军工行业深度报告：电子探测系统：信息时代的“火眼金睛”.pdf

1 军工行业 深度报告 ： 电子探测系统 信息时代的“火眼金睛” 行业分类：国防军工 2019 年 02 月 14 日 股市有风险 入市须谨慎 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正 文后的免责条款部分 联系地址：深圳市深南大道 3024号航空大厦 29楼 公司网址： avicsec 联系电话： 0755-83692635 传真： 0755-83688539 中航证券金融研究所 首席分析师：李欣 证券执业证书号： S0640515070001 研究助理 ： 王宏涛 证券执业证书号： S0640118100010 电话： 010-59262519 邮箱： wanghtavicsec 研究助理：宋博 证券执业证书号： S0640118080024 电话： 010-59562534 邮箱： songboavicsec 投资要点 世界已经步入了信息化时代，以雷达为代表的电子探测系统在军用或民用领域应用广泛。 电子探测系统是以雷达为代表的探测设备以及伴随雷达应用产生的电子对抗技术的统称。在信息化时代，作战需求、民用需求一直驱动着电子探测系统的发展，因此电子探测系统在军民领域都有着巨大的发展前景以及广阔的市场空间。 未来战争环境的多样化、恶劣化和电子信息化，军事强国对下 一代雷达的整体工作性能和可靠性提出更高要求。 全球电子探测系统技术先进国家的产业政策、报告以及研究动向表明各国雷达技术的关注重点涉及了功能多样化、低成本、高性能和高可靠性的雷达；下一代的数字雷达；软件化雷达和智能化雷达；雷达芯片的材料、性能以及芯片在电子对抗的应用；在电子对抗技术方面，关注集中在雷达对抗领域，主要涉及到雷达与电子对抗装备综合一体化集成技术。 聚焦电子探测系统产业链核心部件技术发展趋势，细分领域有望成为投资重点。 通过聚焦于对电子探测系统产业链上核心部件技术发展趋势，可以预计在信息化时代， 数字 /一 体化设计；全数字化及多功能宽带 T/R 组件；小型化、高性能、低成本及可靠性强的 DSP 芯片； FPGA 芯片及氮化镓等先进芯片材料技术；多功能一体化天线阵面；高强度、低重量以及具有隐身性的特种材料；大功率、高可靠性、小体积质量的特种电源；高效率的后数据处理系统以及雷达软件化相关技术等领域将成为电子探测系统产业的发展重心，在产业投资中值得重点关注。 风险提示： 电子探测系统 核心 组件技术发展 不及预期 ； 市场规模增长不及预期 。 行业投资评级 增持 中航 军工指数 940.15 年初至今涨跌幅 13.07% 基础数据 上证指数 9.05% 深证成指 13.54% 沪深 300 13.00% 创业板指 8.91% PE 56.39 PB 2.27 数据截止 2019 年 2 月 14 日 近一年 行业表现 050001 0 0 0 01 5 0 0 02 0 0 0 02 5 0 0 06777778779771077117712771 8 -0 2 1 8 -0 3 1 8 -0 4 1 8 -0 5 1 8 -0 6 1 8 -0 7 1 8 -0 8 1 8 -0 9 1 8 -1 0 1 8 -1 1 1 8 -1 2 1 9 -0 1成交金额 军工指数 创业板指 上证综指 深证成指 沪深 3002 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 目 录 （一）电子探测系统的发展历程 . 4 1.1、电子探测系统定义及作用 . 4 1.2、电子探测系统的历史回顾 . 8 （二）电子探测系统的需求特点、技术原理及发展方向 . 12 2.1、技术体制分类 . 12 2.2、工作频段分类 . 17 2.3、总体发展方向 . 22 （三）海外电子探测系统发展趋势 . 23 （四）电子探测系统产业链 . 25 （五）电子探测系统行业投资热点 . 31 （六）风险提示 . 36 3 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 图 表 目 录 图表 1：雷达基本工作原理示意图 . 4 图表 2：常见雷达分类方式 . 5 图表 3：无线电通信对抗分类及工作原理 . 6 图表 4：光电对抗的分类及工作原理 . 7 图表 5：雷达侦察分类及主要设备 . 7 图表 6：雷达有源干扰原理示意图 . 8 图表 7：电子对抗的作用 . 8 图表 8：电子探测系统发展历程图 . 9 图表 9： E-8 型战场联合监视机 . 11 图表 10： E-8 传输的侦察图像 . 11 图表 11：合成孔径雷达成像卫星“长曲棍球” . 11 图表 12：脉冲多普勒雷达 . 13 图表 13：合成孔径雷达 . 14 图表 14：相控阵雷达 . 15 图表 15：相控阵雷达工作原理 . 15 图表 16：相控阵电子探测系统抗干扰措施及主要作用 . 16 图 表 17： 超视距雷达 . 17 图表 18： F-22 猛禽战斗机 . 18 图表 19: F-35 闪电 II 战斗机 . 18 图 表 20：米波雷达 . 19 图 表 21：毫米波雷达 . 20 图 表 22：激光雷达 . 21 图表 23：美国雷达及电子对抗项目的主要内容及承包商 . 23 图表 24：电子战使命 . 24 图表 25：电子探测系统核心产业链 . 25 图表 26： T/R 组件结构原理图 . 27 图表 27： DSP 芯片 . 28 图表 28： FPGA 芯片 . 29 图表 29：雷达软件化技术内涵 . 31 图表 30：雷达数字化设计发展方向及意义 . 32 图表 31： T/R 组件技术状况与未来发展方向 . 33 图表 32: 半导体材料的发展 . 34 4 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 （一）电子探测系统的发展历程 当今世界已经步入了信息化时代，无论是在军用或民用领域，电子探测系统已经走进了人们的生活。在军用上，多种形式的军用电子探测系统已经成为了当代信息化战争中主要的战场信息获取以及制电磁权争夺的技术手段。在民用上，电子探测系统也广泛应用于汽车防撞系统、船只导航、气象探测、通信抗噪等领域。作为信息时代中不可或缺的“火眼金睛”，电子探测系统技术的高低直接可以用于衡量一个国家的电子信息技术水 平，对国防以及民生都有着重要的意义。 1.1、电子探测系统定义及作用 电子探测系统是包含以雷达为代表的探测设备以及伴随雷达应用产生的电子对抗技术的统称。 雷达 雷达，是通过发射电磁波信号，接收来自其威力覆盖范围内目标的回波，并从回波信号中提取位置和其他信息，以用来探测、定位和有时进行目标识别的电子装备 ，是电子探测系统的主要构成。 图表 1：雷达基本工作原理示意图 信号处理发射机接收机收发开关 / 天线显示器目标资料来源： 华强电子网 ，中航证券金融研究所 如上图所示，尽管各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括 :发射机、发射天线、接收机、接收天线，处理部分以及显示器。另外还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。各部件具体功能及工作原理包括：发射机产生强功率高频振荡脉冲；具有方向性的天线，将这种高频振荡转变成束状的电磁波（简称波束），以光速在空间传播；电磁波在传播过程中遇到目标时，目标将受到激励产生二次辐射，而二次辐射中的小部分电磁波（即回波信号）会返回雷达，为天线所收集并传至接收机；接收机再将回波信号放大和变换后，送到显示器上显示 ，从而揭示目标的存在。 目标的距离是根据电磁波从雷达传播到目标所需要的时间（即回波信号到达时间的一半）和电磁波传5 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 播速度（即光速）相乘而得的；目标的方位角和仰角是利用天线波束的指向特性测定的；根据目标距离和仰角，可测定目标的高度；当目标与雷达之间存在相对运动时，雷达接收到目标回波的频率就会产生变化。这种频移称为多普勒频移，它的数值与目标运动速度的径向分量成正比，据此可测定目标的径向速度。 雷达的种类繁多，按照雷达的用途分类就可分为预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、机载雷达 、无线电测高雷达、雷达引信、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除去按照用途分类，其他常见的具体分类方式及内容可见下图表。 图表 2：常见雷达分类方式 分类依据 雷达种类 工作体制 脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、相控阵雷达、天 /地波超视距雷达、圆锥扫描雷达、单脉冲雷达、动目标显示 (MTI)雷达、逆合成孔径雷达、 MIMO 雷达、噪声雷达、频率 /极化分集雷达、双 (多 )基地雷达、无源雷达等。 工作频段 米波雷达、毫米波雷达、太赫兹雷达、激光雷达、 L 波 段雷达、 S 波段雷达、 X 波段雷达、 Ku 波段雷达等。 雷达信号形式 脉冲雷达、连续波雷达、线调频雷达、步进频雷达、编码雷达等。 角跟踪方式 单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描雷达等。 目标测量的参数 测速雷达、两坐标雷达、三坐标雷达、测高雷达、制导雷达等。 雷达采用的技术和信号处理方式 相参积累和非相参积累、动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达。 天线扫描方式 机械扫描雷达、相控阵雷达（相位控制电子扫描阵列雷达）。 搭载平台 地面雷达、机载雷达、舰载雷达、天基雷 达、航天器雷达、弹载雷达、无人机雷达、车载雷达等。 资料来源： 王小谟，张光义 .雷达与探测 信息化战争的火眼金晴 ， 中国产业信息网， 中航证券金融研究所 雷达在白天黑夜均能探测远距离目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，以及拥有一定的穿透能力，因此其功能在军事和民用上都具有重大的意义。 在军事领域，雷达具有三个重要意义，一是雷达具有检测目标是否存在，确定目标距离等参数的功能，如在现代战争中，军事雷达可以准确高效地探测敌方环境、军事装备等；二是军事雷达可以安装在飞机、军舰、导弹、航天飞船上， 作战平台驾驶员依靠雷达增加了有效摧毁敌方目标的几率；三是雷达具备测量先进武器的性能，对先进武器的研发有一定作用。 在民用领域，雷达可以广泛应用于社会经济发展（气象预报、资源探测、环境监测等）和科学研究（天体研究、大气物理、电离层结构研究等）中。 电子对抗 在电子探测系统中，电子对抗是伴随雷达等探测目标信息的设备发展而诞生的技术，是敌对双方为削弱、破坏对方电子设备的使用效能、保障己方电子设备发挥效能而采取的各种电子措施和行动。 电子对抗的实质是敌我双方为争夺电磁频谱的控制权（制电磁权）所展开的斗争 。制电磁权 ，如同6 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 制空权、制海权，是指在一定的时空范围内对电磁频谱的控制权。夺取了制电磁权就意味着己方能自由使用电磁频谱，不受对方的电磁威胁，并剥夺了对方自由使用电磁频谱的权利。制电磁权有时空性，在总体上处于相对劣势的一方，并不是一筹莫展，若科学指挥，合理集中力量，就能在某一时域或地域内，夺取局部的制电磁权。 电子对抗的基本手段主要包含“侦察与反侦察、干扰与反干扰、摧毁与反摧毁”，而具体的对抗手段按电子设备的类型主要可分为 无线电通信对抗、光电对抗和雷达对抗 三大类。进入 21 世纪以后，军队的电子化程度迅速提高，电子对抗作为 直接用于攻防的作战手段，形成了“陆、海、空、天、电”多维立体战，相比于无线电通信对抗以及光电对抗， 雷达对抗目前在电子对抗中占据当代核心地位。 (1) 无线电通信对抗 日俄战争被认为是第一次敌对双方都使用无线电进行通信联络的战争，最早的无线电通信对抗是无线电收、发信机件的单一通信对抗。无线电通信对抗是电子对抗的一部分，指敌对双方利用普通的无线电通信设备及专门的通信对抗设备，在无线电通信领域内进行的电磁斗争。其目的在于截获敌方无线电通信情报，阻碍或削弱敌方无线电通信，保障己方无线电通信设备有效地工作。无线电通信对抗主要 可以分为两种： 无线电通信反侦察和无线电通信干扰对抗 。 图表 3：无线电通信对抗分类及工作原理 无线电通信对抗 无线电通信反侦察 一是使用异常通信手段，或其它通信手段，向更高或更低的频率发展，使敌方无法侦收或改变频段进行通信。二是采用保密通信设备或进行无线电台伪装，实施佯动和欺骗。 无线电通信干扰对抗 按干扰性质的不同可分为压制性干扰和欺骗性干扰。压制性干扰用专门的干扰发射机发射的杂乱干扰，使受干扰的设备所收到的真实信号模糊不清或完全“淹没”在干扰之中；欺骗性干扰用 发射机发出假的电文或模拟敌方的无线电通信信号，以欺骗敌方，使其真假难辨，从而做出错误的判断和行动。 资料来源： 百度百科 ，中航证券金融研究所 (2) 光电对抗 光电对抗是指利用光电对抗装备，对敌方光电观瞄器材和光电制导武器进行侦察、干扰或摧毁，以削弱或破坏其作战效能，同时保护己方光电器材和武器的有效使用。光电对抗是现代电子战的一个分支，在未来战争中占有重要的地位。光电对抗包括可见光、激光、红外三个对抗领域。具体可以分为 光电侦察 和光电干扰 。 光电侦察具体可分为 光电主动侦察、光电被动侦察、激光侦察。 光电干扰具体可分为 有 源干扰、无源干扰、红外干扰。 7 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 图表 4：光电对抗的分类及工作原理 光电对抗 光电侦察 光电主动侦察 利用被侦察的光电设备光学系统的逆反射特性进行侦察。向对方发射辐射能，不同的光学系统对其反射的特性各异，根据逆反射特性便可侦测出对方光电设备的类型和性能。采用滤光探照灯进行搜索、捕获来自对方士兵的铜制品、吉普车的挡风玻璃或被动夜视设备（如双筒望远镜、步枪瞄准镜或照相机）的反射光。 光电被动侦察 利用探测器接收对方的光波辐射。例如，直接截获对方光电设备发射的主波束或 旁 瓣波束；利用目标或其他物体对光波的散射效应，截获对方光电设备的辐射；利用大气对光波的散射效应，截获对方光电设备的辐射。 激光侦察 将接收的激光信号变化变成电信号，并通过不同的信息处理方法来获取不同的信息并实现探测目的。激光探测技术按工作方式可分为直接探测和外差探测，按探测器结构可分为单元探测和多元阵列探测。 光电干扰 有源干扰 利用光电设备和器材，发射高能脉冲激光束，使对方光电设备的传感器变盲、 阻塞、甚至烧毁；发射各种红外、激光诱饵，诱骗对方光电跟踪系统。 无源干扰 利用本身并不产生 光频辐射 的干扰物，反射或吸收对方光波的一种干扰方法。无源干扰技术的效果好，方法简单，技术上容易实现。 红外干扰 通过辐射、散射或吸收红外光，或改变目标的红外辐射特性，扰乱或破坏敌 方的红外光电设备使用效能。 资料来源： 百度百科 ，中航证券金融研究所 (3) 雷达对抗 雷达对抗是指采用专门的电子设备和器材对敌方雷达进行侦察和干扰的电子雷达技术。主要包括 雷达侦察 与 雷达干扰 ，主要目的是获取敌方雷达的战术与技术情报，并采取相应的措施干扰敌方雷达的正常工作，减弱敌方雷达的作战效能。 雷达侦察是雷达对抗的基础与前提，即使用雷达侦察 设备接收敌方的雷达发射的信号，通过分析、识别、测向和定位获取战术技术情报并为雷达干扰奠定基础。从作战目的上看，雷达侦察可细分为 雷达情报侦察 与 雷达对抗支援侦察 。 图表 5：雷达侦察分类及主要设备 雷达侦察分类 作战目的 主要设备 雷达情报侦察 获取敌方雷达特征参数、性能参数、类型、用途及其对应的武器系统等战术情报，主要用于制定作战计划、研究雷达对抗技术及施行雷达干扰。 天线、伺服控制器、接收机、信号分选、处理器、显示记录设备等。 雷达对抗支援侦察 战时快速识别敌方雷 达信号并分析判断敌方雷达威胁性质，为作战指挥实施雷达预警、战术机动、引导干扰及指引杀伤武器等战术行动提供依据。 资料来源： 王小谟，张光义 .雷达与探测 信息化战争的火眼金晴， 中航证券金融研究所 根据干扰信号的产生机理，雷达干扰可分为 无源干扰 和 有源干扰 两类，无源干扰主要是利用干扰器材对雷达电磁波的强散射或吸收衰减特性产生对敌方雷达的电磁波干扰或改变目标回波的效果。主要设备包含箔条（干扰丝）、各种角反射器、假目标和雷达诱饵、反雷达涂层等。 8 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 有源干扰的工作原理较为复杂，它通过干扰发射机制造干扰电磁波，使其与 我方目标单位反射的电磁波同时进入敌方雷达接收机，以干扰敌方雷达的工作，让其无法对我方目标进行有效的检测与跟踪，主要设备包含天线、侦察接收机、干扰发射机和控制部分。 图表 6：雷达有源干扰原理示意图 干扰发射机敌方雷达我方目标单位资料来源： 戴幻尧 ,刘勇 ,黄振宇 ,张杨 .极化雷达导引头对多路径干扰的检测识别新方法， 中航证券金融研究所 综上，电子对抗在当今信息化战争中具有重要的作用。 图表 7：电子 对抗的作用 作用分类 具体内容 获取军事情报 通过电子侦察，可以获取敌方无线电通信的内容，查明敌方电子设备的有关技术参数以及兵器属性、类别、数量和配置位置等情报，从而可以判断敌军兵力部署和行动企图。 破坏敌方作战指挥 在陆、海、空军协同作战、坦克集群突防、飞机或般艇编队行动、空降作战、海上登陆作战以及军队被围时无线电通信是唯一的通信手段。有交地干扰、欺骗或摧毁敌人的无线电通信设备，可使其联络中断、指挥瘫痪，严重削弱敌军战斗力。 保卫重要目标 在机场、桥梁、指挥所等重要目标附近部署雷达干扰设备，干扰敌轰 炸机轰炸瞄准雷达，可以使其导弹失控。使用伪装器材对重要目标进行伪装，可以减少被敌人打击摧毁的机会。 保护己方电子设备正常工作 对已方电子设备和系统，采取多种行之有效的反侦察、反干扰、反摧毁等防御措施，对于保障作战任务的顺利完成具有重要意义。 资料来源： 百度百科 ，中航证券金融研究所 1.2、电子探测系统的历史回顾 在电子探测系统中，电子对抗技术是伴随雷达等电磁波通信探测设备的应用而产生的。雷达的发展促使了电子对抗技术的进步，而先进的电子对抗技术又敦促了雷达进行创新，因此雷达与电子对抗技术的发9 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 展历程是相辅相 成，密不可分的。 电子探测系统起源于 1864 年，由英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论； 1887 年德国科学家赫兹用实验证明了电磁波的存在； 1893 年，美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉 特斯拉在美国首次公开展示了无线电通信； 1904 年战争中首次出现了针对无线电通信的无线电通信对抗；综合来看，电子探测系统的发展大致可以归纳为四个重大时段。 图表 8：电子探测系统发展历程图 资料来源： 王小谟，张光义 .雷达与探测 信息化战争的火眼金晴 ，中航证券金融研究所 20 世纪初 20 世纪 30 年代：以通信对抗为主 1904 年的日俄战争，被认为是敌对双方都使用了无线电进行通信联络的战争，处于劣势的俄军在战争中通过火花发射机干扰了日军射击校准信号，成功躲避日军袭击，这是电子探测系统首次登上了历史舞台。这一时期所使用的电子探测系统仅局限于针对电话、电报等通信设备的通信干扰、通信欺骗等比较简单的技术，主要是以“通信对抗”的形式出现。 20 世纪 30 50 年代末：脉冲调制雷达，微波雷达，通信对抗（无线电测向干扰设备），雷达对抗（雷达侦察设备，有源雷达干扰设备， 无缘箔条干扰器材，电子侦察机），导航对抗等 30 年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达； 1936 年，美国研制出作用距离达 40km、分辨力为 457m 的探测空中目标的脉冲雷达； 1938 年英国在临近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方10 中航证券金融研究所发布 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责声明部分 【 军工 行业 深度报告】 飞机的早期报警雷达链；在第二次世界大战中，由于作战需要，电子探测系统中的雷达技术发展极为迅速，使用频段从几十兆赫提高到 500MHz 以上，大幅提高了雷达搜索和引导飞机的精度， 1939 年，英国发明了3000MHz 的功率磁控管，并将其应用在地面及飞机上装备的微波雷达上；二战后期 ，美国 MIT 致力于发展微波雷达，把磁控管的频率提高到 10GHz，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度，设计制造了包括SCR-584 炮瞄雷达、 SCR-720 飞机截击雷达、 AN/APQ-7 轰炸雷达等在内的 150 种雷达系统。由于制空权成为了二战中作战胜负的关键，雷达也就成为了作战飞机、舰艇的重大威胁，英美苏德等国也均投入大量的人力、物力和财力到电子探测系统中的雷达对抗技术，许多国家还组建了电子对抗专业部队。 20 世纪 60 80 年代末：脉冲多普勒雷达，相控阵雷达，合成孔径雷达，反辐射导弹，预警机，电子战飞机，光电对 抗等 为探测洲际弹道导弹，出现了相控阵列雷达，同时伴随半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用，雷达信号和数据处理的数字化革命完善了雷达自动检测与跟踪技术。美国林肯实验室研制了动目标检测系统，吉尔福兰分公司的 AN/SPS-48 系列 S 波段频扫体制三坐标对空搜索雷达的诞生标志着大型电扫相控阵天线和数字处理技术正式应用在雷达系统上。数字处理则开始应用于合成孔径雷达，实现了实时机载地图成像，高分辨力合成孔径雷达也开始移植到民用，并进入空间飞行器，可以提供大量的地理、海洋和地质状态信息。 与此同时，对电子探测系统中 电子对抗技术的忽视使美国空军在越战初期遭受到惨重的损失，美国重新把电子对抗装备的研制和生产放在首要位置。美军首先装备了两种雷达告警接收机，同时在飞机上加装干扰吊舱进行编队飞行，之后又研制出 AGM-54“百舌鸟”反雷达导弹，并在战争中得到应用。针对萨姆 -7红外导弹的弱点，美军还在战争中首次运用光电对抗手段，研制了红外告警和干扰机、预警机、箔条 /红外弹以及烟幕等光电对抗装备。 20 世纪 90 年代以来：新概念电子对抗装备，新体制雷达等 在这个时间阶段，由于军事技术领先的国家开始执行以信息为主导地向对手要害地带实施精 准打击的战争打法，电子探测系统出现了巨大的战场应用空间。美军在第一次海湾战争中，首次应用了安装在 E-8型飞机上的空军 /陆军联合监视目标供给雷达系统（ JSTARS）。该系统所用雷达是 AN/APY-3 型，具有合成孔径成像 /地面动目标显示功能， X 频段的相控阵雷达，像素分辨率 3.7m 3.7m，载机飞行于 9150m-12200m高空时，覆盖面积可达 50000km2/min。