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浅谈相控阵雷达 (三)

2020.10.13

欧洲篇

欧洲国际合作

 

1993年,为弥补"台风"战斗机现有CAPTOR雷达的诸多缺陷,英、法、德三国联合启动了机载多模固态有源相控阵雷达(AMSAR)项目。AMSAR将装备于"台风"和"阵风"(目前"阵风"装备的是RBE-2无源雷达)战斗机。随后,三方成立了GTDAR(GEC-汤姆森-DASA机载雷达)合资公司专门从事AMSAR的研发工作。

 

AMSAR项目的开发分为3个阶段,预计11年完成。前两个阶段将分析新一代有源阵的可行性和需求以及生产MMIC模块的新方法。模块的目标价格定为400至500欧元(目前为几千欧元)。GTDAR公司通过建造小型相控阵以论证项目的总体可行性。1998年,GTDAR公司完成了144个模块阵列的测试,标志着项目前两个阶段的顺利完成。144个模块阵列的演示非常成功,投资方随即宣布项目进入第3阶段。该阶段采用装备1000个模块的全尺寸设备,在BAE系统公司的航空电子测试机上进行飞行测试。第3阶段目前仍在进行之中,如果项目进展顺利且成本适中,AMSAR即可装备战斗机。系统将极大地改进"台风"战斗机的性能,并降低"台风"被敌方探测到的概率。此外,项目还引进了几个欧洲的合作伙伴(如英国的FOAS项目),加强阵列与飞机的综合,即所谓的保形智能蒙皮(smart skin)阵列。由于使用了高速宽带光学链路和中央处理系统,整个飞机更像一个巨型的综合传感器。尽管这对"台风"战斗机意义不大,但对于项目的深入进展和FOAS项目实现可能会有些帮助。

 

荷兰

 

荷兰的TNO物理和电子实验室开发了一种很有特色的、采用AESA体制的小型合成孔径雷达(SAR)如图所示,该雷达体积小、重量轻、精度高,并具有对地面慢动目标检测(GMTI)能力,可用于环境监测和各种军事用途。分辨力达5cm(spotlight)。工作模式:带状地图、Spotlight、GMTI、干涉SAR。

主要参数如下:

* 为低高度无人机和有人驾驶平台使用

* 分辨力:0.3~1 m (带状地图);0.05 m (spotlight)

* 最低检测速度(MDV):3km/h;精度为:0.7km/h

* 同时SAR和GMTI,为其它探测传感器提示目标位置

* 提供地形图:精度为 0.4m(垂直)×1m(水平)

* 重量小于50kg

* 采用有源相控阵体制,工作在X波段天线由3块印制板组成(每块宽度为15cm),可以根据不同需求增减尺寸。

有源相控阵T/R模块采用的功率放大器:

* 两级放大器:输出平均功率:6.1 W;效率(PAE):36%;增益:21 dB;X-波段相对带宽:40%;

* 三级放大器:输出平均功率:6.5W;效率(PAE):29%;增益:29 dB;X-波段相对带宽:30%

 

瑞典

     瑞典的有源相控阵(AESA)计划命名为NORA, 其英文含义即"不仅仅是雷达",NORA还同时具有电子战和数据通信的功能。还将采用最新的空时自适应信号处理(STAP)技术。在瑞典国防部支持下于1994年项目启动;一个约有1000个T/R模块的AESA计划2004年进行试飞。研制成功后极有可能对本国的主力战斗机"鹰狮"目前装载的雷达PS-05进行改装。

 

事实上,瑞典研制的有源相控阵体制的预警雷达PS-890早在1994年即已开始在其空军的小型运输机Saab 340上装备,共装备4架。雷达工作在S波段,相控阵由200个固态收发模块组成,对战斗机目标的探测距离可达300km。长9m的平衡木形状的相控阵天线重达900kg。

法国

 

在西北欧新一代三大主力战机中,"阵风"战斗机是唯一迄今未在外销战场上有任何斩获,法国为了增加自家宝贝的卖点与吸引力以向外推销,可以说无所不用其极,也因此成为欧洲各国中,最积极、也是最早一批进入研究发展战斗机AESA火控雷达行列的国家。

 

目前装备"阵风"战斗机配装的雷达型号是RBE-2,采用无源相控阵体制。可以在进行地形回避或地形跟随(TA/TF)的同时,同时搜索和跟踪空中目标;或是在搜索特定空域区域的同时,跟踪位於另外空域的空中目标。

 

Thales集团于1999年正式提出RBE-2 雷达AESA升级方案,并于2002年4 月间在RBE-2 雷达上开始研制DRAA有源相控阵雷达技术演示样机,该样机采用从美国引进的技术,由1000个GaAs T/R模块组成的AESA天线。2002年12月,欧洲第一部战斗机载AESA火控雷达原型技术演示样机装在一架试验机上进行测试,并且在2003年5月间正式安装于"阵风" B301 上试飞。主要目地是验证未来把RBE-2换装AESA天线时,能达到"即插即用" 。即将RBE-2 雷达的原有的无源相控阵天线拆下换成 DRAA有源相控阵天线,只需要不到3个小时,这是一个其他还在使用机械扫描雷达的竞争者所难以达到的成就;除此之外,根据当时参加测试的试飞员还表示:"换装DRAA AESA天线后,极大幅度地提高了RBE-2 雷达的探测距离"。

 

不过DRAA验证样机所使用的GaAs T/R模块是自美国引进的,无论是自用还是外销竞标都不适宜,因此DGA 与Thales集团签协,于2004年7月间正式开展新一阶段的DRAAMA(D émonstrateur Radar àAntenne Active Modes Avancés,or Advanced Modes Active Array Radar Demonstrator)演示计划,将采用全新的AESA制作工艺,且所有元器件均由欧洲自主独立开发,预定在2007至2008年间完成验证,如有需要,可以自2010年以后起进行AESA阵列天线的换装升级,预计届时其阵列天线上将会拥有1000 至1200 个GaAs T/R模块,对空探测距离可望较目前的无源相控阵雷达RBE-2提高至少50% 以上,雷达水平搜索角度则可从±60度提高至±70度,整体雷达性能水准当与AN/APG-79 相当。

 

法国在2000年初期竞标韩国与新加坡的F-X 未来攻击战机计划时,曾想效法美国替阿联酋开发F-16E/F BLOCK60 的先例,提出所谓的"阵风" MK2超级战斗机计划:但要求用户出资7亿美元协助开发,到了2006年后,达索便能将使用AESA雷达,M88-3 涡扇的超级"阵风"战机双手奉上。

可惜法国的面子远没美国大,韩国与新加坡都不愿冒此风险,"阵风" MK2超级战机计划最后无疾而终,THALES集团也只好静待法国政府出资,完成所有研发与测试计划后,于2010年以后起开始推动"阵风"战斗机雷达的AESA换装升级。

法国的机载AESA雷达计划显得平实无华。雷达就是雷达,不去追求兼有电子战和通信等其它先进功能,也不去搞加装驱动马达或侧视阵列等新潮花样(如瑞典的NORA),换装机体也不搞任何结构大改工程,只是单纯的把旧天线拆下,再换上新的AESA天线就大功告成了。这样的设计方法,不免在无法充分发挥AESA应有潜力有遗憾,不过其好处也显而易见:技术风险小,研发成本低,换装快且方便,日后飞行员和后勤维护人员在操作/维修训练上也可以大多沿用原有教材与经验,对于大多数中、小国家空军而言,也许这样简单就是美的理念设计才能真正符合其国情所需。

 

八、雷神公司四种导弹防御相控阵雷达

 

1. 铺路爪 AN/FPS-132地基预警雷达

 

雷达型号:AN/FPS-132

 

工作频段:420MHz~450MHz

 

功率:峰值功率582.4kW,平均功率145kW

 

探测距离:5000Km

 

单次扫描时间:6s

 

MTBF:450h

 

阵面尺寸:直径30m

 

阵源数量:2000个

 

用途:探测从预警卫星无法连续监测的地区所发射的导弹

 

特点:具备早期发现、跟踪中段与再入段导弹和弹头的能力

 

2、AN/TPY-2雷达

 

雷达型号:AN/TPY-2

 

工作频段:X波段(9.5GHz)

 

探测距离:对雷达反射截面积为1㎡的目标探测距离达1000km

 

机械转动范围:方位角 -178°~+178°;俯仰角 0°~90°

 

电扫范围:方位角0°~50°;俯仰角0°~50°

 

阵面尺寸:天线阵面积为9.2 ㎡

 

阵元数量:30464个

 

用途:主要部署在美国本土外的重要战略区域

 

特点:系统体积小,可高速机动,分辨精度高,能识别诱饵

 

3、新型爱国者雷达

 

雷达型号:新型爱国者雷达(型号尚未得知)

 

探测距离:相比旧式AN/MPQ-53/65雷达探测距离增加约5倍,(AN/MPQ-53/65雷达搜索距离约为100千米)

 

用途:让爱国者导弹系统获得360°监控范围.并提升其多目标交战性能

 

特点:雷达的芯片采用了氮化镓材料,功率会相应的大幅度增加.新型有源相控阵雷达改变了工作方式,提高了性能

 

其他指标:其他指标尚不明确

 

4、“宙斯盾”舰载AN/SPY-1多功能相控阵雷达

 

雷达型号:AN/SPY-1

 

工作频段:S波段3.1GHz~3.5GHz

 

探测距离:450km

 

电扫范围:方位角360°;仰角90°

 

单阵面尺寸:3.65×3.65 ㎡(共4面天线)

 

阵元数量:4×4490个

 

用途:是美国海军“宙斯盾”防空反导作战系统的核心,对空中和海面目标进行自动搜索、检测、跟踪并对SM-2导弹进行中段制导

 

特点:可同时监视上百个目标,跟踪几十个威胁目标,并对发射的导弹进行制导。


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