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我們知道,蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成,每個小眼都能成完整的像,這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似,相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元(稱為陣元)組成,單元數目和雷達的功能有關,可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上,構成陣列天線。利用電磁波相干原理,通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位,就可以改變波束的方向進行掃描,故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機,完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外,還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流,從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多,則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線,“相控陣”由此得名。
有源相陣控雷達和無源相陣控雷達的區別是就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收,而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元!
相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。它不但具有傳統雷達的功能,而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機械掃描天線系統相比,有許多顯著的優點。例如、相控陣省略了整個天線驅動系統,其中個別部件發生故障時,仍保持較高的可*性,平均無故障時間為10萬小時,而機械掃描雷達天線的平均無故障時間小于1000小時。下面主要介紹先進的相控陣雷達。
相控陣雷達的優點:
(1)波束指向靈活,能實現無慣性快速掃描,數據率高;
(2)一個雷達可同時形成多個獨立波束,分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能;
(3)目標容量大,可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標;
(4)對復雜目標環境的適應能力強;
(5)抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高,即使少量組件失效仍能正常工作。
但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴,且波束掃描范圍有限,最大掃描角為90°~120°。當需要進行全方位監視時,需配置3~4個天線陣面。
相控陣雷達與機械掃描雷達相比,掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強,能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN/MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展,固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用,是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。
一、雷達及其分類
雷達(Radar,即 radio detecting and ranging),意為無線電搜索和測距。它是運用各種無線電定位方法,探測、識別各種目標,測定目標坐標和其它情報的裝置。在現代軍事和生產中,雷達的作用越來越顯示其重要性,特別是第二次世界大戰,英國空軍和納粹德國空軍的“不列顛”空戰,使雷達的重要性顯露的非常清楚。雷達由天線系統、發射裝置、接收裝置、防干擾設備、顯示器、信號處理器、電源等組成。其中,天線是雷達實現大空域、多功能、多目標的技術關鍵之一;信號處理器是雷達具有多功能能力的核心組件之一。
雷達種類很多,可按多種方法分類:
(1)按定位方法可分為:有源雷達、半有源雷達和無源雷達。
(2)按裝設地點可分為;地面雷達、艦載雷達、航空雷達、衛星雷達等。
(3)按輻射種類可分為:脈沖雷達和連續波雷達。
(4)按工作被長波段可分:米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達和其它波段雷達。
(5)按用途可分為:目標探測雷達、偵察雷達、武器控制雷達、飛行保障雷達、氣象雷達、導航雷達等。
二、相控陣雷達的概況
相控陣技術,早在30年代后期就已經出現。1937年,美國首先開始這項研究工作。但一直到50年代中期才研制出2部實用型艦載相控陣雷達。60年代,美國和前蘇聯相繼研制和裝備了多部相控陣雷達,多用于彈道導彈防御系統,如美國的AN/FPS-46、AN/FPS-85、MAR、MSR,前蘇聯的“雞籠”和“狗窩”等。這些都屬于固定式大型相控陣雷達,其共同點:采用固定式平面陣天線,天線體積大、輻射功率高、作用距離遠。其中美國的AN/FPS-85和前蘇聯的“狗窩”最為典型,70年代,相控陣雷達得到了迅速發展,除美蘇兩國外,又有很多國家研制和裝備了相控陣雷達,如英、法、日、意、德、瑞典等。其中最為典型的有:美國的AN/TPN-25 、AN/TPQ-37和GE-592、英國的AR-3D、法國的AN/TPN-25、日本的NPM-510和J/NPQ-P7、意大利的RAT-31S、德國的KR-75等。這一時期的相控陣雷達具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應用范圍廣等特點。80年代,相控陣雷達由于具有很多獨特的優點,得到了更進一步的應用。在已裝備和正在研制的新一代中、遠程防空導彈武器系統中多采用多功能相控陣雷達,它已成為第三代中、遠程防空導彈武器系統的一個重要標志。從而,大大提高了防空導彈武器系統的作戰性能。在21世紀,相控陣雷達隨著科技的不斷發展和現代戰爭兵器的特點,其制造和研究將會更上一層樓。
三、相控陣原理
相控陣,就是由許多輻射單元排成陣列形式構成的走向天線,各單元之間的輻射能量和相位關是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計算機控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實現波束在空間掃描,即電子掃描,簡稱電掃。相位控制可采用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣,在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上.這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點,能以一部天線實現全空域電掃。通常的共形陣天線有環形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述,相控陣雷達因其天線為相控陣型而得名。
相控陣雷達有相當密集的天線陣列。在傳統雷達天線面的面積上目前可安裝一千多到兩千多個相控陣天線 (F-22約有2000個),任何一個天線都可收發雷達波,而相鄰的數個天線即具有一個雷達的功能。掃描時,選定其中一個區塊(數個天線單元)或數個區塊對單一目標或區域進行掃描,因此整個雷達可同時對許多目標或區域進行掃描或追蹤,具有多個雷達的功能。由于一個雷達可同時針對不同方向進行掃描,再加之掃描方式為電子控制而不必由機械轉動,因此資料更新率大大提高,機械掃描雷達因受限于機械轉動頻率因而資料更新周期為秒或十秒級,電子掃描雷達則為毫秒或微秒級。因而它更適于對付高機動目標。此外由于可發射窄波束,因而也可充當電戰天線使用,如電磁干擾甚至是構想中發射反相位雷達波來抵消探測電波等。
四、相控陣雷達分類
相控陣雷達大體可分為兩大類,即全電掃相控陣和有限電掃相控陣。全電掃相控陣又可稱固定式相控陣,即在方位上和仰角上都采用電掃,天線陣是固定不動的。有限電掃相控陣是一種混合設計的天線,即把兩種以上天線技術結合起來,以獲得所需要的效果,起初把相掃技術與反射面天線技術相結合,其電掃角度小,只需少量的輻射單元,因此可大大降低設備造價和復雜程度。
天線陣,根據掃描情況可分為相掃、頻掃、相/相掃、相/頻掃、機/相掃、機/頻掃、有限掃等多種體制。相掃系列利用移相器改變相位關系來實現波束電掃。頻掃是利用改變工作頻率的方法來實現波束電掃。相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個角坐標實現波束電掃。相/頻掃是利用移相器控制平面陣一個坐標而另一坐標利用頻率變化控制來實現波束電掃.機/相掃是在方位上采用機掃、仰角上采用相掃。機/頻掃是在方位上采用機掃、仰角上采用頻掃。
五、相控陣雷達的特點
相控陣雷達之所以具有強大的生命力,因為它優勝于一般機械掃描雷達。它具有以下特點:
(1)能對付多目標。相控陣雷達利用電子掃描的靈活性、快速性和按時分割原理或多波束,可實現邊搜索邊跟蹤工作方式,與電子計算機相配合,能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標,并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標。因此,適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。
(2)功能多,機動性強。相控陣雷達能夠同時形成多個獨立控制的波束,分別用以執行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導導彈等多種功能。一部相控陣雷達能起到多部專用雷達的作用,如“愛國者”的一部多功能相控陣雷達可以完成相當于“霍克”和“奈基”-2型9部雷達的功能,而且還遠比它們能夠同時對付的目標多。因此,可大大減少武器系統的設備,從而提高系統的機動能力。
(3)反應時間短、數據率高。相控陣雷達可不需要天線驅動系統,波束指向靈活,能實現無慣性快速掃描,從而縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間,具有較高的數據率。相控陣天線通常采用數字化工作方式,使雷達與數字計算機結合起來,能大大提高自動化程度,簡化了雷達操作,縮短了目標搜索、跟蹤和發控準備時間,便于快速、準確地實施畦達程序和數據處理。因而可提高跟蹤空中高速機動目標的能力。
(4)抗干擾能力強。相控陣雷達可以利用分布在天線孔徑上的多個輻射單元綜合成非常高的功率,并能合理地管理能量和控制主瓣增益,可以根據不同方向上的需要分配不同的發射能量,易于實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾,有利于發現遠離目標和小雷達反射面目標(如隱形飛機),還可提高抗反輻射導彈的能力。
(5)可靠性高。相控陣雷達的陣列組較多,且并聯使用,即使有少量組件失效,仍能正常工作,突然完全失效的可能性最小。此外,隨著固態器件的發展,格控陣雷達的固態器件越來越多,甚至已生產出全固態兒控陣雷達,如美國的?!皭蹏摺崩走_,其天線的平均故障間隔時間高達15萬小時,即使有10%單元損壞也不會影響雷達的正常工作。
當然,相控陣雷達不是十全十美的,也有其缺點。主要是造價貴,典型的相控陣雷達比一般雷達的造價要高出若干倍。此外,相控陣雷達對于短程彈道導彈的襲擊可以說是無能為力,這也是美國及臺灣為什么擔心大陸方面在福建沿海部署東風導彈的原因。而1991年,海灣戰爭期間,伊拉克用“飛毛腿”導彈襲擊以色列的時候,其“愛國者”導彈根本無法有效將其擊落,何況短短的臺灣海峽呢?
六、有源相陣控雷達和無源相陣控雷達的區別
區別就是無源是只有單個或者幾個發射機子陣原只能接收,而有源是每個陣原都有完整的發射和接收單元!機載雷達經歷了從機械掃描形式到相控陣電子掃描,再到最新的保形"智能蒙皮"天線的發展過程,電子掃描雷達在作戰使用中的優勢在哪里?未來的綜合式射頻(RF)傳感器系統的總體特點和關鍵技術是哪些?
近50多年來,機載雷達不斷采用新的技術成果,性能不斷提高,其中重要的有全向多脈沖射頻(MPRF)模式和高分辨率多普勒波束銳化(DBS)技術在雷達中的實際應用。目前,由于在信號處理和砷化鎵、氮化鎵微波集成電路領域技術的進步,雷達作為戰術飛機主傳感器的地位仍然會繼續保持下去。有源ESA的出現是技術上的又一進步。它的每一個陣元中都有一個RF發射機和靈敏的RF接收機,在各個發射/接收(T/R)模塊內都有一個功率放大器、一個低噪聲放大器和用砷化鎵、氮化鎵技術制造的相位振幅控制裝置。有源ESA雷達技術放棄了傳統的中心式高功率發射機,除了具有無源相控陣雷達的優點外,還提高了能量的使用效率并具有自適應波束控制、強抗干擾能力和高可靠性等優點。
西方國家第一代有源相控陣雷達系統接近定型的有美國裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達。英、法和德國共同研制的AMSAR項目也確定使用先進的有源相控陣雷達技術,為其后續的歐洲戰斗機雷達的升級改裝做準備。從今天的角度來看,雷達技術未來的下一個發展方向是保形"智能蒙皮"陣列,它把有源ESA技術和多功能共用RF孔徑結合了起來,在天線陣元的安排上,與飛機機身的結構巧妙地配合,實現寬波段和多功能。保形天線陣列有高性能的處理器并使用空-時自適應處理技術有效地抑制了外部的噪聲、干擾和雜波并能以最優化的方式來探測所感興趣的目標。雖然有許多相關的技術問題需要解決,但保形"智能蒙皮"技術并非是個不切實際的解決方案,預計在20~25年的時間內就可以達到實用階段。
在10~15年內,對戰術飛機射頻傳感器(包括雷達)未來所執行的任務來說,最迫切的需要是增加功能、提高性能,并且還要注重經濟性和可維護性。美國的"寶石路"計劃已經證明,航空電子系統通過采用通用模塊、資源共享和傳感器的空間重構(重構的設備包括雷達、電子戰及通信-導航-識別等射頻傳感器)可以做到系統的造價和重量減小一半,而可靠性提高三倍。它所確立的綜合模塊化航空電子的設計原則已用于JSF戰斗機的綜合傳感器系統(ISS)和多重綜合式射頻傳感器工程的設計中,歐洲類似的用于未來戰術飛機的綜合式射頻傳感器項目也正在實施。
七、各國機載相控陣雷達的發展
隱身飛機和現代空戰需要相控陣雷達:隱身飛機配裝相控陣雷達(PESA 或者是AESA)幾乎是唯一的選擇。迄今為止還沒有出現使用機械掃描雷達的隱形飛機,也說明了這一點。低攔載概率(LPI)和低觀測特性(LO)是隱身飛機能否實現隱身和順利完成作戰任務的關鍵。在當前極為嚴峻的電子干擾環境中,"LPI",即機載雷達輻射的電磁波被敵方攔截概率的高低是一項重要的性能指標。在攻擊有專用電子干擾飛機掩護的機群或單機時,強烈的電磁干擾將使傳統的雷達無法正常工作。AESA天線口徑場的幅度和相位都可以隨意控制,可使天線旁瓣的零值指向敵方干擾源,使之不能收到足夠強度的雷達信號,從而無法實施有效干擾。通過數字波束形成(DBF)技術,可以使主波束分離成兩個波束,使其零值對準敵方干擾源;若干擾源位于雷達旁瓣方向,則在該方向也可以形成零值,使敵方收不到雷達信號,從而無法實行有效干擾。AESA的自適應波束形成能力是機載雷達在復雜的電磁環境中得以保持其作戰能力的重要因素。
美國篇:
美國國防部國防科學委員會主席的一份關于發展美國軍用機雷達的建議報告中特別強調了有源相控陣技術可以極大地擴展雷達的功能和提高雷達的性能, 21世紀美國的戰斗機雷達、預警與監視飛機的雷達都應是AESA體制的。事實上,除了F-22和F-35等新一代戰機都毫無例外地裝備AESA雷達外,美國對第三代現役戰斗機、轟炸機、預警和監視飛機的AESA改進都已列入計劃,并得到了相應的財政支持。業內一種普遍的觀點認為:從現在起再過十年,不掌握AESA雷達制造能力的廠商將沒有立足之地。
接下來就具體的介紹一下美國的幾種試驗中或者已經取得穩定進展的機型!
1) F-22 機載雷達(AN/APG-77):
人們常常問什么是第四代戰斗機F-22令人印象最深的特性?它在什么領域具有最重要的技術突破?通常的回答是它的隱身和超音速巡航特性。但這些特性實際上在以前的戰斗機上已經分別在F-117和SR-71上實現了。談不上突破。業內人士和F-22飛行員們則普遍認為F-22最大的突破是它的航空電子系統實現了更高程度的綜合,AESA雷達首次在戰斗機上采用。它使飛機具有更為銳利的眼睛,更為豐富的作戰功能。對戰斗機目標的作用距離超過200km??梢詫崿F"先敵發現、先敵發射、先敵命中"。F-22雷達可以進行脈間變頻、快速掃描,敵方很難檢測和定位。同時還可以用時分的方法進行電子情報搜集、實施干擾、監視或通信。這些是以前戰斗機雷達所無法實現的。
F-22雷達采用AESA體制,它由美國諾·格公司(Northrop Grumman Corp)和雷神公司(Raytheon Systems Company)共同研制。該雷達將用于21世紀初在美國空軍服役的F-22先進戰術戰斗機,目前F-22是世界最先進的戰斗機。F-22能在多種威脅環境下,以低可觀測性、高機動性和高靈活性對超視距敵機進行攻擊,也能進行近距格斗空戰。1998年4月,諾·格公司已交付第一套APG-77雷達硬件和軟件給波音飛機公司F-22航空電子綜合實驗室,對F-22的航空電子設備進行系統綜合測試和鑒定試驗。作為APG-77計劃的工程發展(EMD)階段的首批11部雷達已交付給諾·格公司馬里蘭州測試實驗室進行系統級綜合與測試。全尺寸雷達自1999年開始生產,2005年開始服役。AN/APG-77雷達是一部典型的多功能和多工作方式的雷達,其主要的功能有:
遠距搜索(RS)
遠距提示區搜索(cued search)
全向中距搜索(速度距離搜索)(velocity range search)
單目標和多目標跟蹤
AMRAAM數傳方式(向先進中距空空導彈發送制導修正指令)
目標識別(ID)
群目標分離(入侵判斷)(RA)
氣象探測
雷達可能擴展的功能有:
空/地合成孔徑雷達(SAR)地圖測繪
改進的目標識別
擴大工作區(通過設置旁陣實現)
2) F-35(JSF)機載雷達(AN/APG-81):
2000年,美國國防部JSF項目辦公室授予諾·格公司4200萬美元合同為JSF 設計、開發和試飛AESA雷達,它是多功能綜合射頻系統/多功能陣MIRFS/MFA)計劃的一部分。雷達系統采用最先進的AESA天線、高性能的接收機/激勵器、商用的處理機(貨架產品)。由于采用了最新的技術成果,大量減少了元器件和內部連接器數目,所以JSF雷達的成本和重量都較其前輩(F-22雷達)有大幅度地降低,重量和價格降低了約3/5,制造和維修也比較簡單。MIRFS/MFS 計劃要求T/R模塊能夠實現全自動化生產;可靠性比傳統的機械掃描雷達提高一個數量級;后勤保障和全壽命費用降低50%。APG-81采用開放式結構,為將來性能增長提供極大空間。JSF的AESA雷達設計的一條重要原則是必須滿足JSF對隱身特性的要求。同時強調必須滿足軍方提出對JSF的"四性"要求,即:經濟承受性、致命性、生存性和保障性。
3) F/A-18E/F?雷達AESA改進型(AN/APG-79):
?F-18D/C/E/F原來配裝雷達APG-65/73,其AESA改進型編號為 APG-79。該雷達仍由APG-65/73雷達的制造商雷神公司研制。APG-79采用先進的AESA體制,于2003年7月30日在美國中國湖(China Lake)海空作戰中心配裝在F/A-18上進行成功首飛。新雷達可以同現有F/A-18機載武器相匹配,同時,設計留有日后充分擴展的余地。APG-79 AESA雷達極大地降低了載機的雷達可觀測性,即提高了飛機的隱身特性。雷達的可靠性和維護性也得到了根本的改善。雷神公司將于2005年向波音正式交付裝機的APG-79雷達。APG-79 AESA雷達具有下述功能和特點:
空對空:
攻擊遠距目標
通過資源管理器減輕飛行員工作負荷
空對面:
防區外遠距高分辨率地圖測繪
同時具有多工作方式工作能力
可靠性和成本:
系統可靠性增加5倍
自檢系統可以把故障隔離到外場可更換模塊(LRM)
通過T/R模塊的特殊設計實現系統"完美"降級
運營成本大幅度降低
裝備F/A-18E/F的3部AESA雷達系統于2004年6月份開始在中國湖的??兆鲬鹬行倪M行新一輪的試驗,并通知試飛小組制定一個有特種作戰部隊、埃格林空軍基地等單位參與的試驗計劃。還要求演示試驗飛機和指揮船之間的通信鏈路,研究F/A-18E/F和EA-18G可以向指揮船提供什么信息。海軍已經建立了一個工作小組,目前要做的是同空軍的F-15和JSF方面的人員接觸,深入討論聯合試驗和性能鑒定等問題以及建立一個工作小組評審有關標準、結構和規約。美國海軍和空軍目前都在研究AESA究竟能為未來戰爭帶來一些什么變化和收益?他們正在尋求幾個關鍵問題的答案:
目前,AESA雷達的作用距離已經是傳統機械掃描雷達的一倍,可供選用的雷達功能已極大地豐富,這樣我們可以創造一些什么新的戰術?
一個雙機或4機編隊怎樣分工完成空對空和空對地的攻擊任務? 如何由一架裝有AESA的戰機引領一批沒有裝載AESA的普通戰斗機提高他們的戰斗能力。
4) F-16(UAE)雷達AESA改進型(AN/APG-80):
F-16原來配裝APG-66/68,APG-80為其AESA改型,仍由諾·格公司研制。該公司還同時為F-16UAE研制電子戰系統。F-16UAE是為阿聯酋研制的F-16第60批產品,計劃生產80架。2004年到2007年完成交付。由于諾·格公司在此期間幾乎同時得到了F-22和F-35的配套雷達研制合同,因此大部分AESA技術和模塊都可以移植到APG-80中來。這使其研制周期可以大為縮短。預計2004年7月,雷達可以交付到飛機承包商洛·馬公司進行雷達的驗收試驗。APG-80雷達具有先進的對空和對地兩種工作模式,這也是采用諾·格公司第4代發射/接收機模塊化技術的第一種產品。APG-80可以連續搜索和跟蹤出現在它掃描范圍內的多個目標。此外飛行員還可以同時進行空對空的搜索與跟蹤、空對地的目標瞄準以及地形匹配飛行。
新的波束捷變技術帶來了雷達能力的巨大增長,擴展了飛行員對態勢的感知能力,使雷達對目標探測距離更遠,并具有高清晰度合成孔徑雷達成像能力。雷達的可靠性也比傳統的機械掃描雷達高數倍。
5) F-15改進型雷達(AN/APG-63V2)
? ?F-15原來配裝AGP-63/70,APG-63V2為其改進型,采用有源相控陣體制。雷神公司已完成向波音飛機公司的最后18架F-15C的APG-63(V)2 AESA雷達的交付。這是世界上首次進入空軍服役的戰斗機AESA雷達。該雷達消除了原來F-15雷達笨重的液壓天線驅動系統,雷達的快速掃描和多目標跟蹤能力都得到了數量級的增長。提高了飛行員對戰場環境的認知能力。該型雷達能夠同現有的飛機武器系統很好地兼容。由于作用距離的增加,使得增程的AIM-120的性能得到充分的發揮,并能在更大的視場范圍內(方位和俯仰)制導多枚空空導彈,同時攻擊多個目標,包括雷達截面積很小的隱身目標,如巡航導彈等。
俄羅斯篇
俄羅斯Tikhomirov NIIP設計局和印度雷達開發實驗室(LRDE)聯合開發了Irbis有源相控陣機載雷達,雷達研制成本1.6億美元。2010年前,該雷達將裝備于印度的蘇-30MKI戰斗機,取代現有的NO11M Bars相控陣雷達(一種無源相控陣雷達)。
? ? Zhuk-MSF(Sokol)是法茲特隆設計局設計的新型雷達。設計局表示,Sokol采用非等距的雷達陣元分布,它不同于傳統的等距陣元三角形柵格排列,是傳統相控陣雷達成本的1/5。雷達天線直徑980mm(增益37dB),重275公斤;可同時跟蹤24至30個目標,并攻擊其中的6至8個。在水平/垂直方向,雷達電子波束掃描的覆蓋范圍均為±70
o
。雷達峰值輸出功率為8kW,平均功率為2~3kW。Sokol雷達具備高可靠性、低截獲概率、反電子干擾和頻率捷變功能。法茲特隆設計局稱,Sokol雷達可在空空和空地模式實現隔行掃描。作用距離的相關數據如下:
速度搜索:245km(迎頭戰斗機目標)
邊測距邊搜索,上視模式:180至190km(迎頭戰斗機目標)
80km(尾追戰斗機目標)
下視模式:170km(迎頭戰斗機目標)
60km(尾追戰斗機目標)
邊跟蹤邊掃描模式:150km(迎頭戰斗機目標)
轟炸機或AWACS飛機等大型目標,Sokol雷達的探測距離超過300km。
Koyopo-F AESA雷達仍在研制中,成本有望比Koyopo-M降低50%。
Koyopo-F的重量更輕、可靠性更高,共有3種型別,分別提供小/中/大探測距離。天線直徑40mm,適用于頭部較小的飛機或作為蘇-30/蘇-34系列戰斗機的后向探測雷達。雷達發射機的峰值輸出功率為4kW,平均功率為0.4kW。據報道,俄羅斯已經將Koyopo-F雷達提供給了印度LCA(輕型戰斗機)。
以色列
Elta公司的EL/M-2052雷達特征如下:
a) 多于1500個T/R模塊(F-22雷達有2000個)
b) 跟蹤多達64個目標
c) 使用空海模式時,能夠探測并跟蹤160海里以外的地面目標
d) 具有高可靠性、同時多功能、良好的抗干擾能力等特點
e) 可以配裝F-15、幻影2000、米格-29、蘇-27/30和印度的LCA
以色列的"費爾康"(PHALCON)是全球技術最為先進的機載預警和控制系統。系統由Elta公司生產,采用有源相控陣技術。"費爾康"預警機系統的基本組成包括4個傳感器系統:相控陣雷達、相控陣IFF(敵我識別)系統、ESM(電子支援措施)/ELINT(電子情報)和CSM(通信支援措施)/COMINT(通信情報)。獨特的融合技術能夠連續處理來自不同傳感器的數據。當其中一個傳感器發現目標后,系統自動啟動其它傳感器進行搜索。
相控陣雷達系統提供360o的探測范圍,能夠跟蹤高機動目標。雷達可全天候、晝夜探測幾百公里外的低空飛行目標。波束靈活性降低了雷達虛警率。跟蹤啟動時間也由原來的20~40秒降低為2~4秒。
IFF系統采用固態相控陣技術,具備詢問、解碼、目標探測和跟蹤功能。系統將單脈沖技術應用于方位角測量。IFF數據與相控陣雷達數據能夠自動融合。
ESM/ELINT系統接收、分析并定位雷達信號,覆蓋范圍360o;具備高截獲概率,方位角測定精度高。系統采用窄帶超外差接收機和寬帶瞬時測頻(IFM)技術,提供高精度、高概率對機載/地面發射機信號截獲功能。通過到達時間差(DTOA)測量,系統可提供全部接收信號的高精度方位角信息;還可以搜集并分析電子情報數據。CSM/COMINT系統可接收超高頻、甚高頻和高頻信號,快速搜索和鎖定機載、艦載或地面目標信號。DF(定向)功能可定位目標。探測到的敵方信號能夠瞬間傳輸給監聽接收機。系統大量使用了計算機技術,減少了飛行員的工作負荷。
歐洲篇
歐洲國際合作
1993年,為彌補"臺風"戰斗機現有CAPTOR雷達的諸多缺陷,英、法、德三國聯合啟動了機載多模固態有源相控陣雷達(AMSAR)項目。AMSAR將裝備于"臺風"和"陣風"(目前"陣風"裝備的是RBE-2無源雷達)戰斗機。隨后,三方成立了GTDAR(GEC-湯姆森-DASA機載雷達)合資公司專門從事AMSAR的研發工作。
AMSAR項目的開發分為3個階段,預計11年完成。前兩個階段將分析新一代有源陣的可行性和需求以及生產MMIC模塊的新方法。模塊的目標價格定為400至500歐元(目前為幾千歐元)。GTDAR公司通過建造小型相控陣以論證項目的總體可行性。1998年,GTDAR公司完成了144個模塊陣列的測試,標志著項目前兩個階段的順利完成。144個模塊陣列的演示非常成功,投資方隨即宣布項目進入第3階段。該階段采用裝備1000個模塊的全尺寸設備,在BAE系統公司的航空電子測試機上進行飛行測試。第3階段目前仍在進行之中,如果項目進展順利且成本適中,AMSAR即可裝備戰斗機。系統將極大地改進"臺風"戰斗機的性能,并降低"臺風"被敵方探測到的概率。此外,項目還引進了幾個歐洲的合作伙伴(如英國的FOAS項目),加強陣列與飛機的綜合,即所謂的保形智能蒙皮(smart skin)陣列。由于使用了高速寬帶光學鏈路和中央處理系統,整個飛機更像一個巨型的綜合傳感器。盡管這對"臺風"戰斗機意義不大,但對于項目的深入進展和FOAS項目實現可能會有些幫助。
荷蘭
荷蘭的TNO物理和電子實驗室開發了一種很有特色的、采用AESA體制的小型合成孔徑雷達(SAR)如圖所示,該雷達體積小、重量輕、精度高,并具有對地面慢動目標檢測(GMTI)能力,可用于環境監測和各種軍事用途。分辨力達5cm(spotlight)。工作模式:帶狀地圖、Spotlight、GMTI、干涉SAR。
主要參數如下:
* 為低高度無人機和有人駕駛平臺使用
* 分辨力:0.3~1 m (帶狀地圖);0.05 m (spotlight)
* 最低檢測速度(MDV):3km/h;精度為:0.7km/h
* 同時SAR和GMTI,為其它探測傳感器提示目標位置
* 提供地形圖:精度為 0.4m(垂直)×1m(水平)
* 重量小于50kg
* 采用有源相控陣體制,工作在X波段天線由3塊印制板組成(每塊寬度為15cm),可以根據不同需求增減尺寸。
有源相控陣T/R模塊采用的功率放大器:
* 兩級放大器:輸出平均功率:6.1 W;效率(PAE):36%;增益:21 dB;X-波段相對帶寬:40%;
* 三級放大器:輸出平均功率:6.5W;效率(PAE):29%;增益:29 dB;X-波段相對帶寬:30%
瑞典
? ? ?瑞典的有源相控陣(AESA)計劃命名為NORA, 其英文含義即"不僅僅是雷達",NORA還同時具有電子戰和數據通信的功能。還將采用最新的空時自適應信號處理(STAP)技術。在瑞典國防部支持下于1994年項目啟動;一個約有1000個T/R模塊的AESA計劃2004年進行試飛。研制成功后極有可能對本國的主力戰斗機"鷹獅"目前裝載的雷達PS-05進行改裝。
事實上,瑞典研制的有源相控陣體制的預警雷達PS-890早在1994年即已開始在其空軍的小型運輸機Saab 340上裝備,共裝備4架。雷達工作在S波段,相控陣由200個固態收發模塊組成,對戰斗機目標的探測距離可達300km。長9m的平衡木形狀的相控陣天線重達900kg。
法國
在西北歐新一代三大主力戰機中,"陣風"戰斗機是唯一迄今未在外銷戰場上有任何斬獲,法國為了增加自家寶貝的賣點與吸引力以向外推銷,可以說無所不用其極,也因此成為歐洲各國中,最積極、也是最早一批進入研究發展戰斗機AESA火控雷達行列的國家。
目前裝備"陣風"戰斗機配裝的雷達型號是RBE-2,采用無源相控陣體制??梢栽谶M行地形回避或地形跟隨(TA/TF)的同時,同時搜索和跟蹤空中目標;或是在搜索特定空域區域的同時,跟蹤位於另外空域的空中目標。
Thales集團于1999年正式提出RBE-2 雷達AESA升級方案,并于2002年4 月間在RBE-2 雷達上開始研制DRAA有源相控陣雷達技術演示樣機,該樣機采用從美國引進的技術,由1000個GaAs T/R模塊組成的AESA天線。2002年12月,歐洲第一部戰斗機載AESA火控雷達原型技術演示樣機裝在一架試驗機上進行測試,并且在2003年5月間正式安裝于"陣風" B301 上試飛。主要目地是驗證未來把RBE-2換裝AESA天線時,能達到"即插即用" 。即將RBE-2 雷達的原有的無源相控陣天線拆下換成 DRAA有源相控陣天線,只需要不到3個小時,這是一個其他還在使用機械掃描雷達的競爭者所難以達到的成就;除此之外,根據當時參加測試的試飛員還表示:"換裝DRAA AESA天線后,極大幅度地提高了RBE-2 雷達的探測距離"。
不過DRAA驗證樣機所使用的GaAs T/R模塊是自美國引進的,無論是自用還是外銷競標都不適宜,因此DGA 與Thales集團簽協,于2004年7月間正式開展新一階段的DRAAMA(D émonstrateur Radar àAntenne Active Modes Avancés,or Advanced Modes Active Array Radar Demonstrator)演示計劃,將采用全新的AESA制作工藝,且所有元器件均由歐洲自主獨立開發,預定在2007至2008年間完成驗證,如有需要,可以自2010年以后起進行AESA陣列天線的換裝升級,預計屆時其陣列天線上將會擁有1000 至1200 個GaAs T/R模塊,對空探測距離可望較目前的無源相控陣雷達RBE-2提高至少50% 以上,雷達水平搜索角度則可從±60度提高至±70度,整體雷達性能水準當與AN/APG-79 相當。
法國在2000年初期競標韓國與新加坡的F-X 未來攻擊戰機計劃時,曾想效法美國替阿聯酋開發F-16E/F BLOCK60 的先例,提出所謂的"陣風" MK2超級戰斗機計劃:但要求用戶出資7億美元協助開發,到了2006年后,達索便能將使用AESA雷達,M88-3 渦扇的超級"陣風"戰機雙手奉上。
可惜法國的面子遠沒美國大,韓國與新加坡都不愿冒此風險,"陣風" MK2超級戰機計劃最后無疾而終,THALES集團也只好靜待法國政府出資,完成所有研發與測試計劃后,于2010年以后起開始推動"陣風"戰斗機雷達的AESA換裝升級。
法國的機載AESA雷達計劃顯得平實無華。雷達就是雷達,不去追求兼有電子戰和通信等其它先進功能,也不去搞加裝驅動馬達或側視陣列等新潮花樣(如瑞典的NORA),換裝機體也不搞任何結構大改工程,只是單純的把舊天線拆下,再換上新的AESA天線就大功告成了。這樣的設計方法,不免在無法充分發揮AESA應有潛力有遺憾,不過其好處也顯而易見:技術風險小,研發成本低,換裝快且方便,日后飛行員和后勤維護人員在操作/維修訓練上也可以大多沿用原有教材與經驗,對于大多數中、小國家空軍而言,也許這樣簡單就是美的理念設計才能真正符合其國情所需。
八、雷神公司四種導彈防御相控陣雷達
1.?鋪路爪 AN/FPS-132地基預警雷達
雷達型號:AN/FPS-132
工作頻段:420MHz~450MHz
功率:峰值功率582.4kW,平均功率145kW
探測距離:5000Km
單次掃描時間:6s
MTBF:450h
陣面尺寸:直徑30m
陣源數量:2000個
用途:探測從預警衛星無法連續監測的地區所發射的導彈
特點:具備早期發現、跟蹤中段與再入段導彈和彈頭的能力
2、AN/TPY-2雷達
雷達型號:AN/TPY-2
工作頻段:X波段(9.5GHz)
探測距離:對雷達反射截面積為1㎡的目標探測距離達1000km
機械轉動范圍:方位角 -178°~+178°;俯仰角 0°~90°
電掃范圍:方位角0°~50°;俯仰角0°~50°
陣面尺寸:天線陣面積為9.2 ㎡
陣元數量:30464個
用途:主要部署在美國本土外的重要戰略區域
特點:系統體積小,可高速機動,分辨精度高,能識別誘餌
3、新型愛國者雷達
雷達型號:新型愛國者雷達(型號尚未得知)
探測距離:相比舊式AN/MPQ-53/65雷達探測距離增加約5倍,(AN/MPQ-53/65雷達搜索距離約為100千米)
用途:讓愛國者導彈系統獲得360°監控范圍.并提升其多目標交戰性能
特點:雷達的芯片采用了氮化鎵材料,功率會相應的大幅度增加.新型有源相控陣雷達改變了工作方式,提高了性能
其他指標:其他指標尚不明確
4、“宙斯盾”艦載AN/SPY-1多功能相控陣雷達
雷達型號:AN/SPY-1
工作頻段:S波段3.1GHz~3.5GHz
探測距離:450km
電掃范圍:方位角360°;仰角90°
單陣面尺寸:3.65×3.65 ㎡(共4面天線)
陣元數量:4×4490個
用途:是美國海軍“宙斯盾”防空反導作戰系統的核心,對空中和海面目標進行自動搜索、檢測、跟蹤并對SM-2導彈進行中段制導
特點:可同時監視上百個目標,跟蹤幾十個威脅目標,并對發射的導彈進行制導。

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