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艦載雷達自從30年代問世以來，一直受到各國海軍的極大重視，經過60多年的發(fā)展，其技術性能和作戰(zhàn)性能得到顯著提高，已成為艦載武器系統(tǒng)的重要組成部分之一，是海上信息戰(zhàn)的重要信息來源，擔負著警戒、跟蹤、火控、導航、艦載機的引導以及氣象探測等多項任務。艦載雷達性能的優(yōu)劣直接影響艦艇的作戰(zhàn)能力，影響整個作戰(zhàn)進程，甚至決定戰(zhàn)爭的勝負。隨著作戰(zhàn)要求的不斷發(fā)展變化、雷達技術自身的進步和發(fā)展、基礎器件及有關學科的革新與進步，促使艦載雷達采用一系列新體制、新技術，提高其性能和抗干擾、抗反輻射導彈、抗低空突防、反隱身的能力，提高探測信號的信息量并從回波中提取盡可能多的有用信息，提高信息處理的能力和自動化程度，向多功能、高分辨率、自適應方向發(fā)展。
精確制導反艦導彈及其它反艦武器對艦艇的飽和攻擊和艦艇執(zhí)行對岸作戰(zhàn)任務的趨勢日益增加，是對艦載防御系統(tǒng)的嚴峻考驗，促使艦載防御系統(tǒng)發(fā)生變革。為了提高艦艇的作戰(zhàn)能力、生存能力，艦載雷達必須采用一體化、綜合設計，實現多功能化。艦載多功能相控陣雷達是艦載雷達發(fā)展過程中的一項重大成就，將成為艦載雷達發(fā)展的主流。 作戰(zhàn)環(huán)境及艦載多功能雷達 未來的海戰(zhàn)將是?？找惑w化的多維空間立體戰(zhàn)，不但有水下、水面及空中硬殺傷兵器在有形空間展開的火力戰(zhàn)，還有信息獲取傳感器與“軟殺傷”兵器在無形空間展開的信息戰(zhàn)。對艦艇的攻擊將采用立體化、大縱深、多方向、多批次、多種作戰(zhàn)平臺、多種武器的高密度飽和攻擊，以徹底摧毀其防御能力為戰(zhàn)術。反艦導彈等精確制導武器的大量使用改變了以往海戰(zhàn)中的攻防結構，擴大了交戰(zhàn)的空間，交戰(zhàn)雙方相距很遠時，就可以用導彈相互實施攻擊。冷戰(zhàn)結束后，美國及歐洲等國對艦艇提出對岸作戰(zhàn)任務的新要求，對岸作戰(zhàn)的環(huán)境與海戰(zhàn)的環(huán)境有很大的不同。對岸作戰(zhàn)中，艦艇將受到各種陸基武器的攻擊，艦載雷達會遇到空中、地面和水面多雜波環(huán)境，大量的未知信號以及由于靠近陸地而引起的局部不規(guī)則傳播等都將嚴重影響艦載雷達性能的發(fā)揮。 反艦導彈可以從水面艦艇、潛艇、作戰(zhàn)飛機上發(fā)射，它們多采用隱身外形，射程越來越遠，速度越來越快，智能化程度高。有掠海飛行的導彈（高低角接近于0°）、躍升導彈（高低角約為3°～30°）、空中發(fā)射的巡航導彈（高低角約為20°～60°）、戰(zhàn)術彈道導彈（高低角約為50°～70°）。尤其是掠海飛行導彈和高空俯沖導彈的威脅更大，二者均利用了雷達的掃描盲區(qū)。例如，法國生產的“飛魚”屬于掠海飛行的反射導彈；“高臺跳水員”屬于高空俯沖導彈，使艦艇不知道其來自何方便鉆進艦艇的煙囪中。反艦導彈已發(fā)展了許多制導方式，例如雷達制導、被動制導、紅外制導和激光制導等，并將不同的制導方式復合在一起形成復合制導導引頭，例如雷達加紅外復合導引頭、主動雷達加被動雷達復合導引頭等。反艦導彈的末制導距離很短，一般多在距離目標15～20km處，甚至更近的距離才打開尋的頭，致使被攻擊艦艇從發(fā)現導彈到實施干擾、進行攔擊的反應時間很短，對水面艦艇構成嚴重威脅。水面艦艇對反艦導彈的防御已成為其主要的防御任務。 飛機的低空和超低空突防以及隱身化，同樣對水面艦艇構成嚴重威脅。隱身飛機的雷達反射面積很小，縮短了雷達對它的發(fā)現距離，增加了對艦艇攻擊的突然性。超低空突防飛機使雷達照射它時產生鏡像反射，干擾雷達的正?；夭?，造成在速率和距離上的誤差，增加了雷達對它探測的困難，使艦載防御系統(tǒng)沒有足夠的時間對其進行攔擊。 艦載防御系統(tǒng)分編隊防御系統(tǒng)和單艦防御系統(tǒng)，防御層次分為：遠程防御、區(qū)域防御和近程點防御。遠程防御的縱深范圍為185～400km，僅在航空母艦編隊有。在遠程防御范圍，由艦載預警機發(fā)現、跟蹤目標，艦載攻擊機、戰(zhàn)斗機和電子戰(zhàn)飛機攔擊來襲目標。區(qū)域防御的縱深范圍一般為45～185km，由艦載電子干擾設備在敵方發(fā)射反艦導彈前，干擾敵方跟蹤雷達；由區(qū)域防空導彈攻擊來襲的攻擊機、戰(zhàn)斗機和反艦導彈。近程點防御的縱深范圍是45km以下，使用近程導彈反導系統(tǒng)和近程火炮反導系統(tǒng)擊毀來襲的反艦導彈，使用有源干擾機和無源干擾設備破壞反艦導彈導引頭的正常工作，致使反艦導彈無法攻擊艦艇。艦載雷達是根據艦艇的作戰(zhàn)任務和防御要求來配置的，一般是針對不同的防御層次配置相應的警戒雷達、跟蹤雷達和制導導彈的照射雷達。按功能來分，艦載雷達除警戒雷達、跟蹤雷達和制導導彈的照射雷達外，還有火炮控制雷達、導航雷達和艦載機著艦引導雷達。從而導致現有的大多數艦載防御系統(tǒng)往往采用3～4種不同功能、功能單一的多部雷達完成預警、搜索、跟蹤、目標指示以及火控照射等功能，對空襲目標的攔截要經幾部雷達交接，一般從警戒雷達發(fā)現目標到導彈發(fā)射出去要持續(xù)幾十秒鐘，火力轉移時間是5秒鐘，時間較長，反應速度慢。并且，現在艦載雷達多為機械掃描的雷達，其方位機械轉速現在最大只有60轉/分，天線波束不能在全空域捷變，完成對多目標的跟蹤和同時制導多枚導彈的任務非常困難。單艦上的雷達配置過多，容易導致各種不同雷達之間的相互干擾，甚至無法同時工作，嚴重影響防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，英阿馬島戰(zhàn)爭中被擊沉的謝菲爾德號驅逐艦就是一例。因此，配置多種功能單一艦載雷達的防御系統(tǒng)難以對付全方向的飽和攻擊。 海戰(zhàn)模式及作戰(zhàn)環(huán)境的變化對艦艇的防御能力和作戰(zhàn)能力提出了更高的要求。面對全方位、高密度的飽和攻擊，要求艦載防御系統(tǒng)：反應時間要短，火力轉移要快，能同時對付多個目標，而且攔截遠界要大，近界要小，尤其要有低至海面的攔截高度。要有遠距離發(fā)現敵目標、攻擊敵目標的能力，并且具有全方位攻擊多批目標的能力。作為艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)重要組成部分的艦載雷達必須進行根本改進才能滿足上述要求。要求艦載雷達的反應時間要短，能同時實施搜索和跟蹤任務，并實現對多目標的跟蹤和制導多枚導彈，適應飽和攻擊的復雜環(huán)境。這就需要在艦艇有限的空間和有限的重量范圍內，將搜索功能、跟蹤功能和武器制導功能綜合起來，形成艦載多功能雷達。 隨著相控陣技術、信號處理、計算機技術的發(fā)展及數字移相器的引入，使同時實施目標搜索、多目標跟蹤和武器制導的艦載多功能雷達成為現實。尤其固態(tài)功率器件、移相器、微波集成電路及固態(tài)有源收發(fā)組件的發(fā)展和成本的下降，極大地推動了艦載多功能相控陣雷達的發(fā)展，使艦載多功能相控陣雷達成為發(fā)展的主流。 艦載多功能雷達就是將搜索功能、跟蹤功能和武器制導功能綜合為一體的雷達，主要用于區(qū)域防御和近程點防御。其任務一般為：①警戒：高速地平線搜索 、高仰角搜索、近距離海面搜索、海面成像、中距離搜索、遠距離搜索；②多目標跟蹤：空中多目標跟蹤、海面多目標跟蹤、高仰角目標跟蹤、目標分類與識別；③多通道武器制導：制導導彈攔擊高空俯沖導彈、導彈的中段及末端制導。一部艦載多功能雷達能代替多部功能單一的雷達，減少了艦艇上雷達的數量，解決了以往眾多艦載雷達相互干擾和反應時間長的問題。由于艦載多功能雷達采用相控陣體制，其優(yōu)點有：功率孔徑積大，反應快、數據率高，容易實現功率管理、時間管理和頻率管理，控制工作方便，波束能自適應抗干擾，容易實現低截獲概率（LPI），電氣性能穩(wěn)定、可靠性高、可維護性好。其缺點是：結構復雜，體積、重量大，成本高。 艦載多功能相控陣雷達的發(fā)展狀況 艦載多功能相控陣雷達分為多功能無源相控陣雷達和多功能有源相控陣雷達。有源相控陣雷達是在天線陣面上裝入許多由固態(tài)放大器與移相器組成的收發(fā)組件，天線不僅利用移相器控制電磁波的輻射方向，而且還具有放大信號的作用，故被稱為有源相控陣雷達。有源相控陣雷達的固態(tài)放大器與無源相控陣雷達的行波管發(fā)射機相比，可靠性和穩(wěn)定性要好得多，即使有5％的收發(fā)組件出現故障，也不會影響雷達的性能和功能。無源相控陣雷達的行波管發(fā)射機出現故障時，整個雷達就不能工作。有源相控陣雷達克服了行波管發(fā)射機的功率限制問題，可以有更遠的作用距離、更短的駐留時間，從而實現高數據率，抗干擾的性能也可以得到改善。因此，有源相控陣雷達是艦載多功能雷達的發(fā)展方向。 3.1 AN/SPY-1 美國的AN/SPY-1是艦載多功能無源相控陣雷達的典型代表，是“宙斯盾”（Aegis）區(qū)域防御武器系統(tǒng)的核心。“宙斯盾”武器系統(tǒng)是一種反應快，能把標準導彈SM-2發(fā)射到空中和海面目標的高性能防空作戰(zhàn)系統(tǒng)，也是美國海軍第一個能對飽和攻擊作出全自動響應的武器系統(tǒng)，可以提供80年代和90年代乃至2000年以后的寬域面空和面面防御。采用遠程巡航導彈和增程面空導彈時，可提供攻擊海面目標的能力。其特點是反應快、火力猛、生存能力強、可靠性高、覆蓋范圍大。 AN/SPY-1工作在E/F波段（2～4GHz），可提供方位360°、仰角90°的覆蓋范圍，作用距離370km，脈沖發(fā)射功率在5MW以上。它由天線單元、發(fā)射機單元、信號處理單元、控制單元和輔助單元組成，能對空中和海面目標進行自動搜索、可跟蹤200個目標，并制導多枚導彈對18個目標交戰(zhàn)，具有較強的抗干擾能力。它所控制的武器主要是標準導彈SM-2，也可控制增程面／面巡航導彈及艦載火炮。 AN/SPY-1有四種型號：AN/SPY-1A、AN/SPY-1B 、AN/SPY-1D和AN/SPY-1F。AN/SPY-1B是AN/SPY-1A的改進型，采用新型移相器，用微帶饋電，降低了天線旁瓣電平，提高了信號處理能力，增強了抗干擾能力。AN/SPY-1D是在AN/SPY-1B基礎上改進而成的，采用集中式發(fā)射機，提高了信號處理能力，修改了計算機程序，采用新器件，使體積、重量和成本下降。AN/SPY-1F是護衛(wèi)艦使用型，縮小天線尺寸，減輕重量。AN/SPY-1A裝備從CG-47型到CG-58型的“提康德羅加”（Ticonderoga）級導彈巡洋艦15艘。AN/SPY-1B裝備從CG-59型到CG-73型的“提康德羅加”級導彈巡洋艦12艘。AN/SPY-1D裝備從DDG-51型開始的“阿利.伯克”（Arleigh Burke）級導彈驅逐艦22艘，日本4艘導彈驅逐艦和西班牙4艘F-100護衛(wèi)艦也裝備AN/SPY-1D。AN/SPY-1F是護衛(wèi)艦型，澳大利亞、土耳其和韓國等均有可能選用該型雷達。 AN/SPY-1D的改進型AN/SPY-1D(V)正在研制中，其目的是提高對海岸探測的性能，能在密集的干擾和地面雜波環(huán)境中獲得清晰的戰(zhàn)場圖像，增強對岸作戰(zhàn)能力。AN/SPY-1D(V)主要改進了信號處理器，增加了一個跟蹤初始化處理器，改進了計算機程序。 洛克希德.馬丁公司正在研制的AN/SPY-2是遠程多功能有源相控陣雷達，工作在E/F波段，功率孔徑大、分辨率高，能完成AN/SPY-1的全部功能。 3.2 APAR APAR（Active Phased Array Radar——有源相控陣雷達）始于1993年，由荷蘭、德國和加拿大聯(lián)合研制，1994年列入荷蘭、德國和西班牙“三國護衛(wèi)艦合作”(TFC)計劃，是“防空戰(zhàn)系統(tǒng)”（AAWS）的一部分。西班牙后來退出該項計劃，選用AN/SPY-1D。計劃于2001年進行海上試驗，在2002～2003年進行系統(tǒng)最后鑒定，用于裝備荷蘭的LCF護衛(wèi)艦、德國的F-124護衛(wèi)艦、加拿大的“城市”（City）級護衛(wèi)艦。該雷達的研制工程由荷蘭的Signaal公司總負責，并承擔天線和數據處理單元設計，TNO-FEL物理與電子實驗室負責提供技術支持。德國的DASA公司負責研制雷達信號波形產生器和信號處理單元，Northern Telecom公司研制收發(fā)組件。加拿大的Thomson公司負責跟蹤管理單元，洛克希德加拿大公司負責天線界面、波束控制及監(jiān)測部分，Com Dev和Stork公司研制開關陣、系統(tǒng)冷卻單元和供電單元。從工程的開始，整個雷達系統(tǒng)就表現出先進性，包括傳感器數據融合和情報功能管理。 3.3 Sampson 8個北約國家共同研制通用護衛(wèi)艦計劃（NFR90）失敗后，英國、法國和意大利于1992年合作，開始“地平線”（Horizon）新一代通用護衛(wèi)艦（CNGF）計劃，而艦載武器及多功能雷達由各國自己開發(fā)和裝備。Sampson是用于英國“地平線”新一代通用護衛(wèi)艦計劃的多功能雷達，由英國國防研究所(UK Defence Research Agency)與西門子.普萊賽（Siemens Plessey）公司研制，在MESAR（Multifunction Electronically Scanned Adaptive Radar——多功能電掃描自適應雷達）基礎上開發(fā)，1998年簽署全尺寸工程研制合同，計劃于2003年裝艦試驗，將是英國艦載主力防空導彈系統(tǒng)的一個重要組成部分。 Sampson采用有源雙陣面旋轉天線，天線轉速為30轉／分。每一陣面上安裝2500個輸出功率為10W的收發(fā)組件，向空間輻射25kW功率。每4個發(fā)射模塊有1個散熱器，有3臺風扇采用閉環(huán)強制風冷系統(tǒng)進行冷卻，冷卻氣流從甲板下面通風，以便將艦艇的外部熱特征降低到最小。此雷達由天線單元、2個預調制器機柜、2個波束形成機柜、信號處理機柜、跟蹤/控制機柜、數據接口單元、天線控制單元和2個雷達控制單元組成。 Sampson工作在E/F波段，探測距離在250km以上，跟蹤目標數量多達500～1000個。支持點防御和區(qū)域防御系統(tǒng)，能實現遠程搜索、中程搜索、海面成像、高速地平線搜索和跟蹤、多目標跟蹤、多信道火控，可以制導12枚導彈，能自適應海面和海岸環(huán)境，具有較強的抗干擾能力。它控制的武器是Aster30導彈，可以通過增加I波段照射器控制海麻雀RIM-7P、標準SM-2 BlockIIIA和發(fā)展型海麻雀ESSM。 Sampson性價比很高，有較大的升級潛力：寬帶提供目標識別、發(fā)射波束零點調整抗反輻射導彈攻擊、可變數據率和殺傷評估。 3.4 EMPAR EMPAR（European Multifunction Phased Array Radar——歐洲多功能相控陣雷達）用于意大利“地平線”新一代通用護衛(wèi)艦的點防御導彈系統(tǒng)（SAAM/I）,由意大利阿萊尼亞（Alenia）公司與英國GEC-馬可尼(GEC-Marconi)公司從1986年開始聯(lián)合研制。試驗樣機已于1996年7月安裝在意大利海軍的“龍騎兵”（Carabinieri）試驗艦上進行海上試驗，實用型EMPAR計劃在2002年左右投入生產，目標是于2006年將其裝備到第一艘意大利新一代通用護衛(wèi)艦上。法國“地平線”新一代通用護衛(wèi)艦也極有可能裝備EMPAR。 3.5 ARABEL ARABEL是無源相控陣雷達，用于法國艦載和陸基點防御導彈系統(tǒng)（SAAM/F），由法國湯姆遜-CSF(Thomson-CSF)公司于1988年開始研制，樣機已在法國海軍試驗艦“奧列龍”號上進行了全面的試驗，第一部實用型計劃于1999年裝備在“夏爾 .戴高樂”號核動力航空母艦上。ARABEL也可以裝備于其它艦艇（包括改進的“拉斐特”級護衛(wèi)艦），裝備法國“地平線”新一代通用護衛(wèi)艦的可能性比較小。ARABEL采用旋轉單面無源陣面天線，天線轉速為60轉/分。試驗型的天線陣面上安裝4000個移相器，實用型采用Radant透鏡天線進行波束控制，移相器數目減少到100個左右，極大地降低了成本。天線垂直傾斜30°安裝，波束寬度為2°，俯仰掃描范圍為70°。 ARABEL工作在I波段，發(fā)射機的頻率可在10％的頻段上跳變，可同時完成對多目標的搜索、跟蹤及導彈制導。對雷達截面積為0.1m目標的探測距離為50km，對較大目標的探測距離為100km。它能監(jiān)視120個目標，可以跟蹤其中的60個目標，能制導導彈同時對10個目標作戰(zhàn)，制導的武器為Aster15導彈。 3.6 其它型號 FCS-3多功能有源相控陣雷達是日本防衛(wèi)廳技術研究本部開發(fā)的新一代點防御系統(tǒng)的一部分，用于裝備海上自衛(wèi)隊的護衛(wèi)艦，由三菱公司于1986年開始研制。此雷達采用固定四面有源陣天線，每個陣面的尺寸可能為1.6m×1.6m，控制的武器為海麻雀RIM-7P和發(fā)展型海麻雀ESSM。 |
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