2.2.1　低空雷达的国内外发展现状

2.2.1　低空雷达的国内外发展现状

2.2.1.1　国外发展现状

1）一次雷达

面对低空突防武器所带来的威胁，常规雷达已表现得力不从心。为了有效地对付低空、超低空突防武器的突然入侵，多年来各国投入大量人力和物力，成功研制了各种先进的地面低空监视雷达，亦称低空补盲雷达系统。近年来，西方各国在原有的基础上又派生、发展和研制出了多种新的低空监视雷达。目前，美国雷神公司、法国Thales公司和瑞典SAAB公司处于行业的领先水平，其产品代表行业的技术水平和发展方向。

美国雷神公司是世界最著名的雷达研制单位，其相控阵雷达的研制水平和生产能力在全世界首屈一指。作为雷达行业的标杆，美国国家导弹防御系统使用的GBR 雷达和AN/TPY-2雷达、F-22猛禽隐身战斗机使用的AN/APG-77雷达、爱国者武器系统使用的AN/MPQ-65雷达、宙斯盾武器系统的AN/SPY-1雷达都是其旗下产品。目前，该公司雷达产品已完整覆盖星载、机载、舰载、车载、固定站等各式平台，其中绝大部分是有源相控阵雷达，在研的RACR机载雷达、AN/SPY-3舰载雷达、MPAR地基雷达也都是有源相控阵体制雷达。

法国Thales公司是欧洲第一大战斗系统（包括侦察系统、火控系统和操纵系统）生产集团，是一家超大型跨国企业，在全球五大洲的9个国家设有13个分公司，长期从事军用、民用监视设备的研制生产。其下属的空中系统分公司在高可靠性空管雷达监视设备研制生产方面的技术水平与美国雷神公司等同处于世界领先地位，其产品中有近70%出口国外，空管雷达产品出口达400余部。其代表产品包括GM400远程监视雷达、IM400舰载雷达、CW 系列低空/海岸监视雷达等，它们绝大部分是有源相控阵雷达，在空管雷达方面，代表型号是STAR 2000；特别地，Thales公司在空管雷达上实现了气象探测功能。

瑞典SAAB公司是一家欧洲大型的航空及武器制造商，于20世纪50年代末开始研制脉冲多普勒雷达系统，“长颈鹿”基本型雷达最初是为瑞典陆军RBS-70近程SAM 系统设计的。该雷达于1978年开始生产，命名为PS-70/R，出口名称为Bofors。其研制的“长颈鹿”系列雷达极具特色。该雷达系列已经衍生出6种型号：“长颈鹿”40型、“长颈鹿”50AT型、“长颈鹿”75型以及“长颈鹿”100型、“长颈鹿”3D型（图2-27）和“长颈鹿”舰载型。“长颈鹿”系列雷达是典型的低空监视雷达，该系列雷达的天线均被架高，主要用于对付低空威胁，尤其是对付严重的杂波干扰环境中和严重的电磁干扰情况下的超低空目标。随着新的战术思想的发展以及武装直升机的广泛应用，该公司不断改进“长颈鹿”雷达，于1988年3月开始在基本型雷达的基础上推出“长颈鹿”雷达系列，使其从搜索雷达发展成具有指挥控制功能的C4I系统。2015年，SAAB公司在代号“布里斯托15”的试验中，验证了“长颈鹿”捷变多波束（“长颈鹿”AMB）雷达对“低慢小”航空器的探测跟踪能力。“长颈鹿”AMB雷达是用于地面和海洋的G/H 波段被动电子扫描阵列雷达，在提供海岸监视能力的同时，还能对固定翼飞机、直升机、地面目标等进行分类与跟踪。在“布里斯托15”试验期间，“长颈鹿”AMB雷达从周围的地面杂波中识别出100多架雷达截面积（radar cross section，RCS）低至0.001 m2的低空目标。

国外的低空监视雷达产品型号众多，表2-2是国外取得广泛应用的新型雷达产品的主要性能指标对比。

未来，雷达探测技术的发展将突破传统思维的束缚，向二维多视角布局、多探测器共形构型和多维信号空间处理方向发展，可能会出现扁平网络化多站雷达、共形相控阵雷达；信号处理技术开始使用跟踪后检测，距离-方位-时间三维跟踪检测，三维合成孔径成像（synthetic aperture radar，SAR），距离-方位-时间三维处理，多波段、多极化、多波形等构成的多维信号空间处理技术等，并且开始向网络化与多平台联合、认知与智能的方向发展，最终将走向探测、干扰、通信的综合一体化。

2）二次雷达

二次雷达几乎是和一次雷达并行发展起来的，二次雷达发展过程如图2-28所示。二次雷达最早应用于敌我识别系统中，以解决一次雷达的敌我属性辨识缺陷。20世纪40年代末期，美国电气公司制造出敌我识别系统并取得应用。1965年，二次雷达系统技术转化为民用航空交通管制系统。20世纪60年代初，英国的科索（COSSOR）公司研制出第一台空管二次雷达；80年代初，COSSOR公司研制出第一台单脉冲二次雷达，该单脉冲二次雷达中引入单脉冲技术和大垂直口径询问机天线，从而大幅提升了二次雷达的性能。

20世纪80年代后，二次雷达得以发展，实现了空管雷达联网全自动化。20世纪末，随着射频大功率晶体管器件的成熟与商品化，空管雷达进入全固态时代，国际上相继出现全固态、可无人值守的空管雷达。全固态空管雷达大量采用集成化、微电子化的设备，在系统可靠性、稳定性、自动化和商品化水平上有很大提高，使空管雷达发展到一个更实用的阶段。

二次雷达系统对于美军航空母舰也至关重要。在20世纪，美国航空母舰的空中管制系统除了AN/URN-25空中引导系统，还包括四部雷达：两部AN/SPN-46雷达，一部AN/SPN-43C雷达（图2-29）和一部AN/SPN-41雷达（图2-30）；另外还有E-2C预警机进行配合。这三类四部雷达的分工明确：美军舰载机准备归航时，首先获得E-2C预警机的信息，了解航空母舰所在位置和周边情况。当战机进入航空母舰周围范围时，就由SPN-43C接手空中管制。最新版的SPN-43C能够监视和标记距离200多英里内的飞机，高度则从海平面到9 000 m。此外，SPN-43C还具备敌我识别系统以及判断型号的能力。当舰载机进入航空母舰周围7 mi左右距离时，就换为SPN-46雷达。SPN-46能够同时控制2架飞机。它的任务是引导飞机从几英里的距离降落到航空母舰甲板上。而SPN-41和其他设施则进行辅助监控，确保万无一失。

然而，由于SPN-43C雷达老旧且存在频段问题，因此美军决定全面换装新雷达AN/SPN-50。美军SPN-43C使用的S波段（3.5～3.7 GHz）无线电有一部分频带被分配给了固定无线电，其可能被陆基信号所干扰，实际上这意味着空中管制雷达无法正常使用。为此，美国提出的新的雷达，除了要求具有更精准有效的监控探测能力，还专门要求其波段调整为C波段（4～8 GHz）。最终中标的是由瑞典SAAB公司研发的由“海上长颈鹿”雷达升级而成的舰载有源相控阵列雷达。其于2020年年底开始进行生产，2021财年完工后就开始更换作为现有“尼米兹”级航空母舰与两栖攻击舰等大型舰艇的空中管制雷达。到2028年前，美海军将采购25套AN/SPN-50舰载空中交通雷达。AN/SPN-50舰载空中交通雷达或可抵御高超音速武器威胁。据公开资料显示，瑞典萨博公司在升级“海上长颈鹿”雷达时，特别引入高超音速的探测与追踪模式，其多任务功能使得可以同时进行干扰与跟踪、自动对海监视以及目标分类识别等，且其天线能提供目标的三维数据，这将大幅提升美国海军武器系统对防空、水面作战以及远程地空导弹等目标的识别能力。当前世界军备竞赛中，高超音速武器（包括飞机和导弹）是一个发展趋势。在高超音速导弹方面，俄罗斯走在前列，其号称能够达到25倍音速的弹道导弹，可能构成对美国航空母舰集群的巨大杀伤威胁。而在这种情况下，美军的新型航空母舰雷达，通过相控阵的智能扫描，能锁定敌方高超音速武器，就是很现实的战术需要。

3）气象雷达

气象雷达是大气监测的重要手段，在突发性或灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。目前，1 000多个天气雷达站分布在世界各地。气象雷达技术的发展大体分为三个阶段：第一阶段为20世纪40年代末到60年代；第二阶段为20世纪70年代到80年代；第三阶段从20世纪90年代开始。近30年气象雷达最突出的发展是，气象多普勒雷达在大气遥感探测和研究中的应用，如探测降水云内和晴空大气中水平风场和垂直风场、降水滴谱和大气湍流等。

自从美国国家气象局（National Weather Service，NWS）在20世纪50年代开始使用标准的气象多普勒雷达后，气象雷达就成为一般公众熟知的观测工具，并广泛应用于天气预报等领域。

美国、日本、俄罗斯、西欧等国家或地区也对天气雷达的发展极为重视：西欧地区确定了下一代天气雷达的业务技术体制；俄罗斯将发展脉间相干的C波段、S波段的多普勒天气雷达；日本也已开展多普勒天气雷达的研制工作。韩国、新加坡、泰国、土耳其等国家及中国台湾、香港地区都在计划引进气象雷达发展第三阶段有代表性的美国的WSR-88D。20世纪90年代，美国国家气象局、美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）和美国空军联合安装了WSR-88D多普勒雷达（通常被称为“Nexrad雷达”，如图2-31所示）国家网络，使气象雷达得到了重大的技术改进。

同样在这个时期，美国联邦航空管理局在美国主要机场安装了终端多普勒气象雷达（TDWR）系统。随后，美国联邦航空管理局对WSR-88D和TDWR这两个系统进行了多次技术升级，改进了其在公共告警和飞行安全方面的性能。与被替代的WSR-57和WSR-74C不同，WSR-88D系统能对暴风雪、降雨量、飓风、龙卷风及其他许多重大天气现象提供定量和自动的实时信息，并在空间和时间上具有更高的分辨率。

航空领域中，安装在机场飞行区的终端多普勒气象雷达通过探测诸如微爆和强阵风前沿等有害风切变活动，对飞机安全离港和着陆提供了重要信息。

目前存在多种其他类型的气象雷达。除了常见的商用机载天气规避和探测雷达（图2-32）外，机载飓风监视雷达可对正在接近的海岸飓风进行详细预报和告警。

星载气象雷达则测量赤道上广泛的降水区域和风特性。气象研究结果被定期传送到气象雷达界，以获得更高的空间和时间分辨率，提高数据质量并研发出新的气象雷达产品，从而使其在天气预报方面有了重大改进。

多普勒气象雷达详细测量矢量风场和降雨区域。双极化技术用于提高定量的降雨测量、探测冰雹和辨别水（雨）中的冰雪微粒。除此之外，地基科研雷达现在可以测量地表边界层中的大气湿度。机载科研雷达具备许多相同的性能，且覆盖区域更大、机动性更强。

气象雷达和航空或军事雷达的主要区别之处是气象雷达忽略其他因素，仅对天气信息的气象回波进行处理。

欧盟为了促进雷达观测资料在各国之间交换，扩大受益面，加强了各国之间的合作。其重点研究雷达探测降水和雷达资料国际网络，促进了天气雷达的发展。未来几年欧洲天气雷达仍然以发展C波段多普勒雷达为主，双PRF技术可能用脉冲压缩技术来代替。日本开发了一种直径仅1 m 的小型雷达，其性能与机场等使用的大型气象雷达相当。这种小型雷达使用了适合在低空进行观测的3 000 MHz电磁波。观测几乎是实时的，时间仅需约1 min。由于体积小，其能安装在汽车和小型船舶上，可预测1 km2小范围内的天气现象。

后续发展趋势上，尽管近年来电子计算机技术飞跃发展，加快了科技成果向业务转化的速度，但由于技术和经费等原因，在2023年之前各国气象部门采用更新一代的天气雷达投入业务应用的可能性很小。今后20年间，天气雷达技术的发展将集中在以下几个方面：

（1）当今大气科学的发展重点是更长时间尺度的气象研究和更短空间尺度的中小尺度气象学研究和应用，多普勒天气雷达是天气雷达发展的方向和趋势。今后将一步发展多普勒天气雷达技术，扩展探测功能。目前，多普勒天气雷达主要用于对与降水伴随的灾害性天气的监测和短时预报，而对于晴空探测特别是获取晴空风场信息，将是多普勒天气雷达功能扩展的下一个目标。据估算，采用相干累加技术有可能使雷达获取晴空风场的能力提高15～21 dB。多普勒天气雷达对下击暴流、微下击暴流有很好的监测能力。然而，由于这类恶劣天气现象生命史极短，仅一两分钟、最多不超过10 min，因此改变现行多普勒天气雷达扫描取样的体制，可行的、最简单的是在天线垂直波束上采用相控技术，形成多波束，这样雷达仅做方位角一周的扫描便可以获取低层大气中三维立体的风场数据信息，从而可以迅速而准确地监测和预警下击暴流或微下击暴流。

（2）快速扫描技术将应用于天气雷达。现有的天气雷达是利用天线扫描的方法完成立体扫描的，一个体积扫描约需5～10 min，这对下击暴流等小尺度现象的探测来说较为缓慢。为此，可将水平方向旋转的相控阵雷达技术应用于天气雷达中，即用天线的旋转完成水平扫描，用相控阵的方法完成垂直扫描。

（3）加强对多普勒风场反演技术的研究。目前对多普勒风场资料的应用仍处于定性阶段，尚未对多普勒天气雷达获取的风场信息进行充分应用。若要充分应用，风场信息要由定性转为定量，单多普勒天气雷达的反演技术是风场信息定量应用的关键。

从国际发展趋势来看，世界天气监视网在建立最优化的全球混合观测系统方面取得了重大进步，国家及地区天气监测网也得以显著发展。雷达和雷达探测技术发挥了重要作用。在雷达探测方面将实现多普勒雷达布网，来自雷达、卫星和地基遥感系统的资料将可直接输入天气分析和预报系统。双线偏振雷达技术逐渐成熟，在常规多普勒雷达上增加双线偏振功能，可以改善雷达探测降水和识别降水粒子相态、尺度的能力。美国将增加双线偏振雷达功能。中国许多相关单位也准备开展双线偏振雷达项目。

国际上计划发展的空载激光雷达主要是后向散射、差分吸收和多普勒三类，以后向散射为工作原理的Na-YAG激光雷达技术最为成熟，美国已成功发射了载有Na-YAG激光雷达的航天飞机，实现了空间激光探测全球云和气溶胶。探测大气微量气体的差分吸收激光雷达和测风的多普勒激光雷达也将在未来送上空间平台。宇宙飞船携带激光雷达将使空间遥感技术进入一个新的时代。

4）精密进近雷达

精密进近雷达（PAR）是一种安装于跑道一侧的精密跟踪雷达，一般工作在X波段，主要用于监视和跟踪飞机的起降，作用距离为20～50 km。PAR的品种很多，但其主要功能和技术指标基本相同。为了提高PAR系统的效能，新型PAR系统一般采用二维电子扫描天线，如美国雷神公司的AN/TPN-25雷达和美国ITT吉尔菲兰公司的PAR-2000雷达。此外，高效PAR 系统还有采用一维相扫的二次PAR 和采用多站定位原理的二次PAR。一维相扫二次PAR采用单脉冲二次监视雷达（monopulse secondary surveillance radar，MSSR）体制，可以在飞机进入机场空域时，高数据率地精确测量飞机的三维位置坐标，如美国雷神公司的PARM 雷达（图2-33a）。采用多站定位原理的二次PAR利用飞机的MSSR应答信号对目标进行多站定位和跟踪，并可以高重复频率对起降中的飞机进行S模式询问，精确引导飞机起降，如捷克ERA公司（后被美国收购）为精密进近控制开发的“ASCS”二次PAR系统（图2-33b）。

5）场面监视雷达

场面监视雷达（SMR）作为一种重要的民用雷达系统，同时受到了世界各大雷达研制企业的关注，许多雷达企业都开发了具有各自特点的SMR系统。场面监视雷达按照国际民航组织规定可以选用L波段或S波段的频率，目前多为S波段，范围一般在2 700～2 900 MHz，作用距离大多在100～500 km，所监视的区域通常是飞行密集和繁忙区，管制范围有限，常被称为近程空管一次雷达。机场监视雷达的首要任务是提供精确的飞机位置信息，空管人员据此通过数据传输或网络引导飞机以适当的距离和高度接近并进入机场的着陆跑道，随后飞机将在仪表着陆系统、微波着陆系统或精密着陆系统等引导下安全着陆。另一个重要任务是及时提供终端管制区域内的有关气象数据。例如，美国雷神公司的ASR-10SS型、法国Thales公司的STAR-2000型、中国电子科技集团第38研究所的3821型等。

为了进一步提高场面运动引导控制系统（Surface Movement Guidance and Control System，SMGCS）的性能，国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）提出了在机场部署“先进场面运动引导控制系统”（Advanced SMGCS，A-SMGCS）（图2-34）的可行性研究。

在《A-SMGCS可操作的需求》［6］一文中，国际民航组织指出，其中场面监视雷达的分辨率应达到3 m、局部地区0.3 m，方位波束宽度应小于0.2°。从今后发展趋势来看，场面监视雷达系统需要进一步提高分辨力、提高发现概率、降低虚警概率、降低成本且提高稳定性。机场SMR系统的观测性能主要体现在空间分辨率和覆盖范围两方面。一方面是SMR系统的距离和方位分辨力，高分辨力对于目标的精确定位、识别和确认有着重要的意义［7-8］；另一方面，在机场SMR系统发展过程中，大型监视雷达逐渐暴露出一些明显的弊端，即造价昂贵、维护不便、应急监视困难、条件保障和区域覆盖（由于遮挡，存在盲区）有限等。可见，组网型、小型化是未来重要的发展方向［9］。

2.2.1.2　国内发展现状

目前，中国已有许多机场和航路配备了空管雷达，以二次雷达为主，这主要是考虑成本因素。中国东南沿海7 000 m 以上空域已基本覆盖，但低空覆盖严重不足。中国使用的空管雷达设备以进口为主，引进包括美国、法国、意大利和日本等国的雷达设备。目前，低空空域管理改革工作已进入积极全面落实改革意见阶段。中国在有代表意义的地区先行先试的基础上，在全国范围内，根据各地区特点，按照空域划设原则。即在充分考虑首都空防安全、飞行安全、空域管理、通用航空需要、航管能力和通信、导航、监视等基础设施设备建设及环境保护等因素，在真高1 000 m（含）以下空域划设低空飞行管制空域、监视空域和报告空域，并明确在管制空域飞行，航空用户需要申请飞行计划，空管部门掌握飞行动态、实施管制指挥；在监视空域飞行，航空用户需要报备飞行计划，空管部门监视飞行状态，提供飞行情报和告警服务；在报告空域飞行，航空用户报备飞行计划，向空管部门通告起飞和降落时刻，自行组织实施，空管部门根据用户需要，提供航空情报服务。中国低空空域管理改革工作头绪复杂，涉及面广，目前还有许多矛盾制约着改革工作的顺利推进：

1）低空安全保障措施不完善，安全压力大

加快低空空域管理改革进程，首先要考虑并解决的问题就是涉及低空的各类安全问题，即国家空防安全、飞行安全及公共安全。其主要体现为：一是随着低空活动的主体即通用航空飞行量的迅猛增长，空域管理部门及时、准确掌握空中动态的难度增大，造成“低慢小”目标不明空情概率大幅增加，增加了目标识别难度，危及国家空防安全；二是军民航低空用户对低空空域的需求大幅增加，且大多数通用航空器未安装空中防撞系统，容易发生飞行冲突，防相撞飞行安全压力大；三是通用航空飞行区域主要集中在大中城市周边和机场密集地区，一旦发生事故危及国家公共安全的因素明显增多。在安全保障措施方面还不够完善，到目前为止，还没有将ADS-B技术作为低空通用航空的准入标准、以增强对低空空域活动的监视能力；国家空防安全与空管安全作为两个系统，其各自支撑的技术也没有进行战略性的融合；具备安全告警功能的可视化目视航图的开发利用还须进一步推进；也没有建立起能够对全国通用航空器、飞行单位及个人等进行查寻功能的公共服务平台。

2）空域管理体制不够健全，缺少统一规划

目前，中国仍然实行的是“统一管制、分别指挥”的四级航空管制体制。肩负着国土防空和为民用航空服务的双重任务，国务院、中央军事委员会空中交通管制委员会（简称“国家空管委”）领导全国的航空管制工作，由空军统一组织与实施。然而，中国的空域管理仍存在以下问题：空域管理体制不健全，缺乏对空域资源的统一规划；对低空活动的“低慢小”目标，“一管就严，一放就宽”的现象比较普遍，影响了中国低空空域管理改革的深化和通用航空相关产业的发展。

3）低空空域划设不够合理，使用不够灵活

中国现行低空空域划设方面存在如下问题：一是考虑地域、用户及立体空间因素不够，造成空域用户或管制单位之间协调移交频繁，增加了管制负担和差错率，容易造成低空空域使用不灵活。二是低空空域划设方法不科学，造成管制空域过大，监视、报告空域过少或过小，且呈零星、孤立分布，必须划设低空目视航线才能连接三类不同空域，低空飞行极易受到航线流量瓶颈的制约。

4）低空配套建设不完备，难以适应改革需求

中国对低空空域的现行管理相对较严，受装备技术条件的限制，“低慢小”目标往往处于现有雷达探测盲区，加之低空空域管理相关配套建设不完备等因素限制，使得国内对低空空域的管理，缺乏有效地采集、编辑和进行空域评估功能的数字化信息系统，对空域进行分类、飞行计划处理、气象及航行情报批处理等方面的管理能力不强，难以适应低空空域管理改革的要求。例如，军民航低空用户所关注的飞行服务站的建设仍处于基础设施阶段，还未真正形成综合有效的运行管理和保障服务体系。

5）制定政策法规缺乏统一规范，军民航法规标准有待融合

近年来，有关通用航空发展及低空空域管理改革的各种利好政策相继出台。例如，2012年国务院发布的《关于促进民航业发展的若干意见》，提出通用航空实现规模化发展、构建通航产业体系的规划方案；2013年中国人民解放军总参谋部和中国民用航空局（简称“民航局”）联合发布的《通用航空飞行任务审批与管理规定》，重点对通航审批与管理进行了规范；2016年国务院办公厅发布的《关于促进通用航空业发展的指导意见》，为促进通用航空发展提供了政策指引；2019年，为积极推进通用航空“放管服”改革及分类管理，持续服务通航企业，仅一年时间内，民航局连续出台了19项政策。然而，具体运行层面的规范性条文，因军民航法规标准没有完全融合，各地掌握标准也不统一，使得各通航企业有时难以遵循，与通航的快速发展不相适应。

6）专业能力素质不强，培养力度有待加强

通用航空有关人员，必须经过航空法规和航空专业知识培训，并取得相应资格认证和执照，方可从事通用航空飞行活动。民航局下发的《通用航空飞行人员执照和训练的管理规定》，对通航单位的执照管理和训练管理工作进行了明确和规范。但由于中国通用航空发展起步较晚，全产业链专业培训机构较少，航空飞行人员不能满足通用航空从业人员的学习培训要求，专业能力素质普遍不高，难以胜任岗位任职需要，且短时间内很难取得较大进展，这严重制约了通用航空的发展。

总的来说，中国低空监视雷达的研制生产仍处于较低水平，与国外先进的低空监视雷达技术还存在较大差距。