军用雷达产业深度报告：国防信息之魂，现代战争之眼

2022年10月19日 国防信息之魂，现代战争之眼——军用雷达产业深度报告 行业评级：增持 分析师：魏永 证券执业证书号：S0640520030002 邮箱：weiy@avicsec.com 中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分 军用雷达的概念、分类、作用 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；对雷达信号进行处理、录取与显示的雷达终端设备；控制雷达天线转动，控制与录取天线波束指向数据的雷达伺服设备；雷达各分系统协调工作的频率综合器和定时器等。 简化的雷达组成方框图雷达工作原理 雷达发射机 典型雷达基本组成 双工器 发射/接收天线 雷达基本工作原理 电磁波 天线目标 回波 发射机双工器 接收机 终端设备 频率综合器与定时器 雷达接收机 伺服设备 电磁波发射过程 发射机双工器天线电磁波目标 终端设备 信号处理机 回波接收过程 终端设 备 接收机双工器天线 回波目标 军用雷达的概念、分类、作用 军用雷达的分类有多种方法，常用的主要分类方法有按功能、按技术体制、按工作波长、按承载平台等。军用雷达被称为现代战争的“千里眼”，是当前电子战和信息战的核心装备。当前先进的雷达不仅能够远程探测隐身飞机、弹道导弹、地上兵力、海上编队，还能够精确控制打击武器对目标跟踪制导，以及对重点区域进行连续的侦察监视，获取高清晰战场情报，融入“观察－确认－决策－打击”(OODA)作战流程环的程度越来越深，在信息化联合作战中发挥着举足轻重的作用。军用雷达的重要性主要表现在三个方面：①军用雷达是各级别作战指挥系统中能够实时、主动、全天候获取有关目标战场环境信息的探测手段；②军用雷达是各类先进作战平台不可或缺的组成部分，是实现远程打击、精确打击的必要手段；③军用雷达是评估各类先进武器系统和进行军事技术研究的测试手段。雷达作为战场侦察监视与情报搜索的主要战术装备，是战场态势感知和快速反应的主要技术途径，其性能与效能发挥决定我方力量战场战斗力和生存力。 军用雷达主要类型 近距空中支援 战略攻击 摧毁/压制敌方防空 美军F35机载雷达能完成多种作战任务 米波雷达 分米波雷达 厘米波雷达 毫米波雷达 激光/红外雷 达 按功能分类按技术体制分类 按工作波长分类 按承载平台分类 炮 火制位 控导侦 雷雷察 达达雷 达 电子战 夺取制空权 情报、监视、侦察 机地舰星载面载载雷雷雷雷达达达达 空目 中标 搜指岸 索示防 //雷 警引达 戒导 雷雷 达达 脉脉合单冲冲相成脉多压控孔冲普缩阵径雷勒雷雷雷 达雷达达达 达 机机机机机机载载载载载载火侦预气测测控察警象高绘雷雷雷雷雷雷达达达达达达 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 目录 1.1军用雷达发展历程 1.2军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径 1.3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 二、驱动因素——技术需求牵引、信息化建设驱动、承载平台放量 2.1军事需求驱动技术不断进步 2.2国防信息化深入推进 2.3雷达承载平台加速列装 三、军用雷达产业链 3.1军用雷达产业链全图 3.2T/R收发组件——相控阵关键核心技术 四、投资策略 4.1投资策略 4.2投资图谱 1.1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。 雷达发展历程 雷达技术发展历程与未来 初级阶段（上世纪前半叶，约50年） •飞机的发明和大规模应用于世界性战争，对飞机实现远距探测和告警的急迫需求，极大地刺激和推动了雷达技术的发展； •雷达体制由最初的双基地连续波、单基地脉冲发展为单基地相参脉冲体制；工作频段由VHF频段扩展至K频段；承载平台由地基扩展至机载；大功率发射、低噪声接收技术和信号处理理论都得到极大发展； 中级阶段（前半期，上世纪60至90年代，约30年） •相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达开始出现； •相控阵由无源发展为有源，合成孔径雷达观测地面目标的能力由静止扩展至动目标，脉冲多普勒雷达改善了下视能力，雷达工作频段由K频段扩展至Ka频段，承载平台由空基扩展至天基； 中级阶段（后半期，上世纪90年代至本世纪40年代，约50年） •以信息主导和远程精确打击为主要特征的新军事革命推动雷达不断演进， 协同探测/分布式/网络化雷达体制逐渐形成； •工作频段将由Ka频段扩展至太赫兹和激光频段；承载平台将由天基扩展到临近空间等平台；微波集成电路和数字处理等基础技术不断发展并应用； 高级阶段（未来大约40年以后） •共形数字相控阵雷达、双多基SAR、3维SAR、扁平网络化多站雷达等新体制雷达形成装备并经过实战检验； •这一时期新型雷达装备的主要特征将可能是3维多视角布局、多探测器复杂构型、和高维信号空间处理； 1.2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。 雷达发展的三种主流技术体制 技术体制 主要特征 工作原理 主要优点 脉冲多普勒 （PD）雷达 •20世纪60年代研制成功并投入使用，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的脉冲雷达，具有卓越的杂波抑制和从运动杂波中检测动目标的能力。 •当雷达发射一组固定频率的相参脉冲对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频移。根据多普勒频移的大小，可测出目标相对于雷达的径向速度；根据发射脉冲和接收脉冲的时间差，可以测出目标的距离； 目标，广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星 •脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在静止背景中的具有一定速度的活动 炸机和巡航导弹的有效军事装备。 跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备，已成为对付低空轰 •是指采用相控阵天线的雷达，通过改变雷达波相位来改变波束方向，其以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描阵列雷达。探测能力与阵列单元数量密切相关，相控阵T/R组件相控阵雷达的核心部件。 相控阵雷达 •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，具有快速而精确的波束切换及指向能力，能够在极短时间内完成全空域扫描。每个辐射天线单元都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收电磁波。 在空间实现信号功率合成。这些特点使得相控阵雷 功能，具有稳定跟踪多批高速运动目标的能力，有 控制能力，易于形成多个波束(跟踪多个目标)，可 •相控阵天线具有波束指向、波束形状的快速变化和达可完成多种雷达(搜索雷达、跟踪雷达、测高雷达) 很高的的可靠性。相控阵雷达又称为多功能雷达。 合成孔径 （SAR）雷达 •首次使用是在20世纪50年代后期，是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。 •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，也称综合孔径雷达。 •合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。 1.2军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径 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。 特点 有源相控阵 无源相控阵 机械扫描 多目标探测 能力 强 强 一般（搜索区域受限） 多目标制导 能力 强（6个目标） 强（4个目标） 一般（2个目标） 抗干扰能力 强 一般 一般 对抗能力 X波段侦收与 干扰 无 无 复合多任务 能力 有 无 无 同频兼容工作能力 强（兼容设 计） 一般（闭锁设计） 一般（闭锁设计） 低截获频率 （LPI） 有 有 无 工作带宽 宽带（2- 4GHz） 宽带 （300MHz） 宽带 （300MHz） 任务可靠性 高（500h） 一般（200h） 一般（200h） 优势 具体特点 多目标 利用电子扫描灵活性、快速性和按时分割原理和多波束，能同时搜索、探测和跟踪不同方向和不同高度的多批目标，并能同时制导多枚导弹攻击多个空中目标。 多功能 能够同时形成多个独立控制的波束，同时完成对多个目标的搜索、跟踪、捕获、识别、(飞机)引导、(导弹)制导及战果评估等功能，相当于多部普通雷达。 抗干扰 可以利用分布在天线孔径上的多个辐射单元合成非常高的功率，并能合理地管理，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰，有利于发现远离目标和小雷达反射面目标，还可提高抗反辐射导弹的能力. 快反应 对采用数控移相器的相控阵雷达，一般可在几个微秒内实现雷达波束形成和波束位置转换. 高可靠 天线阵由众多阵元组成，即使其中一个或几个阵元不能发射或接收，并无碍于雷达整体性能. 相控阵雷达与机械雷达对比及构成 有源、无源相控阵达和机械扫描雷达性能对比 有源相控阵雷达主要性能特点 1.2军用雷达主流技术体制——脉冲多普勒、相控阵、合成孔径 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