这个军用传感器之王，俄罗斯迟迟造不出来，中国竟然用它来打野猪？

    雷达是用电磁波探测目标的电子设备，属传感器的一种，因为雷达具有重要的应用价值，目前已经发展成一门自成体系的传感技术。雷达系统，更是国防感知系统之最。   我国雷达技术属世界先进水平，我们日常生活中接触的比较多的有毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等。   而文中这个号称“雷达之王”的设备，是俄罗斯五代机——苏-57，多次难产的关键，曾经只有航母和战斗机上才能用得上的“雷达之王”，如今中国农民兄弟正用来监控野猪，管理牧场。   中国制造一旦发力，“雷达之王”也成白菜价，详情见下文。

被印度嫌弃，苏-57渴求的“雷达之王”，美国卖日本两套22亿美元，中国农民已用它来监控野猪！   早在2010年，俄罗斯和印度签署协议，印度将花费250亿美元左右，采购俄罗斯研制中的五代机苏-57，并在合作项目内投入不少资金。   到了2018年，多次难产的苏-57却被印度嫌弃，印度政府经评估后认为苏-57战机隐身性能比美国的要差，航空电子设备，雷达和传感器不符合第五代战斗机标准，并正式宣布取消FGFA项目。   而令苏-57多次难产的一项关键技术，就是号称五代机标配的“雷达之王”——机载有源相控阵雷达技术（AESA），这是一项极为先进的传感器科技，目前世界上只有中国、美国和欧洲等极少数国家能够完全掌握。   俄罗斯的首套机载有源相控阵雷达系统，要直到2019年苏-57战机正式定型的时候才初步完成——可见“雷达之王”对五代机的影响。即使完成上机，苏-57战机配备的N036有源相控阵雷达，其部分关键部件，如TR组件设备等，仍受制于西方国家。        军用机载有源相控阵雷达售价和成本极为昂贵，尤其是从美国、欧洲等强国手中购买。据媒体披露，美国舰载宙斯盾系统——使用有源相控阵雷达的导弹防御系统，不含导弹每套成本在2亿美元以上。   2019年，日本从美国手里买了两套陆基“宙斯盾”系统，总售价高达21.5亿美元！   然而，正是这样号称“雷达之王”的相控阵雷达，这么先进的传感器技术，我国农民却已经用上了，用来监控驱赶野猪，管理牧场，国产相控阵雷达这么“白菜”？

  一块充电宝就能用，同时监控256个目标！中国民用相控阵雷达技术已经白菜价？大疆无人机也搭载！   此前，有熟悉行业的博主发文称：

不管啥高端技术，被兔子掌握都一个命运：白菜化！你看，相控阵单兵雷达都民用了，已经被农民兄弟拿去监控野猪了。这玩意儿配上大疆无人机使用，野猪一出现即被发现，一被发现即被无人机驱离，简直是神器。你看看这性能介绍，五到十公里，同时监控100个目标。迷你、移动式、相控阵、蜂群......这些词加在一起，隔壁大毛都要馋哭了哦。大毛啊大毛，这可是民品，民用品出口那是不受限制的，你懂的，还不赶紧的出手啊。

      文中提及的S5000场面监视雷达，即是我国知名光电传感器企业睿创微纳发布的一款民用相控阵雷达产品，据介绍距离精度小于5m，方位角精度小于0.3°，可同时对256个目标多线程并行追踪，支持低容量太阳能及鲤电池供能，利于快速部署，雷达发射功率10瓦，一个充电宝就能带动。   此外，产品介绍中特别提到，产品的TR组件、有源相控阵等核心部件均为自研，成本可控、供货可持续保障。     该民用相控阵雷达覆盖范围从半径5公里到10公里不等，有懂高科技的农民兄弟拿去监控野猪。野猪成群结队，体型大、移动速度快、攻击性强、不怕人，成群的野猪对农作物影响较大，并且是国家保护动物，相控阵雷达可以同时发现多个野猪目标，无人机就去驱离，真正科技改变生活。

  我国知名无人机厂商大疆创新，推出的T50农业无人机，同样搭载了前后两组的有源相控阵雷达系统，用于地形感知和农药精准喷洒：

T50 搭载有源相控阵雷达系统，射频收发通道数量提升一倍，检测精度更高。配合两组双目视觉，可精准描绘地形与障碍物细节。为进一步保证作业安全，T50 还配有后相控阵雷达，实现 360 度全向感知与智能绕行，面对大坡度果园，实现全自动仿地作业。

      资料显示，目前我国民用相控阵雷达产品，已经被打到“白菜价”。   搭载相控阵三坐标雷达的探鸟驱鸟设备，30万就能拿下。上文中介绍的大疆T50农用无人机，整机旗舰版也仅6万多。   相对于相控阵雷达技术的先进性和成本，民用相控阵雷达产品价格堪称“白菜”。

  相控阵雷达与传统雷达有什么不同？无源相控阵雷达与有源相控阵雷达有什么区别？为什么俄罗斯迟迟难以做出来？   小学课本上提到，雷达的发明灵感来自于蝙蝠，蝙蝠通过超声波回声定位来识别目标和避开障碍物。   雷达的原理类似，但发射的声波升级到电磁波——速度更快、频率更多、范围更远。   传统雷达经常在电视或者影片中出现，传统雷达发射电磁波的角度小、盲区大，因此需要通过机械式的快速摇动来进行扫描，但这样总有时间差，侦查能力在机动性越来越强的现代战机面前已经不够用了。   ▲传统雷达工作动图   相控阵雷达与传统雷达的区别是，绝大多数相控阵雷达都是不动的，既然不动，那相控阵雷达如何多角度扫描目标呢？   答案是，相控阵雷达不是一个雷达，而是许多小号传统雷达的集合体，里面每一个小号传统雷达就是一个阵元。每一个阵元都是独立控制的，它们既能独立发射雷达波，也能接收雷达波的回波信号。   ▲相控阵雷达工作动图   那么相控阵雷达如何控制扫描方向呢？顾名思义，“相控阵”就是控制每个阵元产生电磁波的相位与幅度，以此强化电磁波在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让电磁波束的方向发生改变。

▲相控阵雷达扫描不同方向动图

  因为一台相控阵雷达含有多个雷达阵元，就如同一个雷达阵地，因此不仅响应时间短，追踪精度高，还能同时监控多个目标，许多相控阵雷达能够同时监控200个以上的目标，相比传统雷达优势明显。   ▲歼10B搭载的有源相控阵雷达，可见密密麻麻的多个雷达阵元 图片来源：凤凰军事   此外，相控阵雷达还分为有源相控阵雷达和无源相控阵雷达。   有源相控阵(AESA)雷达和无源相控阵(PESA)雷达之间的主要区别在于发射器的数量。PESA系统仅有一个中央发射机和一个接收机，而AESA系统具有多个TRM，这允许更高的可靠性、更小的尺寸和重量，以及更低的由于使用多个频率而被检测到的威胁。   简单来说区别就是，是否是集中式发射机（是则为无源阵），阵元后是否有单独功放器件（是则为有源阵），是否采用了T/R组件等（是则为有源阵）。   ▲无源相控阵和有源相控阵结构差别，来源：前瞻产业研究   有源阵比无源阵难度更大， 整体结构也更复杂，这也是为何相控阵早期以无源相控阵阵为主，后来才逐渐出现实用的有源相控阵阵。技术上来讲，有源相控阵技术能做到多目标跟踪、数字波束赋形等，是满足高性能、高生存能力雷达所必需的，亦是降低现代雷达研制生产成本的重要途径 。   ▲来源：前瞻产业研究   众所周知，俄罗斯是传统军事强国，俄罗斯建设有多个大型、知名的相控阵雷达，但几乎都是无源相控阵雷达，譬如有“鸡窝”雷达、达里亚尔雷达、“伏尔加”雷达和“沃罗涅日”雷达等高性能雷达，通过这些雷达形成对弹道导弹的全方位监视。   ▲俄罗斯无源相控阵雷达   在机载雷达方面，俄罗斯最成熟的机载火控雷达是苏35战机的雪豹E无源相控阵雷达，如前文介绍，俄罗斯首款机载有源相控阵雷达要到2019年才出来，为什么俄罗斯迟迟做不出有源相控阵雷达？   俄罗斯做不出有源相控阵雷达是因为半导体能力弱？掌握这个半导体材料中国将有源相控阵雷达做成白菜价！   从上文分析有源相控阵雷达和无源相控阵雷达的主要差别中，提到一个核心部件——T/R组件（发射/接收组件），有源相控阵雷达有T/R组件，而无源相控阵雷达则没有。   相关资料显示，T/R组件的成本占了整个有源相控阵雷达成本的60%左右，是非常关键的部件。此外，T/R组件的密集排列，也对其散热、能耗等提出很高的要求。   进入21世纪，T/R组件的主要材料从砷化鎵（GaAs）向氮化镓（GaN）转变。

  氮化镓想必熟悉半导体产业的人士近年来应该听了很多，就是鼎鼎大名的第三代半导体材料，是一种非常坚硬且在机械方面非常稳定的宽带隙半导体材料。   与砷化鎵相比，氮化镓器件具备功率大、高频性能好、效率高，成本还低30％，是新一代有源相控阵雷达的首选，这样雷达能量利用率、功率都会大幅提升。散热问题也相对弱化。   目前，俄罗斯虽然量产了有源相控阵雷达，但核心的T/R组件仍受制于西方国家。   在T/R组件上，我国氮化镓等半导体上下游产业链，远比俄罗斯成熟，拥有一批自主知识产权技术和大量的企业，像许多快充充电器，用的也都是氮化镓材料，通过量产摊薄成本是现代工业的最显著特征。   因此，中国成熟的产业链大大降低氮化镓材料的成本。此外，现在相控阵雷达T/R组件的产品结构形式开始从“砖块式”发展为“瓦片式”。   “瓦片式”的好处在于，它能减少印制电路板和连接器的数量，并能通过大规模微博制造技术和封装工艺，来降低相控阵雷达的体积、重量，这也能让成本进一步降低。

  另外，有源相控阵雷达独立单元众多，除了优秀的天线外，对雷达系统的芯片处理能力、软件算法能力、操作系统等等，都有极高的要求，显然俄罗斯在这些方面存在明显短板。   在半导体产业上，我国在芯片、算法、系统等各方面均有积累，虽然与世界先进水平存在部分差距，但完全能独立自主研发。   凭借强大、完善的产业链和制造能力，中国能够凭借自己的能力制造有源相控阵雷达，并且将其成本降低，有源相控阵雷达被中国制造打成“白菜价”。   降维打击！有源相控阵雷达中国民用玩出花，未来在汽车上应用？   相控阵雷达相比传统雷达，具有多目标追踪、灵敏度高、分辨率高等特点，在国防、航空航天等领域已应用多年。   随着国产相控阵雷达技术的成熟，相控阵雷达也在民用市场展现极高的应用热度。除了上文中提及的相控阵雷达防控野猪、农药喷洒等应用外，在气象探测、水利防洪、5G通信等民用领域都有相控阵雷达的身影。   譬如，2020年在北京大兴机场使用的C波段相控阵雷达，这是全球首个在民航领域业务化应用的相控阵天气雷达。

传统天气雷达需要6分钟才能完成一次的11层体积扫描，该雷达只需要1分钟就能完成。同时该雷达采用分布式发射和接收技术，可靠性由常规雷达的600小时提升至3000小时以上。   此外，该雷达全面提高了地物杂波抑制能力和抗干扰能力和自动化探测能力，能更快、更准确的的发现雷雨、大风、下击暴流、风切变等影响航空安全的危险天气，在空管气象危险天气监测中可以发挥巨大作用。   相比传统雷达，相控阵天气雷达妥妥降维打击。   ▲北京大兴机场C波段全数字有源相控阵气象雷达进入试运行阶段，截图来源：央视新闻频道朝闻天下节目   今年9月份，陕西省文物保护研究院召开了“相控阵雷达在田野文物安防中的应用研究”结项验收会，论证了相控阵雷达在田野文物保护、打击文物违法犯罪行为的作用：

据介绍，相控阵雷达应用于平原大型遗址区文物安防能够弥补现有安防系统不足，以低成本，低误报率实现对田野文物盗窃活动的大范围、全天候实时主动预警。随着国家加快推进军用技术向民用领域推广，民用雷达行业发展前景广阔，将其引入田野文物安防系统开展应用研究在国内尚属首次。该研究为探索新技术在文物保扩中的应用，拓展文物安防技防手段，提升田野文物预防性保护基础能力提供重要支撑。

  ▲来源：陕西省文物保护研究院   汽车领域高级辅助驾驶技术日益普及，主要使用摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等实现环境感知。在激光雷达领域，中国企业也是同样凭借强大的中国制造和产业链能力，在降低成本中取得领先，从而推动了国产激光雷达的出货量。（相关信息参看《出货量超100000台，国产大爆发！》）   目前，已有企业计划将相控阵雷达引入汽车中，但传统相控阵雷达体积庞大，难以直接用于汽车，因此需要开发全新的材料，将雷达小型化，国外初创MetaWave、Echodyne等正在从事这项工作。   不过基础的新材料开发周期漫长，短期内车载相控阵雷达恐怕难以实现。   结语   相控阵雷达凭借先进的技术，在性能、精度、多目标跟踪等许多方面，超越了传统雷达，并且在国防、航天航空等领域应用广泛。   我国拥有扎实全面的科技研发能力，因此能领先俄罗斯等国家实现相控阵雷达的量产，并且与欧美国家相比技术处于先进水平。   此外，中国完善、全面的产业链举世仅有，只有中国强大的制造能力能将相控阵雷达等先进科技以较低的成本快速民用落地，用领先世界的科技，造亲民接地气的产品，大概也只有中国做得到吧。    

审核编辑 黄宇