软件定义孔径：雷达技术的新突破？

雷神公司正在用所谓的“软件定义孔径”重新定义雷达，通过安全的软件升级使单阵列雷达功能更加强大和灵活。在灵活的分布式阵雷达（FlexDAR）, 结合数字波束形成、网络协调和精确时间同步，以单个阵列同时执行多项任务——包括监视、通信和电子战。它可以搜索空中的无人机，跟踪来袭的弹道导弹甚至是高超音速飞行的导弹，可以与其他传感器通信，可以提示对威胁的反应。它可以使用单个阵列同时完成所有这些操作。雷达发展的这种数字化转型在陆地、海洋、空中、太空和网络空间等领域都带来了好处。“灵活分布式阵列雷达”是海军研究实验室提出的构想，旨在演示全阵元数字波束形成（every-element digital beamforming，EEDBF）的天线阵列与网络协调和精确时间同步结合在一起所形成的各项新质和高级能力。全阵元数字波束形成是一项新兴技术，可带来天线能力的巨大飞跃；当它与网络协调和精确时间同步结合在一起时，将赋能各项新质和高级能力。再加上灵活的数字处理，将提供许多远远超出传统阵列和雷达系统的、令人向往的能力。

FlexDAR是在美国海军“电磁机动战指挥与控制”（EMC2）项目下开发的，同时也是“集成桅杆”（InTop）项目的组成部分。开发FlexDAR是为了展示将数字技术迁移到传感器前端附近所带来的好处。2014年2月，雷神公司被授予一份价值850万美元的合同用于设计灵活分布式阵列雷达(Flexible Distributed Array Radar简称FlexDAR)。该项工作的关键是开发数字天线，用于雷达、通信和电子战发送和接收射频信号。将数字技术前移至雷达前端将使得雷达的重构性更灵活，最终可以实现灵活动态的多功能雷达。FlexDAR是InTop项目的一部分。

该公司的第一个实验传感器的测试已经在进行中。海军研究办公室已在弗吉尼亚州的 NASA Wallops 飞行设施安装了柔性分布式阵列雷达（FlexDAR）。FlexDAR 是一个数字测试平台，它有两个先进的相控阵雷达，配备数字波束形成、通信和网络连接的分布式雷达跟踪。它将用于测试最终将部署在雷神导弹与防御公司制造的其他雷达上的新功能。FlexDAR 是相控阵雷达系统开发的新顶点，它将改善军事通信并实现雷神公司的多任务雷达愿景。FlexDAR概念并不是开发一种新的雷达产品，而是为能够集成到未来海军空中与地面监视雷达的技术和概念开发一种试验平台。功能包括实现每个雷达单元级数字波束形成，结合网络协同和精确时间同步。通过同时多基地驻留增强跟踪，改进对杂波目标的检测以及更大的可用性。雷声公司建造了两部相同的多功能阵列天线，将来会安装到NRL进行演示。FlexDAR根据ONR的电磁机动战指挥与控制（EMC2）项目实施开发，旨在展示数字技术更靠近传感器前端应用的优势，由两部采用了数字波束形成、通信与网络连接、分布式雷达跟踪等技术的试验型相控阵雷达组成。FlexDAR的孔径能一次应用其大部分工作频段，并可在未来通过软件升级等方式进行扩展。

 FlexDAR 这样的智能传感器会随着战场空间的发展而进行调整。它们收集有关周围物理、电磁和环境条件的数据，并且可以在无需操作员干预的情况下适应不断变化的环境。Raytheon Missiles & Defense 总裁韦斯·克雷默 (Wes Kremer) 表示，他们正在利用 21 世纪的创新技术，以前所未有的速度向客户提供先进、安全的传感器。他说，硬件受限和一次性使用的雷达的时代早已一去不复返了，他们希望在整个业务中采用这种功能。

软件定义的孔径需要高的功率和效率，军用级氮化镓（ GaN）以小封装提供最大功率，是其最先进传感器的支柱。雷神公司创建了每个芯片的构建块，并编写了可重复使用的代码，使他们的系统在陆地、海上和空中拥有优势。该公司是最早成熟并将 GaN 技术注入美国国防部系统的公司之一。现在，它正在提供下一代 GaN，它将在紧凑型雷达电路中提供更好的性能和可靠性。美国海军研究办公室的项目官员Bradley Binder博士表示：“FlexDAR是海军技术部门与工业部门伙伴之间的一次非常成功的合作。此次交付的FlexDAR样机将作为数字试验台，基于该试验台将率先开发出用于地面、海上和空中平台的下一代能力。”

7月29日，美海军研究实验室宣布，该实验室已于今年早些时候完成了“灵活分布式阵列雷达”（FlexDAR）的安装，并利用位于马里兰州切萨皮克湾和美国航空航天局（NASA）沃洛普斯飞行设施（位于弗吉尼亚州）的节点开始了演示验证。在分布式配置下运行时，“灵活分布式阵列雷达”在探测距离、跟踪精度和电子防护方面演示了显著的性能改善。每部雷达都工作在S波段、包含1008个阵元，都综合了每个阵元的数字发射与接收波束形成，都可在视野内同时形成多个全增益接收波束。这两套“灵活分布式阵列雷达”现在已投入运行，允许在未来数月和数年中开发和演示“灵活分布式阵列雷达”的全部能力。该雷达系统代表了分布式雷达技术的最新水平。

FlexDAR的开发工作早在2014年就启动了，从雷声公司近年来披露的内容来看，除了数字阵列和多功能一体化，FlexDAR还有一个重大的变革是采用了MIMO处理体制。

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