反導(dǎo)雷達(dá)新進(jìn)展及有源干擾技術(shù)需求分析

徐　沙,黃和國,張夫龍

(1.中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089； 2中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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·情報分析·

反導(dǎo)雷達(dá)新進(jìn)展及有源干擾技術(shù)需求分析

徐沙1,黃和國2,張夫龍2

(1.中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089； 2中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

近兩年，以“愛國者”、“宙斯盾”、“薩德”等為代表的典型導(dǎo)彈防御系統(tǒng)悄然取得新進(jìn)展，基于機載、彈載等平臺的有源干擾將面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)。在總結(jié)典型反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)變化的基礎(chǔ)上，分析應(yīng)對變化的有源干擾技術(shù)需求。

反導(dǎo)雷達(dá)；有源干擾；認(rèn)知干擾

0　引言

2016年2月7日，在朝鮮利用彈道導(dǎo)彈技術(shù)實現(xiàn)衛(wèi)星發(fā)射后，韓美雙方?jīng)Q定從韓美同盟層面就“薩德”(THAAD)系統(tǒng)部署韓國開始協(xié)商。毋庸置疑，“薩德”系統(tǒng)若進(jìn)駐韓國，美國在東北亞地區(qū)將擁有完整的導(dǎo)彈防御體系。近兩年，以 “愛國者”、“宙斯盾”、“薩德”等為代表的典型導(dǎo)彈防御系統(tǒng)悄然取得新進(jìn)展。其中AN/MPQ-65、AN/SPY-1D(V)、AN/TPY-2等反導(dǎo)雷達(dá)以及新型的反導(dǎo)防空雷達(dá)(AMDR)是典型導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的核心，相應(yīng)地在技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)、升級，在戰(zhàn)略上進(jìn)行新部署，在進(jìn)展上邁開新步伐，也使得雷達(dá)干擾技術(shù)面臨新的課題。本文在分析反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，分析應(yīng)對反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)變化的有源干擾技術(shù)發(fā)展需求。

1　反導(dǎo)雷達(dá)新進(jìn)展

1.1“愛國者”雷達(dá)系統(tǒng)升級

2015年2月中旬，雷聲公司宣布已獲得美國政府批準(zhǔn)，可以向“愛國者”防空與導(dǎo)彈防御系統(tǒng)合作國出口其新型雷達(dá)系統(tǒng)所采用的基于氮化鎵(GaN)的有源電掃陣列(AESA)技術(shù)。

雷聲公司制造的基于GaN和AESA雷達(dá)采用了3個雷達(dá)陣列，提供全方位360°探測能力?；贕aN的AESA陣列朝向主要威脅方向，后面板陣列是主陣面大小的1/4，使系統(tǒng)具備后視和主陣面?zhèn)纫暷芰?，?yīng)對來自各方位的威脅。

“愛國者”新舊雷達(dá)對比如圖1所示。改進(jìn)后的雷達(dá)外觀上變化不大，不過由于采用了GaN新技術(shù)，極大地提高了可靠性、探測距離和覆蓋范圍。GaN的主要優(yōu)勢是具備更高的功率容量和更高的功率密度，相比上一代的砷化鎵設(shè)備，雷達(dá)在保持較小尺寸的同時具有更寬的工作頻帶、更大的輸出功率、更高的信噪比以及更好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。這些設(shè)備在較高的工作溫度下仍能保證較好的技術(shù)指標(biāo)，其平均故障間隔時間提高了1個數(shù)量級，其他性能指標(biāo)也有較大程度的提高。這種新型技術(shù)將為用戶帶來360°覆蓋，提高雷達(dá)可靠性和性能，降低雷達(dá)操作與維護(hù)成本，并利于未來的能力升級。

基于GaN的AESA技術(shù)已經(jīng)在美國海軍的新型空中與導(dǎo)彈防御系統(tǒng)和大量美國空軍系統(tǒng)中得以應(yīng)用。2014年2月，雷聲公司成功演示了升級型“愛國者”雷達(dá)的原型。

圖1　“愛國者”新舊雷達(dá)對比(左下為新雷達(dá)，右上為舊雷達(dá))

1.2“宙斯盾”系統(tǒng)上岸

簡單地說，陸基“宙斯盾”系統(tǒng)就是在艦載“宙斯盾”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上按照陸基部署的要求進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)、衍生而來的一種導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。奧巴馬對歐洲導(dǎo)彈防御計劃的調(diào)整則使一直“待在水上的‘宙斯盾’系統(tǒng)”開始登陸上岸。

在羅馬尼亞和波蘭部署陸基“宙斯盾”導(dǎo)彈防御系統(tǒng)是歐洲推進(jìn)“分階段適應(yīng)方案”(PPA)導(dǎo)彈防御計劃的重要內(nèi)容。根據(jù)計劃其第二階段在羅馬尼亞部署陸基“宙斯盾”導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，導(dǎo)彈為“標(biāo)準(zhǔn)”-3BlockIB型；2018年之前將在波蘭部署另外一套陸基“宙斯盾”系統(tǒng)，導(dǎo)彈為“標(biāo)準(zhǔn)”-3BlockIIA型，第四階段采用具備洲際導(dǎo)彈攔截能力的“標(biāo)準(zhǔn)”-3BlockIIB型導(dǎo)彈取代上述兩型“標(biāo)準(zhǔn)”-3型系列導(dǎo)彈。

據(jù)悉，陸基“宙斯盾”系統(tǒng)為基線9版本的“宙斯盾”系統(tǒng)的陸基部署型號，即基線9E版本，反導(dǎo)軟件則采用5.0版，第二階段將采用5.1版本軟件。陸基“宙斯盾”系統(tǒng)使用的雷達(dá)是SPY-1D(V)(如圖2所示)，根據(jù)相關(guān)資料，該雷達(dá)對0.48m2的目標(biāo)(典型二級液體火箭)的最大作用距離為508km，利用其他信息平臺可增程至600～700km，改進(jìn)后的雷達(dá)最大作用距離甚至達(dá)到近1000km。

圖2　陸基“宙斯盾”使用的SPY-1D(V)雷達(dá)

2015年12月18日，美國導(dǎo)彈防御局在羅馬尼亞宣布，美國完成了在羅馬尼亞的陸基“宙斯盾”反導(dǎo)系統(tǒng)部署，該系統(tǒng)將于2016年正式投入使用。

另據(jù)2015年6月美相關(guān)雜志報道，美國國務(wù)院批準(zhǔn)向韓國銷售“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備、配件與保障服務(wù)，根據(jù)協(xié)議，韓國將獲得3套“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)、3套MK-41垂直發(fā)射系統(tǒng)、3套通用數(shù)據(jù)鏈管理系統(tǒng)以及3套AN/UPX-29(V)敵我識別應(yīng)答器。

日本也有意采購洛·馬公司的陸基“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御(BMD)單元，包括洛·馬公司的SPY-1D雷達(dá)和雷聲公司的“標(biāo)準(zhǔn)”-3導(dǎo)彈。

1.3TPY-2雷達(dá)改進(jìn)及新部署

AN/TPY-2是目前世界上最先進(jìn)的陸基移動X波段雷達(dá)，探測距離達(dá)1200km以上，具備搜索、捕獲、探測、跟蹤目標(biāo)，識別假目標(biāo)，為攔截彈提供目標(biāo)實時引導(dǎo)，以及攔截后的毀傷效果評估等功能，具有可移動部署、生存能力強的優(yōu)勢，且數(shù)據(jù)兼容性強。

AN/TPY-2雷達(dá)具備末段部署和前沿部署兩種模式。作為前沿部署設(shè)備，它本身是導(dǎo)彈防御網(wǎng)的一部分，因其尖端的X波段技術(shù)而大大提升保護(hù)水平，能夠探測和跟蹤處于上升段的彈道導(dǎo)彈，從而增強早期發(fā)射的預(yù)警能力。當(dāng)作為末段使用時，AN/TPY-2雷達(dá)是整個末段高空防御系統(tǒng)的一部分，可以作為THAAD本身的火力控制系統(tǒng)和攔截飛行器，提供高質(zhì)量的射擊解決方案。

作為彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的一個有機組成部分，AN/TPY-2雷達(dá)能夠接收來自“宙斯盾”系統(tǒng)或早期預(yù)警衛(wèi)星的提示信息，自身也能夠搜尋信息。它能夠為“宙斯盾”系統(tǒng)和地基攔截彈以及底層系統(tǒng)(如“愛國者”)提供目標(biāo)跟蹤指引。

目前該雷達(dá)在亞洲主要是部署在日本，2006年，美國在日本北部青森縣部署其首部AN/TPY-2雷達(dá)。2014年12月29日，美國國防部宣布已在日本的經(jīng)岬分屯基地部署了第二部AN/TPY-2導(dǎo)彈防御雷達(dá)，旨在為日本和美國的彈道導(dǎo)彈防御“提升傳感器覆蓋”，并協(xié)助日本北部青森縣的現(xiàn)有雷達(dá)。

1.4AMDR雷達(dá)取得進(jìn)展

作為美國海軍新型空中與導(dǎo)彈防御系統(tǒng)(AMDR)可以有效地對抗各類現(xiàn)役及未來的戰(zhàn)機、彈道導(dǎo)彈及超聲速反艦導(dǎo)彈。AMDR雷達(dá)采用先進(jìn)的雙波段模式，其作戰(zhàn)示意圖如圖3所示，其安裝布置示意圖如圖4所示。完整的AMDR雷達(dá)套裝包括1部四面S波段雷達(dá)(AMDR-S)、1部三面X波段雷達(dá)(AMDR-X)以及1臺雷達(dá)控制器(RSC)。S波段雷達(dá)用于遠(yuǎn)程、高分辨率探測并跟蹤空中和導(dǎo)彈威脅，X波段雷達(dá)用于地平線搜索，負(fù)責(zé)目標(biāo)的精確跟蹤、與導(dǎo)彈通信以及目標(biāo)末端照射，雷達(dá)控制器為S波段和X波段雷達(dá)提供資源管理，協(xié)調(diào)與“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的交互關(guān)系。

AMDR于2014年7月完成初步設(shè)計評審，2015年4月通過關(guān)鍵設(shè)計評審，確認(rèn)了系統(tǒng)軟硬件的有效性。據(jù)稱，改進(jìn)后的“標(biāo)準(zhǔn)”導(dǎo)彈和新型雷達(dá)系統(tǒng)取得重大進(jìn)展，將進(jìn)一步提高海軍?；桶痘姆揽辗磳?dǎo)能力。美國已確定AMDR裝備編號為SPY-6，預(yù)計2018年完成首次部署。

SPY-6雷達(dá)系統(tǒng)首次使海軍具備了綜合防空反導(dǎo)能力，應(yīng)用基于GaN技術(shù)的有源電掃陣列，可以實現(xiàn)數(shù)字波束形成與更高精度的跟蹤；采用全模塊化可縮放設(shè)計，用戶可通過調(diào)整模塊數(shù)量改變陣列尺寸，以適應(yīng)不同的電力和冷卻需求。此外，系統(tǒng)具備執(zhí)行電子攻擊任務(wù)的潛能。而系統(tǒng)的軟件則可兼容不同尺寸的陣列。與SPY-1相比，SPY-6的靈敏度提高30倍，探測距離增程兩倍以上，可裝備“阿利伯克”級驅(qū)逐艦。

圖3　AMDR雷達(dá)作戰(zhàn)示意圖

圖4　AMDR雷達(dá)安裝布置示意圖

2　有源干擾技術(shù)需求分析

從以上情報資料分析可知，近兩年典型反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)已取得新進(jìn)展。反導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)展給有源干擾技術(shù)提出了新的發(fā)展需求，本文從以下幾方面進(jìn)行分析。

2.1超寬帶干擾

超寬帶干擾從以下三方面提出需求：

1)適應(yīng)更寬的工作頻段：AMDR雷達(dá)包括S波段雷達(dá)和X波段雷達(dá)，盡管兩波段雷達(dá)分工側(cè)重有所不同，有源干擾機可能受到兩部雷達(dá)的輪流照射或同時照射。為了有效地掩護(hù)目標(biāo)平臺，有源干擾機需在不同的工作頻段內(nèi)同時偵收、截獲、識別并引導(dǎo)干擾。另外，飛機、導(dǎo)彈等平臺在作戰(zhàn)過程中可能先后遭遇多部不同頻段的反導(dǎo)雷達(dá)的探測跟蹤，干擾機需要偵收不同頻段的雷達(dá)威脅信號并產(chǎn)生多頻段的干擾信號。

2)適應(yīng)更寬的頻率捷變范圍：頻率捷變技術(shù)是雷達(dá)提高抗干擾能力的重要措施，該技術(shù)針對干擾機存在偵收、識別、引導(dǎo)時間的固有缺點，利用雷達(dá)載頻在一個頻帶內(nèi)進(jìn)行脈間變化或脈組變化。隨著GaN技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)器件工作頻率范圍越來越寬，雷達(dá)頻率捷變范圍可達(dá)10%～20%，甚至超過25%。據(jù)資料顯示，“愛國者”雷達(dá)工作頻率捷變已達(dá)700MHz，每個雷達(dá)跳頻點數(shù)相當(dāng)多，可以采用頻率捷變技術(shù)使頻率變化做到完全隨機，被干擾機正確預(yù)測的概率較低。

3)適應(yīng)更寬的雷達(dá)信號帶寬：GaN技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)代反導(dǎo)雷達(dá)信號帶寬增大。TPY-2雷達(dá)是一種機動式高分辨率X波段雷達(dá)，不僅具備搜索、探測、跟蹤等功能，而且具有寬帶雷達(dá)識別的功能。為了實現(xiàn)對飛機、導(dǎo)彈等目標(biāo)的高分辨率一維、二維成像識別功能，其信號帶寬已達(dá)1GHz以上。

有源干擾機需要適應(yīng)以上三方面的變化。為了實現(xiàn)超寬帶干擾，干擾機需從偵收、干擾源、發(fā)射等環(huán)節(jié)解決。隨著高速、高密度器件及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，單通道數(shù)字化接收機的工作帶寬和以數(shù)字射頻存儲器(DRFM)為核心的相參干擾源其瞬時帶寬已可達(dá)GHz級，可以適應(yīng)寬帶雷達(dá)信號的偵收處理和干擾信號的產(chǎn)生；GaN技術(shù)的發(fā)展使得干擾功率放大器件可以跨多頻段發(fā)射。另外，近年來微波光子技術(shù)的發(fā)展，使信息載體由電子轉(zhuǎn)向光子成為發(fā)展趨勢，基于光電子技術(shù)的信號偵收、信號處理具有超寬帶的技術(shù)特點。

2.2大功率干擾

干擾功率一直是有源干擾機的寶貴資源。根據(jù)雷達(dá)干擾方程，有源干擾機對反導(dǎo)雷達(dá)的最小壓制距離與雷達(dá)的有效輻射功率的二次開方成正比，而與干擾機輻射功率的二次開方成反比。雷達(dá)輻射功率越大，實施壓制干擾越難，干擾機輻射功率越大，對雷達(dá)的干擾效果越明顯。

升級后的“愛國者”雷達(dá)探測性能的提升，意味著其雷達(dá)有效輻射功率的增大。另據(jù)報道，美海軍對在研AMDR雷達(dá)的要求是在SPY雷達(dá)的基礎(chǔ)上性能提升10～25dB ，預(yù)計其S波段雷達(dá)的輻射功率不低于原SPY-1D(V)雷達(dá)輻射功率。

針對雷達(dá)的高輻射功率威脅，有源干擾機需要提升其干擾輻射功率。機載干擾機可通過有源相控陣多單元合成方式提高干擾輻射功率；彈載干擾機應(yīng)用以GaN器件為基礎(chǔ)的寬帶固態(tài)功率放大器和微波功率模塊(MPM)提高其干擾輻射功率。

2.3分布式干擾

由AN/SPY-1、AN/TPY-2等多功能相控陣?yán)走_(dá)，借助通信手段鏈接成網(wǎng)，并由中心站統(tǒng)一調(diào)配，形成了一個有機整體。組網(wǎng)雷達(dá)在空域、時域、頻域上交叉覆蓋，探測情報相互交連、補充、應(yīng)用，網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)的目標(biāo)航跡信息上報到中心站，綜合處理后形成雷達(dá)網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的情報信息，并按照戰(zhàn)爭態(tài)勢的變化自適應(yīng)地調(diào)整網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)的工作狀態(tài)，發(fā)揮各個雷達(dá)的優(yōu)勢，從而完成整個覆蓋范圍內(nèi)的探測、定位和跟蹤等任務(wù)。目前，美國海軍“提康德羅加”級巡洋艦和“阿利伯克”級驅(qū)逐艦“宙斯盾”系統(tǒng)配備的主要是BMD3.6.1版本軟件，配備該版軟件的“宙斯盾”系統(tǒng)可以使用陸基TPY-2雷達(dá)和空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)(STSS)衛(wèi)星等系統(tǒng)傳感器平臺獲取的數(shù)據(jù)。在研的AMDR雷達(dá)將更加注重與TPY-2雷達(dá)、“宙斯盾”雷達(dá)的組網(wǎng)作戰(zhàn)能力。

雷達(dá)組網(wǎng)使傳統(tǒng)的“一對一”干擾效能大大降低，必須發(fā)展“面對面”的干擾。對抗組網(wǎng)雷達(dá)有效方式是分布式干擾。根據(jù)所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域，合理地布放有源干擾機，以使干擾信號能從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，且使多個干擾機在雷達(dá)屏幕上產(chǎn)生的主瓣干擾扇面覆蓋所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域。干擾機的干擾時機與干擾持續(xù)時間由作戰(zhàn)指揮協(xié)同控制，干擾方式根據(jù)作戰(zhàn)需要預(yù)置或程控、遙控。

近兩年，美空軍提出“作戰(zhàn)云”的概念，基于云概念的干擾是一種更為高級的分布式干擾。每個作戰(zhàn)平臺上的干擾機作為一個云節(jié)點，多臺干擾機之間建立自組織無線通信網(wǎng)，每個云節(jié)點可自由出云入云，具備輸入輸出特性，各干擾機之間互享偵察信息，采用分布式與集中式相結(jié)合的方式進(jìn)行信息融合和干擾資源動態(tài)管理，達(dá)到對區(qū)域內(nèi)威脅雷達(dá)干擾效果最大化。

2.4認(rèn)知干擾

典型的有源干擾機在作戰(zhàn)過程中通過將偵收到的輻射源信號與預(yù)先存儲的威脅雷達(dá)庫比對識別，有針對性地實施干擾。但基于威脅雷達(dá)庫的威脅識別存在以下問題：一是現(xiàn)有威脅雷達(dá)數(shù)據(jù)庫不完備，現(xiàn)有反導(dǎo)雷達(dá)參數(shù)主要是基于一些公開報道的參數(shù)及平時偵察處理得到的情報結(jié)果。反導(dǎo)雷達(dá)的戰(zhàn)時參數(shù)有可能與平時參數(shù)不一致，威脅雷達(dá)庫的不完備對作戰(zhàn)使用帶來風(fēng)險。二是新型雷達(dá)參數(shù)可能完全不知。如升級后的“愛國者”雷達(dá)、重新設(shè)計的TPY-2雷達(dá)、下一代AMDR雷達(dá)的工作模式、工作波形及參數(shù)等，目前可能無法掌握。三是機載、彈載平臺下無法采用地面、艦載等平臺中人在環(huán)路的對抗措施。因此，有源干擾機有必要發(fā)展認(rèn)知干擾技術(shù)，增強其智能化水平，提升其對未知雷達(dá)威脅的對抗能力。

反導(dǎo)雷達(dá)認(rèn)知干擾技術(shù)采用基于動態(tài)知識庫的“感知→識別→決策→行動→感知”的閉環(huán)處理過程，具有感知環(huán)境、適應(yīng)新威脅、避免自擾、波形多變、協(xié)同工作、自主學(xué)習(xí)等能力，以期實現(xiàn)有效對抗反導(dǎo)系統(tǒng)中的多功能、多模式雷達(dá)和未來新型反導(dǎo)雷達(dá)的作戰(zhàn)效果。認(rèn)知干擾機工作處理流程如圖5所示。

圖5　認(rèn)知干擾機工作流程圖

反導(dǎo)雷達(dá)認(rèn)知干擾系統(tǒng)中的認(rèn)知偵察模塊接收到信號后，基于動態(tài)知識庫采用機器學(xué)習(xí)算法和特征學(xué)習(xí)技術(shù)將該信號分類，分析出該信號的特征，并將特征信息傳給對抗措施合成模塊。對抗措施合成模塊根據(jù)認(rèn)知偵察結(jié)果及學(xué)習(xí)信息進(jìn)行攻擊策略搜索，制定最佳攻擊策略，同時優(yōu)化干擾波形，自適應(yīng)分配干擾資源。智能干擾模塊能根據(jù)威脅信號在受到干擾時產(chǎn)生的明顯變化評估干擾效果，同時結(jié)合動態(tài)知識庫自適應(yīng)優(yōu)化干擾策略及根據(jù)作戰(zhàn)需要采取新的干擾技術(shù)。動態(tài)知識庫為上述3個功能模塊提供對應(yīng)的環(huán)境、目標(biāo)、資源策略等知識，并根據(jù)3個模塊的處理結(jié)果進(jìn)行動態(tài)更新。

3　結(jié)束語

反導(dǎo)雷達(dá)干擾與反干擾一直是“矛”與“盾”。本文總結(jié)了近兩年內(nèi)典型反導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)取得的新進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上分析了應(yīng)對反導(dǎo)雷達(dá)變化的有源干擾技術(shù)需求。隨著現(xiàn)代反導(dǎo)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，有源干擾機將面臨新的技術(shù)問題，有源干擾技術(shù)可能呈現(xiàn)超寬帶、大功率、分布式、認(rèn)知化、微型化的發(fā)展趨勢，這些需求及技術(shù)有待研究、發(fā)展并被綜合應(yīng)用于雷達(dá)的有源干擾系統(tǒng)中?！?/p>

[1]廖平,姜勤波.導(dǎo)彈突防中的電子對抗技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2012.

[2]張錫祥,等.新體制雷達(dá)對抗導(dǎo)論[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2010.

[3]熊群力,等.綜合電子戰(zhàn)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

New progress in anti-missile radar and active jamming techniques requirement

Xu Sha1, Huang Heguo2, Zhang Fulong2

(1.Chinese Flight Test Establishment,Xi′an 710089,Shanxi,China;2.No.8511 Research Institute of CASIC,Nanjing 210007, Jiangsu,China)

In recent years,the Patriot, Aegis and THAAD as the representative of typical missile defense system have quietly made new progress.Active jamming based on airborne and missile borne are facing new technical challenges.The requirement for jamming techniques based on the changes of the typical anti-misssle radar systems is analyzed.

anti-missle radar; active jamming; cognitive jamming

2015-12-20；2016-03-05修回。

徐沙(1983-)，男，工程師，碩士，主要研究方向為雷達(dá)及電子戰(zhàn)。

TN97

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