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标  题: 军用雷达杂谈(转贴)
发信站: 紫 丁 香 (Fri Jan  7 17:28:22 2000), 转信

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标  题: 军用雷达杂谈(转贴)
发信站: BBS 水木清华站 (Mon Jan  3 21:27:14 2000)

军用雷达杂谈
will
可能很多人都已经知道了，雷达的英文原词实际上就像许多科技术语一样，是缩写，字
面意思是无线电 (RAdio)，侦测 (Detection)，和距离(And Range) 虽然现代雷达不仅
可以对三维空间内的目标进行测距和定位，更可制导导弹对目标攻击，但其基本原理还
是用发射电波，并通过物体反射的回波来测得物体距离和方向，也就是以电磁波为媒介
侦知物体的存在，所以，谈到雷达就不能不先讲到电磁波频谱。从纯军事角度来说，也
只有了解电磁波谱，才能够掌握电子战的内涵。作为对空雷达来讲，功率越大，探测距
离越远，而探测低空目标的能力也越低。
电磁波有很多物理特性，例如红外线在绝对零度以上的物质都会辐射的特性，响尾蛇导
弹就是利用目标辐射出的红外线迎击它的猎物。当然，它还有能量辐射性和物理穿透性
等等，其中值得我们关注的一条就是电磁波频率越高，波长越短。在军事应用领域中，
不同频率的电波有不同特定的用途，而超过10X12Hz 频率的电波则进入光波的领域，光
电世界由此开始。
首先是3~30KHz超低频(VLF)的频谱，波长高达10到10万公里，拜其“绕射”的特性，一
般是用来和水底中的潜艇通讯。美国年代在东部的阿巴拉阡就曾秘密搞过一个叫 “水手
”的对潜通信系统，该系统仅埋地线就埋了1，200公里，占地面积2，000平方公里，输
入功率16兆瓦。同年8月，两艘美国的核潜艇在水下100米处成功的接收到了地面站发出
的信号。VLF还有一种军事用途就是用于主动声纳阵列。美国的主动超低频声纳技术已经
达到1。5KHz以下，不易被潜艇外层的 鸾 吸音块所吸收，故可精确测出潜艇的位置。英
国新近发展的被动拖曳声纳频率可低至100Hz。据说，97年岁末，一艘前往泰国参加国际
防务展的俄罗斯K级潜艇就曾多次被美国的VLF声纳锁定，日本，台湾在大陆引进多艘Ki
lo后，也出动舰艇在该海域集结，想来它个大练兵，至于后事如何就不得而知了。
VLF之后是30KHz~300KHz的低频(LF)带，民间所谓的长波段，目前并无军事用途。接着是
300KHz~3MHz的中频(MF)带，也和低频一样，没有军事应用。3MHz~30MHz的高频 (HF)带
，乃透过地表波和电离层空中折射进行电波传递，适合从事远距离通讯，然而由于民间
使用过量，且易遭干扰，军事用途并不广泛，目前，惟有超地平线雷达 (OTH Radar)一
种利于电离层对短波电磁波的折射特性，侦测极远距离目标(3，000Km以外 )。30MHz~3
00MHz的极高频(VHF)，波长在1~10米，是目前民间电视，无线电台和军事战术通讯最重
要的波段，自然，例如美海军SRD-19一类的电子截听天线也多设定在此频带。VHF的电波
只能直线传播，因此通讯距离受地球曲率的影响，只能“看” 到哪里，“送”到哪里，
这就是为什么要四处建电视塔的原因了。雷达在这一频带受到同HF类似的局限，军事上
仅用于粗略地搜索低轨道卫星和远距离飞机以上从MF到 VHF的电波，统称为无线电波。
中国从俄罗斯引进的十几部SA-15地空导弹系统据说就是出口型的无线电指令导引而非俄
国自用的主动雷达制导导弹。
从300MHz起，波长自1米往下递减，到进入光波前，即1，000GHz止，统称为微波；包括
(甚高频)UHF，特高频(SHF)和极高频(EHF)。300MHz到3GHz为UHF，UHF微波的特性之一和
VHF一样，波行采直线，并不能靠大气折射。预警机上的雷达就是UHF频率的，大型高功
率雷达更可探测卫星和导弹各式雷达，导弹寻标器，导引，空中战术通讯，导航都落在
这个波段，3GHz到30GHz为SHF，除了同UHF的应用外，通讯卫星一般使用这个频道。最后
的30GHz~300GHz为EHF带，目前应用尚未普及，未来战术通讯和雷达可能往这个频带发展
，毫米波雷达和毫米波制导武器已经推出，不过在通讯领域还存在着无线距离短，有线
又只能以光缆传播的缺点。而在跨越UHF，SHF和EHF这 3大微波频在电子战的应用上，共
划分为D，E，F，G，H，I，J，K和L共9个波段，同样的波段，在雷达的应用上，另外赋
予L (1~2GHz)，S (2~4GHz)，C (4~8GHz)，X (8~12GHz)，Ku，K和Ka等7个波段。另外，
值得注意的是，1~20GHz，也就是D到J波段(或L到Ku波段)是目前军用讯号应用最广泛的
频带，也是敌我四维空间战场交锋最盛的战场。
离开电波频带后，1，000GHz~300，000GHz也就到了红外线的范畴，以及更高的可见光，
是前视红外线，激光，夜视仪等光电感应装置大显身手的地方，光电反制(EOCM)由此展
开。我新型T-98主战坦克就是使用了EOCM作为主动防御系统的主要手段。其渊源据西方
装甲车辆专家分析很可能来自95年在马尼拉展出的三角架致盲型激光枪，现在该枪已可
以在国际市场中购得。
下面就分别介绍陆，海，空三军的雷达种类及应用。
舰载军用雷达
对于现代作战舰艇的雷达探测装置来说，一般有对空警戒雷达，对海警戒雷达，三坐标
雷达，炮瞄雷达，导弹制导雷达，敌我识别器和导航雷达等。每部雷达都由天线及控制
机构，发射机，定时器，收发开关，接收机，显示器，电源等部件组成。警戒雷达主要
用来发现远距离飞机，水面舰艇，导弹等空中目标。中国“旅沪”级直升机机库上的RE
L-2远程对空警戒雷达就是一种在远距离搜索，跟踪空中目标，并导引己方战机进行拦截
的2D雷达，为了达到280公里的长距离探测范围，该雷达操作在 L波段(1。22~1。35GHz
)的SHF低频带，且资料更新率较低，为每分钟3~6圈。REL-2应用了数字移动目标指示(D
MTI)的技术，使在地形杂波为背景的目标，也能被辩识出来。在电子反制方面，REL-2有
4个频道可以视情况随时转换。另外，为弥补远程警戒雷达的盲区，“旅沪”级舰还配置
了由4个八目阵列天线组成的J(警)-17丙型远程对空警戒雷达，这种雷达的探测距离在3
00公里以上，可想而知，它的操作频带就更低了，在70~93MHz之间，属类似前苏联“刀
托”系列的VHF对空雷达。当然，此类天线的波束宽(水平面约24度)，角精度较差，侦测
到的目标要交给火控制导雷达来对目标进行锁定。最新服役的“旅海”级驱逐舰仍然保
有J-17，REL-2则换成了“米幕” (Rice Screen)3D对空警戒雷达(改良型)，想较REL-2
来说，“米幕”可提供目标高度，距离之外的精确方位。警戒雷达的探测距离虽然及远
，但是对低空，超低空的目标，尤其是掠海飞行的反舰导弹，探测距离仍然力有不逮，
需要舰载直升机等第三方探测平台来补强。采用UHF的防御搜索雷达多需要单独的敌我识
别器(IFF)天线，所以“旅沪”级的上桅都可以见到两根柱状IFF。射控雷达由于需要有
对目标的精确跟踪能力，所以大部份都是I/J波段的狭窄波束，I波段提供目标追踪，J波
段发射连续波照射目标。
舰载雷达的最新趋势是采用电子相控阵雷达(PAR)。过去的雷达，不管是脉冲雷达，移动
目标指示(MIT)雷达或合成 拙独状 ，都是采机械式旋转或是绕着一个轴向转动，以达到
搜索，追踪的功能。但是，上述雷达在当今恶劣电子环境下，对多目标抗饱和攻击的能
力都遇到了无法克服的难题。
为了突破这一瓶颈，美国率先开发出相列雷达技术，并在近些年进入全固态相列的领域
。所谓相控阵就是指相位可以控制的天线阵，这种雷达的特色就是不需转动，同时能发
射和接收多道波束，集搜索，追踪，照明，导引甚至敌我识别于一身，不但简化了部署
，且其天线是由成千上万的发射/接收 (T/R)模组组成，扫描速度极快，是机械转动雷达
的一百万倍，且可靠度特别高。几年使用下来，即使有部份T/R模组损坏故障，也不必维
修，而仍能维持良好的雷达功能。另外，其随机发射和接收不同多波束的方式，使其具
有目前所有雷达技术中最好的电子反反制能力，而成为未来新一代雷达的主流。
目前，美国海军已经部署了舰载“宙斯盾” (Aegis)舰队防御系统，其使用的四面AN/S
PY-1相控阵天线叫人印象深刻。每面雷达控制90度象限空域，可同时进行搜索，侦测及
追踪，由于天线本身无需转动，故雷达天线中的每个T/R以单一雷达波束可打平至水平8
5公里外，对空则是以半径325公里持续搜索，一旦雷达发现目标，立即在1秒内对目标发
射十数道笔状窄波，为AN-SPG-62照明雷达提供目标的速度，距离，高度，方向等战斗诸
元以便接战。舰载主要防空武器，标准-2 (SM-2) 面空导弹在AN/SPY-1的制导下，仅在
命中目标数秒前才交给照明雷达，所以，舰上的4座AN-SPG-62可以在极短的时间内多次
接战，也就赋予了“宙斯盾”应付饱和攻击的能力。在预防反辐射导弹攻击方面，美军
“宙斯盾”巡洋舰AN/SPY-1A的电波可以半秒内在空中消失，不过，再启动雷达系统，有
10余秒的延迟更新全部战术资料，重新扫描记忆体中的威胁源。它另一个绝活儿就是可
以集中侦搜威胁可能出现的象限而保持其它面雷达的无线电静默。攻击“宙斯盾”的方
法其实从冷战结束前就已经是公开的秘密了，方法简言之就是在美舰的附近引爆电磁脉
冲弹头，使其舰上电子设备瞬间过载，丧失完整战斗能力，接下来，就和攻击一般敌舰
相同了，饱以一阵反舰导弹齐射。欧洲各国虽然缺乏技术储备开发类似AEGIS的大型舰载
相控雷达，但是，一批例如“SMRT-L” D波段PAR，“APAR”中，小型相控雷达也接踵而
至，预计将在下世纪初服役。中国在舰载大型相控雷达方面在近期也将有突破性进展，
大家拭目以待。
机载军用雷达
60多年来，机载雷达已发展出8大类，数百个型号。其中军用机载雷达占了大多数。尽管
现代战机有红外，电视，电子支援(ESM)等光电感应器，但是雷达仍是全天候侦测能力最
强、精确测距能力最远的观瞄手段。本文著重介绍大家比较感兴趣的机载火控雷达。
军用机载雷达的出现，完全出于30年代英、德海上交战急需机载雷达在反潜战中帮助搜
寻潜艇，随后在二战中又出现了多种型号的10厘米和3厘米波段的机载雷达，其使用范围
也扩展到了对地轰炸，空中拦截，敌我识别等领域，但它们的技术水平都十分接近且原
始，笨重的米波振子阵列天线还是被装在机头和机翼的外侧，所采用的信号也不外乎脉
冲调制和调频连续波两种。
二战后，机载雷达成为了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径以及脉冲压
缩的组合系统。同地面雷达不同，机载雷达所要处理的地面杂讯和噪讯都来的复杂，这
主要是因为相对于地面雷达位置的固定，地面对飞机而言有了相对速度，地面杂讯的多
普勒频移不再为零，而同空中目标一样有了相对速度和矢量，简单的目标动态指示(MTI
)已经不负使用，这就引进了杂讯可见度(SCV)的概念，我们希望 SCV值尽量高，也就是
雷达在多普勒频移原点附近的曲线尽量陡峭，滤去更多的地面杂讯。另外，为了一起滤
去摇摆的树枝，海上的波浪和云雾等慢速反射物杂讯，雷达靠增加延迟线，也就是每隔
几道脉波作相减，延迟线越多，原点的放大率就越小，滤除的范围也越大，SCV的值也就
越高。
然而类比式(analogue)雷达的延迟线跟所用材料有关，不能无限增加，而材料又受本身
特性和外界的影响容易产生不确定性，解决的方法就是将雷达回波转为数字讯号，当代
的机载雷达几乎都采数字式雷达就是这个原因。
在雷达对延迟线作进一步计算前，其强度可以乘上不同的权重(weighting)，使整个滤波
频谱的特性改变，增加对固定杂讯、慢速杂讯的滤除效果。当雷达以数字方式设计时，
不同的权重只是软件中的不同系数而已，因此，依战术需求、杂讯的分布情况，适时改
变权重系数，制造出不同的滤波曲线，就可以对杂讯的处理产生最佳的效果。预警机如
E-2C和双座战机都有专人依战术环境调控不同权重的雷达模式，以求产生最佳滤波效果
。当权重取特殊值时，多重延迟线的数学公式会近似于离散富利耶转换(Discrete Four
ier Transform)(例如，当延迟线值为2的整数次方时，所需计算时间最短，被称为快速
富利耶，FFT)此时不同的延迟线不仅可滤掉原点附近的杂讯，实际上，N条延迟线能将多
普勒频移讯号分成N等分，使从零到脉波重复频率 (PRF，Pulse Repeat Frenquency)内
每一等分的杂讯处理都可以得到控制。F-16A/B型使用的APG-66火控雷达FFT为64条，台
湾IDF上的金龙53雷达最高可达256条，其滤波的差异可想而知。
随著微电子技术的进步，人们已经弃用延迟线而直接以窄频滤波器模拟出所需的滤波曲
线，但同时为防止回波在窄波器处理中将大部分频率滤调，产生测距失真，必须加上距
闸(Range Gate)，根据雷达的距离解析度将时间等分，以体现回波的时间性。在比较分
析当代机载雷达时，内行人都会念着高PRF这个，低PRF那个的字眼，往下看几分钟，你
也可以出去蒙小孩儿了。
当目标相对速度造成的多普勒频移为PRF的整数倍时会被意外滤除，此时的速度称为盲速
，此种现象称为速度不确定性(Velocity Ambitious)。当目标距离太远时，回波反射回
来，下一道波已经发出，使雷达搞不清这道波是哪道发射波回来的，而计算不出目标的
距离，这就叫距离不确定性。当PRF值高到使盲速高于任何可能目标的速度时，不存在速
度不确定，称为高PRF；而当PRF低到使脉冲间隔周期比脉波来回可能最远距离的时间还
长时，距离不确定性不成立，称为低PRF；两者之间，也就是既有距离不确定，又有速度
不确定的PRF称之为中PRF。为了大家不打磕睡，从这里开始我就长话短说了，高PRF雷达
对迎面而来的高速目标(相对速度最大)侦测效果最佳，对地面杂讯的过滤能力最强，因
此俯视能力好，而对尾追目标的搜索能力差，在引导雷达制导的空空导弹时，一定是用
高PRF，因为高PRF的脉波间隔短，资料更新率较高，缺失是为克服距离不确定性而使用
的调频(FM)手段不可以捷变，因此抗电子干扰能力较弱。低PRF测距既准又远，只可惜处
理的多普勒频移范围窄，滤波效果欠佳。中RPF则兼具二者的优缺点，可视情形巧用它们
的特性，变换PRF值，消除速度和距离的不确定性，但是，鱼和熊掌不可兼得，中PRF雷
达俯视的搜索范围不如高PRF，侦测逃逸目标能力不如低PRF。同时，在时间或频率轴上
，目标回波都有速度或距离的不确定性，也就是说无法完全将杂讯分离，只有在目标强
度足够时在可侦知，所以其搜索距离受到限制，F-16早期的APG-66就是纯中PRF雷达，它
的性能也属中庸。另一种解决高、低PRF之道就是同时使用两者，实现俯视和测距能力的
统一，E-3预警机的APY-1雷达就在高PRF操作中搀加了长脉冲(低PRF)，再以压缩脉波的
方式得到较高的测距精度。
1970年代，F-4E的AWG-10雷达首度使用高PRF雷达，将机载雷达带入俯视/俯射的新纪元
；F-14的AWG-9则增加了低PRF能力，能够侦测非迎向目标；1980年代，F-15的 APG-63雷
达，首次将中PRF实用化，借由数字技术的发展和计算机的程式化能力，使其可以弹性变
化及分析PRF值；在长程搜索时使用高PRF，及早获得来犯之敌，进入攻击前的中程追踪
时切换到中PRF得到精确的距离，得以在第一时间发射导弹先敌发起攻击。早期英国“旋
风”ADV的“猎狐人”雷达使用一种调频中断连续波的独特操作方式，名字听起来挺吓人
，其实就是前面提到过的高PRF操作的FM测距雷达，只是以极高的速率发射脉波时，就等
于是连续波，并运用了数字式脉冲压缩，频率捷变 (Frequency Agile)及FFT，俯视及电
子反反制能力已非早期高PRF雷达所能比拟！但搜索尾向目标就不甚理想了，所以到了F
-14D的APG-71便没有跟进，而是学F-15引入中PRF，由此可见，X、Ku波段的中PRF才是8
0年代机载火控雷达的主流。
到了90年代，更新一代的“旋风”ADV已经改用了同时具有高、中、低PRF的全波形多普
勒体制的“蓝狐”雷达。美军目前最强悍的APG-70(注：供F-15E)雷达首创应用高PRF的
距闸脉冲多普勒雷达，号称解决了高PRF不能精确测距的问题，并用新的软件控制FM测距
，增加了最大追踪测距，俯视滤波性能更是十分优越，其具体操作细节在这里就不多谈
了，只说一个数据供大家参考，APG-70操作在200kHz的高PRF，脉波间隔为5微秒，竟在
这狭小的空间内分出40个距闸，各500只滤波器！
下面再讲一段跟空战有密切关系的机载火控雷达的扫描模式。上回讲到，在远程搜索时
，通常使用高PRF，这是因为低空高速目标最具威胁性。越战时，北越的战机就常常埋伏
在低空待命，一旦美军轰炸机编队由上方通过时，就在地面管制(GCI)的引导下，爬升至
敌机12点处，利用速度和位能的优势俯冲攻击，往往杀得没有俯视能力的美机措手不及
，亦或抛下炸弹仓惶而逃，亦或仓促应战 (不少美军王牌就硬是这样被干掉了)。然而，
偷袭者此时早已迅速窜回低空遁逃了。我们又讲说高PRF测距不准，也就是说不能够分离
出多个目标的远近关系，只有速度，高度和大概距离，故称为脉波多普勒搜索 (PD Sea
rch)。海湾战争时，F-15C的雷达屏上时常出现多达五六十个光点，而每一笔的资料都缺
少精确的距离数据，这时，雷达不能够识别、跟踪每一个目标，甚至不清楚雷达上光点
的移动是否为飞机还是云朵，飞鸟之类的什么东东，那么我们平时强调谁的雷达最大搜
索距离有多长多长还有什么意义呢？
如果是搜索中高空目标，也就是仰视时，可用低PRF，以得到目标的精准距离资料，称之
为距离同时搜索(RWS，Range While Scan)，缺点是测不到低空高速逼近的目标，需要调
至中PRF得到目标的详细资料。
雷达搜索到目标后，接下来就进入目标标定(Target Acquisition)的模式了，也就是跟
踪每笔光点的走势，把真正的目标同杂讯、噪讯中分离出来，用距闸锁定。距闸就像个
小框框，只保留框内的讯号，如果框内的讯号前面较强，表示目标移向前方，在处理下
一道回波时，距闸就移向前，反之亦然，速度闸也是用类似原理跟踪目标的速度。如此
一来，目标的速度和距离就可以实现自动跟踪了。
对付单一目标，雷达天线可以用角锥扫描或单脉冲扫描作角度跟踪。如果是多目标跟踪
，则雷达就要有跟踪同时扫描的功能了，也就是我们常说的TWS，Track While Scan了。
此时，雷达并不限于对准哪一个特定目标扫描，而是在扫描过程中记录下每个光点的方
位角，加上速度闸和距闸测定的速度、距离资料，形成追踪档案，再结合自身导航资料
和之前的目标运动资料，取得目标的绝对路径。目标只有进入追踪模式后方可得到完整
资料，进行威胁评估、敌我识别及火控资料解算。美、苏两国对其重型战机的大功率、
大面积的雷达天线骄傲不已，其实是进入了盲目竞争的误区，F-14的雷达宣称有213公里
的最大搜索距离，但是真正有意义的TWS距离就只有167公里而已。
在了解了雷达的中远程扫描模式后，明白雷达的几种近程扫描模式和局限性也是很有意
义的。雷达的近程(AGM)扫描模式通常有四种；
超级扫描：雷达的扫描范围仅局限于抬头显示器(HUD)的视野，锁住第一个看到的目标，
或是最接近的目标。
瞄准线扫描：雷达对准机首方向，飞行员按住追踪钮将机首指向某一目标，松开按钮，
目标锁定完成，适合在近战中咬住敌机。
垂直扫描：雷达在垂直方向上下大幅扫描，左右仅作窄波扫描，适合进入高G动作中的战
机锁定垂直方向的敌机。
转动扫描：雷达只绕一个小空间的中心轴来回搜索，该中心轴由飞行员通过作舱内的按
钮来控制。
不同于地面雷达的360度垂直扇形波束，战机的雷达靠点射累计成面，通常有一面2行、
 4行、8行之分。因此，战机的扫描速度很慢，F-14做一次完整的130度/8行需时13秒，
而一般的TWS则以80度/2行或40度/4行换取每1秒一次的较高资料更新率。而长距离搜索
时会更慢，因为天线要等上一道回波反射回来后方可转动向下一行扫描。
针对目前战机雷达低PRF俯视性能差，高PRF尾追能力欠佳的问题，空中和地面预警、指
挥机制的建立都成了一个完整防空网所应具备的基本要素了。
尽管合成 拙独状�(SAR)和逆合成 拙独状�(ISAR)赋予了传统雷达新的生命，Typhoon(原
 EF-2000)战机的ECR-90机械转动雷达更号称使用高速控制马达，可驱使天线在3/1000秒
仰俯跳跃10度，但新一代的机载雷达走向电子扫描的大趋势已是不可避免了。由于电扫
雷达的高速指向和特定性，使雷达对目标的资料更新率和解析度大大提高，同时，反电
子压制的能力也大增，更由于电扫天线为固态扫描，其天线阵列也就不会四围转动，反
射电波了，无形中增强了飞机的隐匿性。
前苏联的MiG-31是世界上第一种使用电扫雷达的战机。它的NO-07型雷达可以搜索飞机中
线左右各70度的空域，俯视达到了机鼻以下60度，可同时跟踪10个目标并接战其中4个。
法国“飓风”战机上RBE-2也是使用类似原理的被动相控阵雷达，但是功能更强劲，可同
时执行TWS和地形追踪(Terrain Following)的对空、对地功能。目前，第一批海军型“
飓风”将不具备对地能力，空军的双座型则拥有完整的对空和对地的攻击能力。俄罗斯
利用卖给中国苏-27赚得的资金开发出MiG-31雷达的改良型，用在苏-37(Su-37)上，一样
具有同时空对空和空对地的操作模式，可在140~160公里内跟踪20个目标，并同时攻击其
中8个，且搜索范围也有所扩大，分别达到水平线正负90度，垂直方向55度的广角空域。
后视雷达系数为30~50公里，水平和垂直角度正负60度。美国下一代隐形战机F-22的APG
-77主动相控阵雷达采X波段有源二维相控天线，1000个主动阵列元件每具都可发射和接
收波束，免去了复杂的导波管，探测性能更加先进，且具有“整机性能柔性下降”的能
力，也就是雷达的功能不会因为某些阵列组件的破损而突然全部失效。
1998年，中国的专业刊物指出中国已经研制出了主动电扫相控雷达，很可能是供陆基反
导系统使用，说明中国已继美国、俄罗斯、法国和以色列后成为第四个掌握该项技术的
国家。美国同类的GBR雷达目前配置THAAD战区防导系统，其操作频率为当代机载雷达通
常使用的X波段，因此具有极高的解析度，而TWS距离却是采用较长S波段SPY-1雷达的3倍
以上！有此宝物，中国版的THAAD系统应不远矣！

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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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