能、精度、多目標跟蹤等許多方面，超越了傳統(tǒng)雷達，并且在國防、航天航空等領域應用廣泛。 我國擁有扎實全面的科技研發(fā)能力，因此能領先俄羅斯等國家實現(xiàn)相控陣雷達的量產(chǎn)，并且與歐美國家相比技術處于先進水平。 此外，中國完善、全面的產(chǎn)業(yè)鏈舉世僅有，只有中國強大的制造能力能將相控陣雷達等先進科技以較低的成本快速民用落地，用領先世界的科技，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