70年雷達探索，中電14所光子雷達再創佳績，鍛造“三軍之眼”

F-22

美軍的五代隱身戰機F-22出道以來，憑藉一身的隱身技術，超巡航能力，一直都是各國防空系統的噩夢，俄羅斯與美國打交道的時間最長，對F-22提出最為簡潔有效的應對方案——“天空”-Y米波雷達，列裝後能夠讓F-22“顯形”。一般而言，普遍的隱身電磁波段在0.3~29G赫茲的範圍內，而米波雷達恰好避開了這一波段，探測隱身飛行器是小菜一碟。

現代隱身飛機技術和反隱身探測技術，就如同1名士兵手中的長兵與盾牌，同時出現，同時作用於一方的整體戰力。為了探測隱身飛機，各國都不敢忽視相關雷達技術的研發進度，如果有研發實力的話。如果沒有，就只能期望盟國有。所幸，我國在這一方面的成果1不小心就獨佔了鰲頭——是當前世界上唯一具有反隱身先進米波雷達的國家。這話由中電科首席科學家、反隱身雷達技術總設計師吳劍旗，在2018年央視節目上提出。

吳劍旗總師所説的先進米波雷達，指的是使用三座標定位技術的米波雷達，最具代表性的米波三座標雷達，當屬俄羅斯的“東方”-E、“天空”-Y，德國圓陣列雷達、法國綜合脈衝孔徑雷達等。在這一方面，俄羅斯技術經驗最豐富，最有發言權。但是，據介紹，綜合來看，“天空”-Y並不算是標準的三座標雷達，因為它只是在傳統兩座標雷達基礎上加裝了一部垂直測高雷達天線，而我國的三座標雷達技術手段，僅用一組天線就解決了三座標測距定位問題，這也是我們被稱為“唯一具有反隱身技術的先進米波雷達的國家”的原因。

“天空”-Y雖然因體積重量過大而不便機動，但是對低仰角空域的探測水平有所提高，測高性能也優於傳統兩座標米波雷達。此外，“天空”-Y能夠有效對抗強電磁干擾，能夠正常進行識別、測距、定位、跟蹤隱身飛行器的任務，並向控制指揮系統發送信息。吳劍旗也表示，米波雷達克服缺陷之後，在反隱身技術方面必將成為國之重器。

中國雷達

不同於歐美國家所偏愛的微波雷達，米波雷達精度雖然不及微波，但對致力於減少雷達橫截面的隱身飛機來説，米波雷達具備一些先天優勢。專家表示，電磁波的一些特性對飛機外形不敏感，國際上公認的結論説法是，隱身飛機的雷達橫截面，在米波“看”起來，要比微波“眼中”的，要大2-3個數量級，即100倍至1000倍，這是在雷達橫截面削弱雷達波存在疏漏的前提下。如果是B-21、轟-20這樣所謂的全波段隱身飛機，那麼先進米波雷達也無法了，但對付F-22還是綽綽有餘的。

今年5月“防務世界”消息稱，委內瑞拉持有的中制JY-27型米波雷達，探測到接近該國領空的1架美國隱身戰機F-22，並向美空軍發出警告，如遇侵犯2，將隨時準備向美國戰機發動無差別打擊。據悉，JY-27型遠程預警雷達可探測到半徑500公里範圍內的隱身飛行器。2016年2月，國內消息稱，該型雷達成功探測並追蹤了1架自日本飛往韓國的F-22戰機。

而我國的先進米波雷達發展至今，不僅拓展了用途，加入了有源相控陣、超分辨率等最新技術，體積和重量也得以控制，提供了裝置機動部署的可能性，可覆蓋區域增加，測量與探測水平都有所優化與提高，電子對抗能力也得到展現。雖不能成為防空組網中的精鋭，卻能夠作為中堅力量在對隱身飛機作戰中發光發熱。

也因為設備部署的可機動性，敵方若想設計提前摧毀並不容易，最有效的對策就是進行干擾，讓米波雷達的探測功能失敏或失效。而三座標米波雷達因改善了傳統雷達的定位不夠精確的問題，而讓一度忽視米波雷達效果和潛力的西方國家一時間警鈴大作，美國就在2018年的海軍預算中撥出20億美元專款，針對反先進米波雷達的技術，對新型干擾機的功能進行補充。這一舉措立意就十分明顯了。

業界認同的反隱身技術的未來，在於“光子雷達”——顧名思義，光子雷達，是利用光波、光子實現雷達探測的一種途徑，一般通過激光技術實現。這也是我們今天的主角——南京大學新聞網10月9日消息稱，我國超導陣列單光子探測器研究傳來喜訊，在低空大氣層等複雜環境條件下，展現出高靈敏、高精度、高速率的實操水準，對數百公里外移動或固定的小目標，實現實時跟蹤探測的技術操作。

據我國專利“一種超導分型納米線單光子探測器及其備制方法”的技術説明介紹，這種超導單光子探測器，全稱為超導分形納米線單光子探測器，納米線的分形排布具體體現在，由最小結構單元皮亞諾曲線、若干最小結構單元連接而成的地層結構、以及分段結構組成的三級結構構成；其特徵在於，納米線以氮化銀超導材料為基，構成二維列陣式佈局天線。

超導納米線單光子探測器，興起於21世紀，相比舊式二極管探測器和光電倍增管，具有快速、高效、計數率高、時域抖動小的優異特徵，這得益於超導材料獨特的光信號轉化性能，將光信號轉化為電信號，再使用電信號實現信號計數。目前為止，該型光子探測器在對單光子的探測效率高達93%，理論適用於各種超導材料。當前研究難點在於，2個光子如果相互垂直，則儀器對信號的吸收效率達不到預期。

光子是光的基本粒子、最小單位，也是電磁輻射量子，與波長1~10m的米波、1mm~1m的微波這類無線電波有本質不同。單光子的靈敏度屬性，能夠將雷達系統的性能發揮到極致。目前，我國超導單光子探測器的技術水平，在超導單光子學研究所研究員團隊的多年努力下，光學口徑已由最初的9微米縮小到300微米，整體技術水平達到世界先進，部分指標領先世界。

我國在雷達技術上的探索，自建國起，就一刻未曾停歇。1949年，還屬於無線電廠的14所，就踏上了雷達技術的鑽研之路，從修配、仿製，到研發、創新，走出了一條我們並不陌生的成長之路。於1965年，14所誕生了我國第1台微波雷達。1964年出台的640指示，後成為我國反導項目代號，指導研發了7010超遠程相控陣預警雷達，高20米，寬40米，能夠探測到3000公里範圍內的物體。

1979年，14所再次接到雷達研發任務。此時，14所研發人員們經過多年的潛心研究，已逐漸顯出厚積薄發之勢，在沒有借鑑技術的情況下，吃透上百個課題之後，提出了中國自己的脈衝多普勒雷達整機框架。1989年，誕生了第一台產權自主的機載脈衝多普勒火控雷達。同年，14所開始討論艦載有源相控陣雷達方案，於1997年正式立項。

這一艦載雷達系統的研製成功，使我國成為第3個擁有這一技術的國家，與美俄同台競技，領跑世界先進雷達技術。而在2009年“空警2000”的出場後，我軍大型預警機雷達的空缺得到補充。至此，我軍基本建成包含“空中警眼”、艦載雷達、機載雷達、防空雷達在內的“三軍之眼”雷達體制，逐步完善全方位的立體防禦之門，不斷維護協同作戰能力、提升全域作戰水平。

2015年，我國大口徑超導單光子探測系統，在空間碎片的探測研究中，成功在距離2千公里的軌道上發現0.04平米的空間碎片，彌補了小空間碎片領域高精度探測履歷中的空白。2017年，我國研究人員進行了光子編碼，通過光子數分辨功能，提升了光子探測系統抗背景光干擾的能力，對複雜氣象條件下的長距離探測實踐提供了幫助，實現了70公里內的穿雲透霧等探測技術。

2019年，我國首次將高精度超導陣列單光子探測器，用於地月激光測距實驗中，併成功得到5組回波反射信號，測得數據精度，達到國際先進水平。今年年初，在這一單光子探測器的基礎上，發展出的紅外成像系統，首次實現紅外二區波段的三維多色熒光壽命成像。此外，超導單光子探測技術還廣泛應用在衞星激光測距、激光通信、量子信息等領域。

量子雷達

今時今日，14所已經不僅僅是一個利國的國防單位，在長時間的科研歷練當中，研究員們也有一些利民的思考與創意。比如，能夠實現自如動作的“意念手”，目前正在產業化。“蜘蛛網”小型操作，單人即可攜帶操作，能夠識別低、小、慢等飛行物，是“暗殺”類無人機等飛行器的終結者。還有微波光子技術在雷達上的應用，能夠為民航飛機提供高分辨成像服務，對C919國產飛機、復興號機車等重大裝備領域都有幫助。

而此次超導單光子探測器方面進展，也令不少人回想起2018年珠海航展上曾展示的單光子“量子雷達”技術——我國領先世界的又一先進技術。這也是單光子探測技術，必然會衍生出的一個分支。航展所示量子雷達模型中，包括激光發射器、接收器、以及可提供超導環境的液氦杜瓦罐。我們從單光子探測的運作原理，也能看出兩者之間的息息相關。

單光子激光脈衝由激光發射器發出，當目標被照射，單光子信號即被接收器收回。信號經過處理後被放大器放大，傳送至計數器、示波器，累計後完成目標信號的逐步顯影。區別在於，2015年的單光子激光雷達實驗中，研究進展到探測百公里外慢速移動大目標的水平，到如今，我國超導單光子技術已經達到數百公里外的小目標動靜狀態的實時跟蹤探測，這是光子雷達的一大步。

當年美軍煊赫一時的F-117，落馬於俄製P-18米波雷達與S-125防空導彈的聯合防禦，就證明雷達技術是防空反導的基礎項，即使短時間內不會直接光子反導，也將為現有的防空反導系統，提供更為行之有效的一手信息，即時指令。而我們的科研人員，仍在夜以繼日地強化這一領域的技術優勢。是他們為我們揹負了國與家，我們才得以安居。致敬。（貓爪）