2022年军用雷达产业分析报告 相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列

  • 来源:中航证券
  • 发布时间:2022/10/20
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军用雷达产业分析报告:国防信息之魂,现代战争之眼。军用雷达是用于军事目标的雷达,是一种利用电磁波探测目标的军事设备,它通过发射电磁信号并接收从目标反射回来的信号测量目标的位置参数、运动参数并提取目标的有关技术。军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置,它是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一,是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要视觉传感器,因此在警戒、侦察、敌我识别等方面获得了广泛应用。雷达系统主要包括:产生高功率辐射信号的雷达发射机;向空间辐射信号和接收从目标反射信号的天线;将微弱的接收信号进行放大滤波和变换的雷达接收机;对...

一、发展现状——相控阵引领技术体制发展,我国已迈入国际先进行列

军用雷达发展历程

从20世纪初诞生以来,雷达技术已经走过了70多年的发展历程,先后经历了二次世界大战、冷战军备竞赛、新军事革命等不同历史因素的促进并经受了考 验,雷达技术的体制、理论、方法、技术和应用都已得到很大的发展,先后经历了简单脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达、数字阵雷达等重要发展阶 段。针对下一代战争的特点和态势感知系统完成远程探测、稳定跟踪、精确制导和武器攻击的使命任务,未来雷达系统需要具有体系协同、多功能多任务、 精细处理、智能决策的能力。

军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径

目前雷达主要有脉冲多普勒(信号形式方面)、相控阵(扫描方式方面)和合成孔径(信号处理方面)三种主流技术体制,这三种体制对雷达的发展影响深远。脉冲多普 勒雷达是通过脉冲发射并利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达;相控阵雷达是指通过计算机控制各辐射单元的相位,改变波束的指向进行扫描的雷达;合成孔径雷达 是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。脉冲多普勒技术和合成孔径技术主要侧重于雷达信号形式 及处理,属于对前端信号的分析处理,而相控阵技术核心主要是体现在雷达前端,因此相控阵技术可以和脉冲多普勒、合成孔径技术组合使用。目前合成孔径相控阵雷达、 相控阵多普勒雷达已经在军事上获得了成熟的大量应用。

相控阵雷达是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵,具有波束切换快、抗干扰能力强等特点,可同时跟踪多个目标,具备多功能、强机动性、高可靠性能力,开始逐渐 取代传统的机械扫描雷达,成为当今雷达发展的主流。相控阵雷达根据天线的不同分为无源相控阵雷达和有源相控阵雷达。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接 收机,发射机产生的高频能量,经计算机主动分配给天线阵的各个单元,目标反射信号也是经各个天线单元送达接收机统一放大;有源相控阵雷达的每个天线单元都配装 有一个发射/接收组件(T/R组件),每一个T/R组件都能自己发射和接收电磁波,因此在频宽、功率、效率以及冗度设计方面均比无源相控阵有巨大优势。

机载有源相控阵雷达是目前国际上最为先进的一种火控雷达,其目标追踪/搜索能力、高分辨率、强电子干扰和高数据通信能力等优势,远远超过了传统机械扫描体制的雷达,其应 用将成为未来军用飞机的标准配置,以适应未来空战的需求。军用雷达最重要且技术水平最高的应用领域是机载雷达,机载雷达的技术升级牵引着军用雷达的性能和技术体制的持续 创新。美国已全面将现役F-15C、F-15E、F-18E战斗机雷达升级为有源相控阵雷达,并已在下一代驱逐舰上装备有源相控阵雷达。根据Forecast International分析,2010年2019年全球有源相控阵雷达生产总数占雷达生产总数的14.16%,总销售额占比25.68%,整体来看,有源相控阵雷达的市场规模仍较小,替代市场空间巨大。根据Strategic Defense Intelligence发布的《全球军用雷达市场2015-2025》预测,2025年机载雷达与陆基雷达将合计占据超过50%的市场份额,机载雷达有望成为占据市场比重最大产品。

中美军用雷达发展现状——我军后起发力,已迈入国际先进行列

我国雷达技术经过几十年的艰苦奋斗,已发展为雷达大国和雷达强国。每年例行举办的系列国际雷达会议,我国是与美国、英国、法国和澳大利亚并列的5个轮流主办国之一。在三坐标雷达、低空雷达、 机载预警雷达、数字阵列雷达、相控阵雷达和精密跟踪雷达等领域都迈入了国际先进行列。美军引领了世界军事科技的发展,在雷达领域更是遥遥领先。以F35机载雷达为例,F35飞机的综合电子战系统 (IEWS)具有雷达告警、信号收集和分析,被动式辐射定位和电子对抗能力,该综合电子战系统综合了机载AN/APG-81有源电扫描相控阵雷达(AESA)、通信、导航、识别系统(CNI)和光电分布 式孔径系统(EODAS)。在工作中,F35可利用其综合电子战系统中的雷达告警接收机(RWR)与其机载雷达相配合工作,雷达告警接收机能为雷达提供敌机精确的目标方位指示,既提高了雷达的工作 效能,又缩短了综合电子战系统的反应时间。

二、驱动因素——技术需求牵引、信息化建设驱动、承载平台放量

军事需求驱动技术不断进步

现代战争中信息权控制的重要程度持续提升且国防信息化持续深入推进,推动军用雷达技术快速更迭。以机载火控雷达为例,机载火控雷达系统体制经历了脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、无源相控 阵雷、有源相控阵雷达、数字阵列雷达的发展历程。在机载火控雷达探测目标方面,随着F-22、F-35第五代隐身战斗机的服役以及下一代战斗机的研究,目标雷达截面积(RCS)不断减小。在机载 火控雷达探测环境方面,电子战技术蓬勃发展,电子支援设备(ESM)接收机灵敏度越来越高,电子对抗设备(ECM)干扰功率越来越强,干扰样式越来越灵巧。在机载火控雷达作战任务方面,机 载火控雷达正由单纯的雷达功能向雷达、电子战、通信综合一体化方向发展。在新兴技术方面,智能蒙皮、人工智能、分布式孔径、分布式协同探测等新技术日趋成熟,在机载火控雷达领域正逐步 走向工程应用。

国防信息化深入推进

一代战争全方位多层次多样式打击方式以及下一代战争态势感知平台体系需要雷达技术向远程探测、全维监视、精确识别、精准制导的新任务需求方向发展。美国防部2014年发起 “第三次抵消战略”,试图通过作战概念创新、颠覆性技术创新、武器装备创新,谋求在2030年以前进入信息化战争高级阶段以形成新一轮绝对军事优势。信息化战争高级阶段主要表 现为作战空间全域化、作战时间敏捷化、作战对象隐身化、作战平台无人化、作战方式协同化、作战效果精确化、作战背景复杂化。针对信息化战争高级阶段的特点和态势感知系统完 成远程探测、稳定跟踪、精确制导和武器攻击的使命任务,下一代雷达系统需要具有体系协同、多功能多任务、精细处理、智能决策的能力。军用雷达技术将在国防信息化深入发展的 大背景下不断迭代升级。 下一代战争

雷达承载平台加速列装——探测与制导市场快速发展

有源相控阵雷达作为军事信息化的核心技术,直接受益于精确制导与军用雷达承载武器平台下游市场的扩张。经过多年发展,有源相控阵技术逐步成 型,已广泛应用于机载、舰载、车载与星载领域。探测:历经40余年的发展,当前有源相控阵技术已在全球陆基防空雷达、舰载雷达、机载SAR、战 斗机雷达,以及天基SAR等作战系统广泛应用。制导:现代战争精确制导化,导引头决定整个精确制导武器更新换代的方向,有源相控阵雷达导引头 未来将逐步替代无源相控阵雷达成为弹载武器的倍增器。有源相控阵精确制导体制是近十年全球发展起来的精确制导新技术,兼有毫米波高精度、抗 干扰的优势和相控阵波束指向灵活等特点,能够提高导弹在复杂电磁环境下对高机动目标的打击功能和命中概率,提升装备的攻击效率和效费比,是 目前精准打击型武器中最前沿的技术之一。随着国家对军队的实弹训练要求不断提升,军事训练、演习等对装备的消耗量也不断增加,弹载雷达面临 较大的市场空间。

雷达承载平台加速列装——导弹采购数量提升,弹载雷达需求同步旺盛

国内导弹需求景气度高涨,弹载雷达等中上游配套产业同步旺盛。随着我军实战化训练要求的持续提升,在军用装备库存补充需求驱动下,我军精确制导武器订单需求将 持续向好。同时近年来随着我军机械化信息化智能化加速推进,一批达到世界水准的海陆空天国产武器装备平台列装部队,带动了新一代精确制导武器需要配套跟进。末 制导有源相控阵雷达具有作用距离远、精度高、命中率高、全天候探测等特点,在精确制导武器中获得了广泛运用,未来装备放量、渗透率提升共同带动弹载相控阵雷达 高速发展。

三、军用雷达产业链

军用雷达产业链全图

军工电子产业链可概括为上游元件和器件、中游组件和微系统以及下游整机。雷达系统主要由天线、发射机、接收机、信号处理机、数据处理机和显示器等若干分系统构 成。发射机作用是产生雷达信号;天线的主要作用是发射和接收雷达信号;接收机作用是接收到目标反射回来的回波信号;信号处理机主要作用是消除不需要的杂波信号 和干扰,加强所关注的目标回波信号,确认是否探测到了目标,并获得雷达至目标的距离;数据处理机主要实现数据记录、自动跟踪、目标识别等功能。

T/R收发组件——相控阵关键核心部件

高性能、高可靠、低成本的收发组件(T/R)是雷达的核心部件,造价占整个雷达系统造价的主要部分,其性能和质量优劣直接关系到整个雷达质量的好坏。有源相控阵T/R组件是指在雷达或通信系统中用于 接收、发射一定频率的电磁波信号,并在工作带宽内进行幅度相位控制的功能模块,是有源相控阵雷达实现波束电控扫描、信号收发放大的核心组件。整个雷达系统由成百上千个辐射器按照一定的排布构成, 每个辐射器后端均连接一个单独有源相控阵T/R组件,在波束形成器的控制下,对信号幅度和相位进行加权控制,最终实现波束在空间的扫描。因此,有源相控阵T/R组件的性能参数直接决定相控阵雷达系统 的作用距离、空间分辨率、接收灵敏度等关键参数。此外,有源相控阵雷达需要数量众多的T/R组件共同构成有源相控阵阵面,有源相控阵T/R组件的性能也进一步决定了有源相控阵雷达系统的体积、重量、 成本和功耗。根据雷达的不同工作环境和不同性能要求,有源相控阵T/R组件的构成形式不尽相同,但其基本结构一致,主要由数控移相器、数控衰减器、功率放大器、低噪声放大器、限幅器、环形器以及相 应的控制电路、电源调制电路组成。在各模块的成本构成中T/R组件占有重要比重,而射频芯片在材料成本中占有重要比重。近年来,随着新材料的应用、产品结构形式的改善、工业化技术的应用推广,T/R 组件成本逐渐降低,为产品的广泛应用提供基础。

报告节选:


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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