微波光子相控阵的技术分析与展望

  随着信息技术的发展，未来战争将在大纵深和立体化作战空间下展开陆海空天一体化的作战行动，其将具备超远程、全天时、全天候、快速、灵活和精确的特点。高度发达的信息获取、控制和使用将是未来战争的必备。因此，未来实现探测感知的雷达设备必须具备“信号的宽带接收与处理、信息的泛在感知与接入”的能力。

微波光子技术自上世纪九十年代初发展至今已向人们证明了其强大的宽带传输与处理能力。2014年3月发表于《Nature》的“基于光子技术的全数字雷达”研究成果获得了“光子学照亮雷达的未来”的高度评价。中科院电子所、南京航空航天大学于2017年5月、6月先后发表于《Optics Express》的微波光子成像雷达更是向我们展示了该技术相比于传统电子手段在微波成像精度、处理速度和时效性上的巨大优势。然而，在这些成果中，其雷达形态仍为单通道而非相控阵体制。

雷达在数十年的技术发展过程中，可以说是通过阵列化才实现了能力的跨越式提升，包括在威力、抗干扰及可靠性等多个方面。相控阵雷达经历了从无源到有源、模拟到数字的架构变化，现已在探测感知领域发挥着不可替代的作用。未来，相控阵雷达还将向着大空域覆盖、高精度测量以及同时多波束等方向发展。然而，现有的主流数字有源相控阵雷达在应对日益提升的大带宽、高灵活性、低复杂度和低能耗需求时，已日渐力不从心。

如何充分发挥微波光子技术的优势，开发能够有效应对未来战争需求的新一代的相控阵雷达，已成为近年的研究热点和难点。

针对该问题，中国电子科技集团公司第十四研究所天线与微波技术国防科技重点实验室周志鹏首席专家带领的团队创新性地提出了微波光子相控阵雷达架构，分析了改体制的技术优势及工程实现的关键点，并给出了未来发展的技术路线图，从而为新一代“宽带、泛在、实时、智能”的探测感知系统的设计实现提供了重要的参考信息。

该工作已发表在《雷达学报》2019年第2期“微波光子雷达技术”专题“微波光子相控阵的技术分析与展望”（高晖，邓晔，张金平，周志鹏）。

图1 未来相控阵雷达发展需求

该文首先从四个方面论述了未来相控阵面临的技术需求（图1），并阐明现有的数字阵列在应对上述需求时面临的技术挑战。随后，从微波光子技术优势出发，该文提出“射频光拉远、处理下阵面”的思想，并由此构建了微波光子相控阵雷达架构（图2）。针对此架构，文章从信号的产生、传输、处理等方面详述了其技术优势。接下来，作者按照芯片、元器件、链路、系统等层层递进的思路，给出了每一部分在工程实现时需着力解决的关键问题。并在文章最后给出了微波光子相控阵雷达开发的技术路线图（图3）。

图2 微波光子相控阵雷达架构

图3 技术发展路线图

                                                                                                             本文来源：雷达学报