雷达数字化会带来激动人心的前景？

随着正在进行的数字化革命，数字雷达是新体制雷达的前沿。下图说明了从模拟雷达到数字化雷达的演变过程。从最严格的意义上讲，全数字化雷达就是其数字化的过程是从天线元件级别开始的。

下图图展示了这个过程，信号在生成和传输后，经天线单元的接收处理，即生成数字化信号。原则上，该过程简化了发射机和接收机的设计，且仅有极少的模拟信号处理过程，是具备有软件自适应的面向未来先进的功能。

这些先进性将为敏捷自适应波束成型技术提供最大的自由度—每一个构成元素都可能是一个潜在的波束—并在动态范围上线性的增长。但这种构想在天线架构层面存在较大的工程复杂性挑战。

一个配备了有源电路的天线需要相当大的电力，同时也会相应的产生大量的热量需要迅速有效的排除。对于机械扫描天线由于需要供应大量电力、冷却液且每一个天线单元产生的大量数据，使得集流环的设计变得复杂。作为雷达开发人员和用户，应考虑以下几点：

1）任务和性能需求是否需要全数字雷达？

2）是否有负担得起的替代办法？

3）混合架构能否满足日益严峻的需求？

在未来新的雷达应用需求中，设计构型和天线架构将需要越来越小的体积。在可预见的未来，GaN将继续是固体TRMS和AESA的首选半导体材料。下图将GaN与其它Si基和GaAs材料进行了比较，说明了GaN具有更好、更可靠的射频性能的优越的本质特性。

GaN技术和器件的普及表现在对GaN相关产业的持续投资和在蜂窝中的日益广泛的应用上。同时，通信、航天电子和物联网（大量）传感器，使它越来越便宜，并推动不断的创新。

电磁（EM）频谱环境日益拥挤和冲突。随着频谱需求超过可用性，目前的频谱分配策略和做法，例如为保证接入而设定专用频谱频带，可能不再是恰当合适的方式。

同时，作为频率、时间、方向、极化和编码的函数，给定点的实际频谱占用率可能相当低。因此，为了适应日益增长的频谱需求，电磁谱共存可能成为未来的研究范式。

这就要求对频谱占用率的实时感知和对发射信号的控制，使多个信号共存并使信号互扰概率最小化。它要求未来的雷达能够在动态电磁环境中根据先验知识对发射和接收信号进行快速调整和优化，以避免在含噪电磁环境中被侦察发现或保持高性能。这本质上是需要一个认知雷达。

下图显示了在具有挑战性的电磁环境中工作的认知雷达的概念。这就要求该雷达具备实时可编程波形合成能力，因为它不能再依赖预先编程的波形。

在当前雷达运行环境中，几乎没有有利位置来应对日益令人担忧的射频互操作性挑战，而多波段雷达是一个有趣的概念。多波段雷达利用不同频带的物理和固有优势，允许一个系统完成多个任务和任务，而不需要进行性能权衡。

从性能上讲，它是已经交付使用的多功能、多任务雷达的延伸。然而，要将这一概念提升到可靠的能力还面临着技术和工程方面的挑战。目前正在研究和开发多波段天线阵列和功率放大器，为敏捷前端和空间分集设计更快的射频数字电路。

因为对分辨率和精度的要求越来越高，雷达信号带宽和工作频带越来越宽，这些分辨率和精度转换为大量实时数据。数字雷达的信号和数据处理器也产生了大量的高速数据。因此，目前对数据分析（DA）的兴趣也与雷达应用相关。

需要借助机器学习、信息融合和大数据分析等新兴领域的新算法从庞大且看似不相关的数据集中提取信息，以提高目标的自动分类和识别、异常检测，提高设备的可靠性、可用性和可维护性。举几个例子：

自动目标分类、识别和威胁评估—高保真多普勒回波有助于确定目标的动态特性。例如，由于目标的机械振动或旋转而对其回波进行频率调制。通过与其他数据集相关处理（如高保真范围的回波、跟踪器的运动特征），增强对目标特征的分析，以实现自动目标分类、识别和威胁评估。它也有助于理解，以缩短OODA循环。

自动异常检测—在新加坡繁忙的空域和沿海水域，寻找偏离计划路线或预期行为的不对称威胁，对人工操作人员来说是极其繁重的工作。自动异常检测在新加坡尤其引人注目，它可以构成决策支持系统的一部分，以帮助雷达操作员及时决定行动方案。由于空中监视图像系统是一个随着时间推移而变化的动态实体，重复和非重复变化会发生并相互作用，因此机器学习或其等价物可用于连续训练这个系统。

实时健康状态监测—传统的内置测试（或BIT）是被动性的，其性能往往被发现是存在欠缺的。这对于一个全天候工作的雷达来说尤其令人失望的，因为它的可用性需要很高，而停机时间需要很短。LoT传感器和DA可以用于实时健康监测、基于状态的维护和在任何破坏性故障之前进行“及时”干预。它们还集体地协助作出关于人员配备、备件储存和补充的决定。

雷达天线已经从简陋的反射器馈电天线发展到复杂的阵列；需要两个操作员来保证安全操作的体积庞大而笨拙的高功率微波管发射机已经被一本书大小的小型化固态模块所取代，而模拟处理器则由数字处理器取代，数字处理器将继续为雷达创新带来令人兴奋的前景。

虽然雷达设计仍在权衡各方面因素，但技术和创新应用扩大了权衡空间，AESA天线的引入就是一个例子。基于数字的技术开辟了许多以前在基于模拟的技术中不可用的选项。通过利用这些技术，构思并实现了新的雷达使用概念，从而交付了一流的多功能和多任务雷达。

展望未来，各种威胁、地形和电磁环境将日益复杂。同时，射频数字化和DA的革命性进展将为雷达界带来激动人心的前景。

审核编辑 ：李倩