（1）雷达产品分类：雷达的电磁波有一定的穿透能力，具有全天候、全天时的特点，且发射功率大、探测距离远、测量精度较高、可自动搜索并跟踪目标，这些优势使它能在许多领域得到广泛的应用。

1）按应用领域分类：按照用途，雷达可以分成军用、民用两类。雷达早期发展主要来自军事需求。随着雷达性能的提高及雷达基础科学的发展，特别是高功率发射器件、计算机与高速信号处理技术的快速进步，雷达在国民经济中的应用范围也不断扩大，各种高性能的民用雷达获得了较快的发展。

①军用雷达：军用雷达是获取陆海空天战场全天候、全范围战术情报最主要的手段，是实现远程打击、精确打击的必要手段，在国防军事领域具有极其重要的战略地位，广泛应用于警戒、引导、武器控制、侦查和航行保障等领域。

②民用雷达：随着雷达技术的不断提高，雷达在民用领域的应用范围不断扩大，覆盖自然灾害预防、飞机导航、气象保障和气象研究等众多领域，在气象、水利、空管等领域发挥着重要作用，应用方向不断趋于细分化和精准化。

2）按天线扫描方式分类：按天线扫描方式划分，雷达产品可分为机械扫描雷达和相控阵雷达。二十一世纪初，我国雷达行业主要以机械扫描雷达为主，机械扫描雷达集中一个位置发射信号波，通过机械转台旋转，让信号波发射到不同的方向，探测不同目标，但其机械转动效率低，探测区域和探测目标有限，不再适应日趋复杂的电磁场发展方向。

近年来，相控阵技术在雷达领域逐渐拓展，与机械扫描雷达通过旋转天线使雷达波束转动不同，相控阵雷达使用“电子移相器”来实现扫描，因而相控阵雷达的反应速度、更新速率、多目标追踪能力、分辨率都有较大的提升，成为目前雷达行业发展的主要方向。相控阵雷达性能虽然优异，但其技术实现复杂、成本居高不下，因此在很长一段时期主要用于军事用途，价格昂贵是限制其在民用领域实现大规模应用的主要障碍。

3）按波段分类：按波段划分，主要可分为S/C/X等波段雷达（或者分为超视距、微波、毫米波、激光雷达）。波段越长，雷达的搜索范围越大，但是精确度也相对较低。

中国气象局出台的《气象雷达发展专项规划（2017-2020年）》指出，我国基本建成了全国新一代天气雷达网，截至2016年底已经完成了全国233部新一代天气雷达建设，其中基本属于S、C波段天气雷达。偏振雷达气象应用研究初期，科学家们研究主要集中在波长较长的S、C波段双偏振雷达，随着研究的深入，X波段双偏振雷达的优势逐渐显现出来，特别是最近十多年有关X波段偏振雷达气象应用的研究也越来越多。相对于波长较长的偏振雷达，X波段双偏振雷达不仅造价较低、天线体积小、易于操控和移动，而且时空分辨率高，对云中水凝物粒子相态识别也更加精细，能提供更为细致的云中微物理及动力结构信息，为云和降水的发生、发展机理研究提供更为精细的观测数据。

与S、C波段的新一代天气雷达组网观测相比，X波段双偏振天气雷达起填补盲区及精细化探测的作用，其具有以下几个特点：①波长短，对小粒子的探测能力好，可监测早期对流云的发展；②体积小，安装方便，可解决一些S、C波段雷达因地物阻挡、地球曲率因素而无法观测到区域的预警问题。由于在相同波束宽度下雷达天线的尺寸与波长成正比，S及C波段天线直径往往高达5~8米，而X波段天气雷达天线尺寸相对较小，站点建设、雷达架设均更为便捷。对于X波段相控阵天气雷达，其快速扫描特性更有利于对小尺度、生消变化快、致灾性大灾害性强对流天气的探测预警，其波束转换更为灵活，提高了扫描速度，同时在单位时间内也可以获得空间分辨率更为密集的扫描资料。目前X波段雷达能够弥补S、C波段天气雷达近地层的探测盲区。

综上，按不同划分标准，雷达分类较为丰富、复杂。目标多样化、环境复杂化和任务多元化决定了雷达种类的多样性，同时也促使了雷达体制、频段、理论和技术不断发展演进。

（2）相控阵雷达行业概况：相控阵雷达在20世纪60年代开始问世，当时的目的是为了实现对洲际导弹的预警。上世纪80年代，随着电子计算机、超大规模集成电路、固态功率器件、电子移相器等技术和产品的日趋成熟和成本的大幅度降低，以及数字波束形成、自适应技术、低旁瓣技术、智能化技术的不断发展，相控阵雷达得到了更进一步的应用，在已装备和正在研制的新一代中、远程防空导弹武器系统中大多采用多功能相控阵雷达，相控阵雷达已成为第三代中、远程防空导弹武器系统的一个重要标志。

经过近几十年的不断探索，不同用途的雷达逐渐开始采用相控阵技术。目前，军用雷达已经广泛地采用了相控阵技术，几乎所有的陆基、海基、空基和天基武器平台均装备了相控阵雷达产品，因此军事用途是相控阵雷达的主要应用领域。由于在各种天气现象的快速识别中显示出了不可比拟的优势，相控阵雷达受到世界上大多数国家和包括世界气象组织在内的气象、水文和相关学科的国际组织的高度重视，目前在民用领域的应用已处在起步阶段。

1）全球领域民用相控阵雷达概况全球领域民用相控阵雷达研究进展较快的主要国家为美国和日本：20世纪90年代初，美国国家气象局（NWS）与美国国防部（DoD）和美国联邦航空管理局（FAA）合作，部署了WSR-88D雷达，这是一种具有多普勒能力的机械扫描常规天气雷达，以满足美国主要气象监视需求。大约在同一时间，美国联邦航空局部署了终端多普勒天气雷达（TDWR），为易受微爆和风切变影响的美国大型机场提供专门的危害航空安全的大气活动探测。通过从1988年到2000年实施的气象现代化项目，美国已经完成了全国165部多普勒雷达的布点建设，覆盖美国大陆以及部分沿海海域和岛屿。此外，联邦航空管理局还在全美45个机场建成了专用于民航的高性能终端多普勒天气雷达。由于相控阵天气雷达相比于其他天气雷达或空管雷达在探测精度和快速反应能力方面具有较大的优势，美国正在开展研究部署通用相控阵的可行性，通过先进的相控阵雷达系统网络解决国家雷达基础设施的生命周期替代问题。

2002年，美国强风暴实验室联合多家单位把一部宙斯盾舰船上的相控阵雷达（SPY-1A）改装成相控阵天气雷达（NWRT），并进行了外场探测试验，这是天气雷达历史上的第一部具有相控阵快速扫描的雷达，随着相控阵天气雷达（NWRT）外场试验展现出的精细化探测效果，相控阵技术逐渐走入天气雷达领域。2011年，美国强风暴实验室的雷达研究与开发部门以“其在运用军事相控阵雷达技术以改善美国气象雷达能力方面的卓越科学和工程技术”被美国的商务部授予金奖章。

美国2006年开始启动资助多功能有源相控阵雷达研究计划（MPAR），主要任务是服务于国家安全、天气监测、空中交通管制等，其可同时监测气象目标和非气象目标，非气象目标的探测包括空中飞行器的跟踪、生物探测等，还可以探测飞机尾流等威胁飞行安全的大气环境。如果未来的雷达监测网采用这样一部多功能多任务的相控阵雷达替代多种单任务雷达（包括气象雷达、空管雷达和边境防御雷达等），可有效减少美国本土的雷达总数。

2014年开始，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和美国联邦航空管理局（FAA）共同资助“先进技术演示器”（ATD）的设计与研究，主要组件于2018年7月安装在美国的国家气象雷达测试台设施上，是首款完全从头构建的专为气象雷达设计的全尺寸S波段双极化相控阵雷达。该雷达将用于气象研究，并帮助研究人员评估平面相控阵雷达的极化性能。

日本大坂大学和东芝公司等机构研制了X波段的相控阵天气雷达（PAWR），第一部安装在大阪大学，并于2012年7月开始进行场外试验。该雷达可以在1分钟内对积雨云进行三维探测，通过该雷达的探测数据，证明了雷电活动和风暴结构之间的关系。日本跨部门战略创新促进计划（SIP）成立的研究小组包括东芝公司等机构还开发了一台实用的多参数相控阵天气雷达（MP-PAWR），具有双极化功能，其具备了多参数和相控阵气象雷达的综合优势，可以更早、更准确地检测到暴雨迹象，并于2017年12月安装在日本的埼玉大学进行相关试验。

2）我国民用相控阵雷达行业发展现状：我国相控阵雷达发展起步较晚，近年来相控阵技术发展迅速，相控阵雷达在多个国防新型号装备中得到广泛运用。目前，我国相控阵雷达技术主要应用于军事、航天等军用领域，相控阵雷达高昂的制作成本限制了其进一步市场化的应用，民用相控阵雷达发展相对缓慢。为了探索拥有自主知识产权的相控阵天气雷达系统，我国开展了相控阵技术在天气雷达领域的相关研究。同国外相比，我国的相控阵天气雷达研究相对较晚，在近些年的研究中已经取得了初步成果，并在积极地向应用化研究和业务化发展的方向推进。

近年来，随着相控阵雷达技术的进一步发展、成熟，在民用领域应用的例子越来越多，但总体而言，我国民用领域应用相控阵雷达还处于起步的阶段。

中金企信国际咨询公布的《2021-2027年中国雷达市场发展策略及投资潜力可行性预测报告》

（3）全极化有源相控阵雷达行业概况：民用领域的全极化有源相控阵雷达主要源于美国提出的多功能有源相控阵雷达研究计划（MPAR），目前在美国正处于试验阶段，在我国则基本处于研究试验的起步阶段，国内行业内少数企业凭借较为领先的技术优势开始研制或量产应用全极化有源相控阵技术的雷达，使得民用领域的全极化有源相控阵雷达技术及其产业化得到较快发展。

全极化有源相控阵雷达由极化技术与相控阵技术集成，涉及多个应用特点，包括有源相控阵技术、全极化应用技术、雷达多功能应用等，较传统多普勒机械雷达拥有多种技术优势。

1）有源相控阵雷达的应用：传统多普勒机械雷达由于采用机械驱动天线进行平面扫描方式工作，体扫一周的完成时间较长，因此造成雷达的探测周期较长，数据误差大；其次，由于机械扫描方式的扫描角度等限制，相关雷达探测资料的时间分辨率较低。具体如下：

如上表所示，传统天气雷达天线扫描时水平和垂直方向都采用机械驱动，扫描时按照PPI模式完成一个体扫大概需要6分钟时间且俯仰方向上的数据存在不连续性，很难满足对快速演变过程更为精细观测的需要。同时相关观测资料的时间分辨率低，必然影响相关气象产品的质量。目前正在业务应用的相关气象产品（包括冰雹识别、龙卷识别等）其分辨率都相对较低，影响了其业务实用性。相控阵雷达采用了基于电扫的灵活扫描方式，可以提高采集数据的时间分辨率，因此具有以下特点：

因此，相控阵雷达较之常规的多普勒机械雷达具有独特优势。同时，相控阵雷达还分有源与无源，其区别主要在于T/R模组，有源相控阵雷达每一个T/R模组都可以实现发射和接收，从而使影响雷达整机工作的故障率降低，同时性能也有所提升。

有源相控阵雷达正取代无源相控阵雷达，成为雷达的主要形式。根据《预测国际》分析，有源相控阵雷达占雷达总产值的比例将由2010年的20%增加至2019年的68%，而无源相控阵雷达占比将由2010年的49%下降到2019年的6%。新技术的发展为雷达产业的发展添加了动力，以有源相控阵雷达为代表的高性能雷达将引领现代雷达的发展趋势。

2）全极化技术的应用：极化（也称偏振）作为电磁波的本质属性，是幅度、频率、相位以外的重要基本参量，描述了电磁波的矢量特征，即电场方向在传播截面上随时间变化的轨迹特性，改变雷达发射天线的极化方向就可以改变电磁波的极化方式。

极化一般分为线极化、椭圆极化、圆极化，其中线极化又分为两个方向的极化，即水平极化和垂直极化。全极化是前述各种极化方式的综合。雷达天线极化方式不同，会导致目标反射回波的幅度和相位特性不同，进而影响雷达的探测灵敏度。一般而言，对于不同功能需求、应用背景和技术特点的雷达系统，会采用不同的极化测量体制。

雷达极化技术近年来受到较多关注和发展，为提高雷达的技术性能指标创造了较大的空间。一方面，雷达对多个极化通道的回波信号进行虚拟匹配或失配处理，可以提高雷达对信号环境、地物海杂波的感知和抑制能力，提高检测性能；

另一方面，通过目标全极化测量技术，可以获得目标完整的极化散射矩阵，包括幅度特性和相位特性，进而还可以提取反射率、差分反射率、差分相移、差分相移率等，这些信息的进一步利用为目标识别提供了更加全面、丰富的信息，有助于提升目标的正确识别概率。

采用全极化设计的有源相控阵雷达有助于提高相控阵雷达对反射率弱的目标和多样化目标的探测和跟踪，获得更高的数据率和更多的目标信息，适应更复杂的环境，对提高雷达目标的探测和参数估计性能具有重要作用，在气象观测、对地遥感侦察和防空反导等领域得到了广泛应用。

在雷达气象学的应用研究中，由于不同极化特征在复杂云雨雾自然条件下的传输情况有不同，在某些气象条件下，单极化（单偏振）气象雷达已不适合于对环境复杂地区气候的测量，采取全极化技术的双极化（双偏振）有源相控阵雷达可以加强气象雷达的精细化探测能力。

单极化（常规）雷达与双极化雷达的对比

在气象探测领域，单极化（单偏振）雷达的工作原理是：大尺寸的雨滴在下落过程中受到阻力使得雨滴形状发生变形，形变后的雨滴呈现扁平，这使得水平极化电磁波的散射能力增强，雷达根据电磁波的后向散射截面大小计算降水强度。但对于实际情况的降水而言，除了纯雨滴外还会存在冰雹、雪等其他固态降水粒子，单一极化的电磁波不易根据散射能力区分不同相态的降水粒子。

双极化（双偏振）雷达与目前常用的单极化（单偏振）雷达相比，能够获取降水粒子的形状、尺寸大小、相态分布、空间取向以及降水类型等更为详细的信息，有助于提高预警的准确性、定量估测降水的精度和雷达探测数据的质控能力。

3）雷达的多功能应用：从军事应用角度看，多功能相控阵雷达能同时完成搜索、识别、捕获、跟踪、引导和制导等多种功能，从而替代多部不同功能的雷达。更为重要的是雷达采用多功能相控阵体制之后，能有效地适应高密度饱和攻击等复杂战场环境，这是其他雷达难以完成的，因此多功能相控阵雷达的出现是现代雷达技术的一项重大成就。当今世界各国都十分重视多功能相控阵雷达的研制与发展，特别是发达国家，已研制出或装备了一些性能先进的多功能相控阵雷达。如美国AN/SPY-1和AN/SPY-3雷达、意大利EMPAR雷达、英国MESAR雷达、法国ARABEL雷达、荷兰APAR雷达、日本FCS-3雷达等。这些雷达一般能跟踪数百批目标，拦截几十批目标，能有效地对付先进的综合性电子干扰。

从民用角度看，多功能相控阵雷达的硬件结构可同时搭载不同信号处理固件系统和数据处理软件系统，使其具备侦测不同目标的功能，例如气象目标、低空目标、海面目标等。这种雷达的硬件平台部分保持不变，通过不同信号处理算法在同一硬件平台实现系统的多功能性，包括兼具执行气象探测和空中交通监视等多种任务的能力，可以同时服务于天气监测、空中交通管制等。

（4）未来发展趋势：

1）相控阵雷达技术发展趋势：自20世纪30年代雷达投入使用以来，雷达科学与技术始终围绕着两大主题交织发展：一是不断提升雷达在复杂环境中的生存能力和工作能力；二是不断拓展增强对目标信息的获取能力，进而提升对目标对象的分辨、识别和认知能力。

近年来，随着微波、计算机、半导体、大规模集成电路等各个领域科学进步，雷达技术在不断发展，日益呈现以下几个趋势：

①有源相控阵趋势：随着技术发展，有源相控阵雷达正取代无源相控阵雷达，成为相控阵雷达主要形式。根据《预测国际》分析，有源相控阵雷达占雷达总产值的比例将由2010年的20%增加至2019年的68%，而无源相控阵雷达占比将由2010年的49%下降到2019年的6%。新技术的发展为雷达产业的发展添加了动力，以有源相控阵雷达为代表的高性能雷达将引领现代雷达的发展趋势。有源相控阵雷达是目的主流体制，当前世界各国新研制的雷达大多数为有源相控阵雷达。

②低成本趋势：长期以来，传统相控阵雷达高昂的制作成本限制了进一步市场化的应用，相控阵雷达因其造价明显高于传统机械雷达，在推广应用过程中受到一定的制约，迫切需要进行低成本工业化探索。因此，如何在确保相控阵雷达性能指标的前提下有效降低其研制及生产成本，是相控阵雷达领域未来的主要发展方向。

③全极化趋势：

极化信息的获取和利用有助于提高相控阵雷达对反射率弱的目标和多样化目标的探测和跟踪能力，获得更高的数据率和更多的目标信息，适应更复杂的环境，对提高雷达目标的探测和参数估计性能具有重要作用，在气象观测、对地遥感侦察和防空反导等领域得到了广泛应用。

2）应用于气象探测领域的相控阵雷达发展趋势随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，气象灾害造成的经济损失和社会影响越来越大，气象灾害的社会敏感性越来越高，气象监测预报对气象雷达发展提出了更加迫切的需求。新一轮科技革命和产业变革不断兴起，极大推进信息技术创新应用的快速深化，也进一步推动了雷达等大型技术装备的高效应用，将为气象雷达发展提供更加有力的支撑。就应用于气象探测领域的相控阵雷达而言，主要呈现以下发展趋势：

①从单偏振探测向双偏振探测发展：目前，传统天气雷达主要通过探测降水粒子的回波强度、径向速度、速度谱宽等信息对天气系统进行监测。但由于传统天气雷达只发射一个极化方向的电磁波，无法进一步对降水粒子的形状、相态进行分析，在定量降水估测、冰雹识别等方面有一定的局限性。

双偏振雷达发射水平和垂直两个方向的电磁波，除了获取常规雷达的监测信息外，还可以获取差分反射率因子（ZDR）、差分相移率（KDP）以及相关系数（CC）等偏振参数。对这些参数进行分析、反演，可以获取有关降水粒子的形状、尺寸大小、相态分布、空间取向等更为具体的气象信息，有助于冰雹识别、地物杂波识别、降水粒子分类、雷暴内部结构研究以及定量降水估算等。

②组网协同观测趋势：随着大城市人口密度、建设规模的增加，短时极端天气灾害极易导致城市内涝，对交通出行、生命财产安全构成一定威胁。为了更准确捕捉这种复杂天气过程，仅靠单部天气雷达是不够的，主要受到角度、速度、时空分辨率等因素影响。一些天气系统本身会跨越多部雷达覆盖区（例如梅雨锋、台风、飑线等）或从一个雷达探测区域移动到另一个雷达探测区域。然而，固定在地面的单部雷达的探测范围有限，不能覆盖更大尺度的天气系统或单部雷达探测范围以外的强对流天气系统。并且由于扫描策略（传统天气雷达只能在固定的仰角范围内以一定的间隔进行扫描）以及地球曲率等因素的影响，即使在雷达的有效探测半径内，也有部分区域不能被雷达观测到，例如，静锥区、最低扫描仰角以下的资料空白区、相邻仰角间隔之间的资料空白区、地形对雷达波束阻挡的区域等。

为了提高对中小尺度灾害性天气的研究以及预警报能力，发挥多部雷达在联合监测天气中的作用；同时，为了能够全方位、立体、高时效、精细化观测回波，可以利用多部X波段雷达实现超大城市组网协同观测。2003年，美国CASA计划提出了短程雷达近距离布设、协同观测的概念，由此，多雷达短程（几十千米）协同观测成为天气雷达一个新的重要发展方向。目前，我国也在积极开展多雷达协同的试验观测和布网实践。X波段小型雷达通过组网观测可以有效弥补S、C波段大型雷达观测的盲区，包括机械扫描方式自身造成的静锥区盲区和因受地球曲率影响造成的观测盲区（上图标黄圈处）。

X波段双极化（双偏振）相控阵天气雷达系统及网络化观测系统作为现有的S波段或C波段多普勒天气雷达网的补充，在反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性等方面都有较大优势，可利用其超高的时间和空间分辨率准确地获取小尺度以及部分中尺度天气系统整体的结构演化生消变化特征，从而提高对中小尺度强对流天气系统的探测和预警。

③固态发射机应用逐步广泛，天气监测系统已趋向于使用脉冲压缩雷达：按发射机不同划分为磁控管、行波管、速调管和全固态发射机。固态发射机因其工作寿命长、工作方式灵活、低电压工作等优点渐渐取代其他发射机，但是其技术难度也较高，大型固态发射机所包含的功率部件数量多达几十至几百个，同时热耗非常大，将固态发射机运用到更多应用领域的雷达是国内研究机构与雷达厂商的重要研究方向。

相控阵天气雷达采用全固态发射机后，发射峰值功率偏低，为了能够探测到较远距离的目标，必须采用宽脉冲提高平均发射功率的工作方式，这又导致了距离分辨力下降和探测盲区扩大的问题，为了同时获得较大的作用距离和较高距离分辨力的能力，引入脉冲压缩技术是有效的解决方案。