相控阵雷达的历史

相控阵雷达天线的理论出现于20世纪30年代,其后由于受微波器件的制约发展较为缓慢，直到二次世界大战初期美国海军研制成功了首部相控阵雷达线，但由于移相器件控制速度慢，与机械扫描雷达天线相比没有优势。

直到20世纪50年代后期，由于对d道导d等髙速进攻性武器的防御和空间各种军事卫星的探测、监视和跟踪的要求，以及计算机技术、铁氧体技术以及半导体微波技术的发展推动了相控阵雷达天线的发展。

比如林肯实验室就曾经对相控阵雷达进行全面深入研究；中期研制成功舰载相控阵雷达，安装在企业号航空母舰上；末期研制成功FPS-46相控阵雷达，60年代研制成功FPS-85相控阵雷达，开启了相控阵雷达新时代。

今年美国在相控阵雷达天线的研究方面最为成熟，在地面雷达、机载雷达、舰载雷达等方面均研制成功了相应的相控阵雷达天线。

中国近年来相控阵雷达技术发展迅猛，在最先进的数字相控阵雷达上我们和美国也有一拼：目前，只有世界上只有中国、美国能制造数字相控阵雷达，其他国家差的很远。

而且仅有极个别飞机有这种雷达，例如：F22和F35的雷达就是数字相控阵雷达，不过这是小型的。

中国最新预警上有中大型数字相控阵雷达，这是官方公开报道过的。

相控阵雷达天线的发展趋势

当今世界，科技迅猛发展，现代化战争方式对雷达提出了新的更具挑战性的要求，MEMS技术、GaN等宽禁带半导体技术将会将会对相控阵雷达的发展产生深远的影响。

为了满足当前相控阵雷达的要求，目前相控阵雷达天线的发展呈现出有源化、数字化、宽带、毫米波、多功能、低成本的几大趋势。

相控阵雷达的技术追赶，依然是目前中美军工角力场上的重头戏。

激光雷达发射器先发射激光，经过物体（ O b j e c t ObjectObject ）反射后被 C M O S CMOSCMOS （一种图像传感器，即图中 I m a g e r ImagerImager ）捕捉，设捕捉点为 x 2 x_2x

2

​

。现过焦点 O OO 作一条虚线平行于入射光线，交 I m a g e r ImagerImager 于 x 1 x_1x

1

​

，由于 β \betaβ 已知，所以可得到 x 1 x_1x

1

​

的位置。记 x 1 , x 2 x_1,x_2x

1

​

,x

2

​

之间距离为 x xx，易得左右两个三角形相似，所以有：q f = s x \frac{q}{f}=\frac{s}{x}

f

q

​

=

x

s

​

，又有 s i n β = q d sin\beta=\frac{q}{d}sinβ=

d

q

​

，二者联立可得 d = s f x s i n β d=\frac{sf}{xsin\beta}d=

xsinβ

sf

​

.

这样就可得到物体到激光发射器的距离 d dd 了，激光雷达将这样的发射器和接收器组装在一起，经过机械旋转360°即可得到一周障碍物的距离。

TOF测距原理

由三角测距的计算公式不难发现，当距离 d dd 很大时，每变化 δ d \delta dδd 引起的 x xx 变化很小，导致精度下降，这就限制了测量范围。

而TOF（Time of flight）原理克服了测量距离这一难点，并且提高了精度：

TOF原理十分简单，就是利用光速测距。首先激光发射器发射激光脉冲，计时器记录发射时间；脉冲经物体反射后由接收器接受，计时器记录接受时间；时间差乘上光速即得到距离的两倍。

TOF原理看似简单，但是实现起来确有很多难点：

计时问题：由于光速过快，测量时间会变得很短。据网上数据得：1cm的测量距离对应65ps的时间跨度。这需要计时器的精确度很高。

脉冲问题：发射器需要发射高质量的脉冲光，接收器接受脉冲光的时候需要尽量保持信号不失真。

对于同一距离的物体测距时，得到的回波信号可能不一样，如下图的黑白纸，这就需要特殊的处理方式来处理。

但总的来说TOF原理的精度远远超过三角测距，只是由于诸多难点导致成本略高。像大一立项时因为没钱，所以用的三角测距的思岚A1，精度不是很高。而ROBOCON战队里的sick激光雷达就是TOF原理，精度非常高，贵是有道理的~

雷达分类

机械激光雷达

机械激光雷达使用机械部件旋转来改变发射角度，这样导致体积过大，加工困难，且长时间使用电机损耗较大。但由于机械激光雷达是最早开始研发的，所以现在成本较低，大多数无人驾驶公司使用的都是机械激光雷达。

MEMS激光雷达

MEMS全称Micro-Electro-Mechanical System，是将原本激光雷达的机械结构通过微电子技术集成到硅基芯片上。本质上而言MEMS激光雷达是一种混合固态激光雷达，并没有做到完全取消机械结构。

主要原理为：通过MEMS把机械结构集成到体积较小的硅基芯片上，并且内部有可旋转的MEMS微振镜，通过微振镜改变单个发射器的发射角度，从而达到不用旋转外部结构就能扫描的效果。

大致原理如下图：

相控阵激光雷达

两列水波干涉时会出现某处高某处低的情形：

光学相控阵原理类似干涉，通过改变发射阵列中每个单元的相位差，合成特定方向的光束。经过这样的控制，光束便可对不同方向进行扫描。雷达精度可以做到毫米级，且顺应了未来激光雷达固态化、小型化以及低成本化的趋势，但难点在于如何把单位时间内测量的点云数据提高以及投入成本巨大等问题。

动态原理图如下：

FLASH激光雷达

FLASH激光雷达原理非常简单：在短时间内发射出一大片覆盖探测区域的激光，再以高度灵敏的接收器，来完成对环境周围图像的绘制。

激光雷达的数据

分成N份

分成M份

N线点云数据

1线点云数据

时间戳

1个点云数据

点云数量M

X方向偏移量

Y方向偏移量

Z方向偏移量

反射强度

激光雷达数据的处理顺序一般为：

数据预处理（坐标转换，去噪声）

聚类（根据点云距离或反射强度）

提取聚类后的特征，根据特征进行分类等后处理工作。

激光雷达数据的处理顺序一般为：

数据预处理（坐标转换，去噪声）

聚类（根据点云距离或反射强度）

提取聚类后的特征，根据特征进行分类等后处理工作。

对俄罗斯电子工业的评价，网上有两种截然相反的观点。一种观点说俄罗斯的电子工业处于世界领先水平，连美国都不能望其项背。 也有一种观点说俄罗斯电子工业落后，说俄军事装备不仅比西方的差，而且也不如中国的。其实，网上好多观点都是人云亦云，很难见到纯专业角度的观点，甚至好多观点是带着感情色彩。

因为在网上只要一谈到俄罗斯，网友就会撕裂，要么俄罗斯坏透了，一无是处。要么俄罗斯好得不得了，完美无缺。可我们既然是分析产品的，不能爱屋及乌，也不能因为讨厌他就抛弃客观立场。平心而论，俄罗斯民用产品真不怎么样，一说到俄罗斯产品，马上就会想到嘎斯车，想到傻大黑粗。不信你看我们用的电视机、冰箱、洗衣机和手机，哪一样是俄国造？中国好多民用产品比俄罗斯好了不知道多少。

但电子技术和军工技术跟家电不能相提并论，一码归一码。

俄罗斯的民用电子领域确实要弱些，但压低俄罗斯这方面的能力也有悖常识。比如，俄罗斯微电子产品出口商“埃格斯特朗”公司和“Mikron ”公司，均是东欧此领域的最大企业，其大部分产品出口国外。要不然印度、叙利亚、伊朗和中国也不会大把大把往俄罗斯砸钱，引进他们的设备。在消费电子领域取得的成绩，不会自动生成军事产品能力。比如韩国和台湾地区都是大型民用电子产品生产国，但同时却在进口军事电子工业产品。

另外，决定武器系统能力的最重要因素，与其说是电子组件的质量，还不如说是软件的质量。而俄罗斯在此方面，还是相当强悍的。俄罗斯是有效作战雷达和电子战系统的研发者和生产者。这些产品，不仅获得国际市场的认可，同时在实战中也得到了认证。俄罗斯电子战装备破坏通讯、中断全球定位系统和无人机控制方面的能力，已在叙利亚打击恐怖分子过程中多次试用，获得全方位的赞誉。如果说，俄罗斯真的落后很多年，电子器件不好用，那么，俄罗斯就不会成为电子战系统、“空对空导d”和反导系统的大出口商。

最近一些年里，在近东地区，俄产电子战系统和反导系统摧毁了大量的无人机，击落过很多有控和无控导d。这些都证明，俄罗斯武器拥有先进的水平和相当优秀的实际效果。所以说，我们不能笼统地说俄罗斯的电子工业比较落后，其实俄罗斯在电子管、晶体管、模拟电路等领域还是具有相当水准的造诣，甚至在某些领域处于领先水平。

但凡事都要一分为二看，俄罗斯也有短板。在微电子技术特别是数字化集成电路以及半导体材料等方面，俄罗斯跟处于领先水平的美国比就稍逊一筹，甚至连二流水平都算不上。雷达技术并不是俄罗斯的传统强项，早在苏联时代，各种海陆空天的雷达系统就是苏式武器的主要短板之一。比起西方国家的同类产品，一方面是体积结构笨重庞大，另一方面是性能指标注水严重，纸面上看起来很好很强大，实际用起来很垃圾。

例如苏27战斗机装备的N001型雷达，在80年代中期服役，采用的还是已经过时的倒置卡塞格伦天线，全系统总重量接近1吨，对战斗机级别的空中目标探测距离只有100公里。 要知道同时期服役的美军F15C战斗机已经拥有了领先一代的APG63型平板缝隙天线雷达，在总重量还不到N001型雷达三分之一的情况下，对战斗机级别的空中目标探测距离高达140公里，探测精度和可靠性更是有质的飞跃。

同样的案例还有预警机，俄罗斯的A50预警机技术性能也远远落后于美国的E3、E2预警机，甚至就连印度、伊拉克这样的第三世界国家都看不上。 他们宁可先从俄罗斯购买伊尔76，再大费周折地加装其他国家研制的雷达，也不愿意直接进口A50预警机。

我国曾计划从以色列引进预警机，因为美国从中作梗而被迫夭折；但我们宁可自己研制，也丝毫不考虑俄罗斯的A50。以至于作为世界数一数二军售大国的俄罗斯至今仍然保持着预警机出口的零记录。

当年牛气哄哄的苏联都尚且没有把雷达折腾出什么名堂，如今元气大伤的俄罗斯要想在雷达领域后来居上更是痴人说梦。

但其实雷达技术还不是俄罗斯最落后的技术，俄罗斯最大的短板，就是它的动能拦截技术。俄罗斯直到现在还搞不定高精度的动能拦截器，这正是电子工业的落后拖了后腿。

俄罗斯的动能反导水平真的不敢恭维。更别说跟世界顶级水平相提并论，所谓的A135战略反导拦截系统其实是使用核d头在自家头顶上摧毁来袭导d，这种“自杀式拦截”的做法不愧是战斗民族的风格。

现在不仅是美国，连中国都放弃了这种简单粗暴的反导方式，改为更加先进高效的中段反导技术。俄罗斯至今在该领域原地踏步，至今没有什么建树。 实事求是地说，俄罗斯在雷达和反导系统领域离“先进”这个目标还相距甚远。

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