主题：【整理】关于052C舰载相控阵雷达背后的故事 -- 从北苑到太古

一个博文引起的骚动，还好没点起：一个馒头引发的血案。哈哈哈！

关于海军用相控阵，美苏相应研发出来后，第二阵营国家陆续在21世纪左右研制完毕列装！还有大卫国的EL/M-2248相控阵为阿三家带刀侍卫舰所研制，工作在E/F波段；澳洲的CEA-FAR/CEA-MOUNT小号相控阵。

由无源向有源相控阵过渡，美版羊皮盾、苏各类武器专用版相控阵到“天空哨兵”（UHF波段一直跨到S波段）等无源相控阵，到90年代开始各类有源相控阵研发爆发。美、俄（苏）、中为S波段为主，法也不感示弱也上了款同样波段的Herakles，英表示不愿落伍搞个E/F(S)波段。剩下的为C波段、X波段相控阵！这波段选择其实是由于海军对雷达作用需求来综合权衡下的必需，S波段有利远程扩大探测范围，C波段折中兼顾远程及精度，X波段就是有利精确探测。系统搭配方面，美中俄空域管制防空＝4面盾布局＋主/半动制导防空弹（照射雷达）；欧日俄舰队防空防掠海＝英法意版单盾旋转＋远程三坐标警戒＋主制导防空弹，或者德荷版小4面盾＋远程三坐标警戒＋半动制导防空弹（X单盾兼照射雷达）/日版大小双4面盾布局＋半动制导防空弹（X单盾兼照射雷达）/俄版4面盾布局＋单盾旋转（S波段）＋未知具体，以印版小4面盾＋远程三坐标警戒＋半动制导防空弹（照射雷达）。美中俄都是作为航母舰队全空域管制需要的防空舰，英法意勉强中和型降低航母舰队空域管制的防空舰，德荷日以的驱逐舰舰队防空舰。舰队防空相控阵雷达简介就这样，新一代向双波段大小盾发展，小日本无奈中碰彩体制上抢先了！

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国外主流舰载多功能相控阵雷达及其利弊解析 (2014-07-25 14:38:37)转载▼

标签： 军事 分类： 海洋兵器

舰载多功能相控阵雷达是舰载雷达的一个主要发展方向，具有探测目标精度高、抗干扰能力强、可靠性高、隐身性能好等诸多优点。相控阵雷达采用电子稳定平台，通过自适应调度雷达时间和能量资源，改变天线表面阵列所发出波束的合成方式来改变波束扫描方向，可同时完成搜索警戒、精确跟踪、目标敌我识别、导弹制导、目标引导等多种功能。相控阵雷达使用电子扫描方式，通过改变频率或者是改变相位的方式，将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描扫描速率高、改变波束方向的速率快、对于目标测量精确度高于机械扫描雷达。目前，中、美、日、俄、法、意、德、英等国家都装备或正在研制相控阵雷达。

相控阵雷达的关键部位是负责改变电流相位的移相器，早期的移相器采用亚铁盐元件制造，成本过高且性能也不太可靠，每面天线仅能覆盖90-120°的方位角，如果要实现360°全向监视便需要3-4面天线阵列，如此则进一步增加了成本。到了20世纪70年代末期，伴随电子工业的进步及固态电子技术的引入，雷达天线移相器的制造技术终于能满足降低成本和可靠性的要求，这使得开发配备舰载相控阵雷达成为可能。而率先安装在舰艇上的相控阵雷达便是作为美国海军“宙斯盾”（Aegis）作战管理系统核心的AN/SPY-1型雷达，该型雷达还可用于导弹的中段制导，与飞行末段以分时方式指示的火控雷达相配合。由于1艘“宙斯盾”型战舰相当于过去4-6艘防空主力舰（以每艘平均3部火控雷达计算）的区域防空能力，由此引发了新一轮世界范围的相控阵雷达装舰竞赛。

国外主要舰载相控阵雷达

AN/SPY-1　其最初的研制方为美国无线电（RCA）公司，后来通用电机航空航天公司并购了经营不善的RCA，其后又把雷达电子分部转售给了现在的洛克希德?马丁公司。该雷达是美国海军“宙斯盾”（AEGIS）作战管理系统的核心。AEGIS之名源自“机载预警陆基综合系统”项目（Airborne Early-warning Ground Integrated system）的缩写，也恰与希腊神话中的“宙斯盾”拼写相同，

AN/SPY-1是一种被动式无源相控阵雷达，其天线阵列由4面覆盖90°方位角的天线组成，每面天线约3.65米见方，含4480个天线单元（移相器）。在最初装备的“提康德罗加”级巡洋舰前后两座桥楼内，有64台总功率5兆瓦的并联发射机组成的机组分别向2面天线发送射频能量，而后续的“伯克”级驱逐舰则减为l座发射机组，并把4面天线全部集中在前部桥楼。

为兼顾侦测距离与分辨率，使用折衷的S波段。对高空目标的侦测距离最远达450千米，可同时追踪200个以上的目标。最初的“宙斯盾”系统配备AN/SPY-1A型雷达，它工作在S波段，对空最大搜索距离为400千米，可同时监视400个目标，并自动跟踪其中的100个。

该系列中最早的A型装备在1983年开始服役的“提康德罗加”级的前10艘（CG47-CG56）, 而其后的17艘舰则装备了减重版的B型。两型雷达均使用AN/SPYK-7型计算机来控制天线的发射／接收单元。有意思的是当初美国海军对新型雷达的可靠性并不十分放心，又在CG47-CG51号舰额外加装了l部D波段机械扫描的AN/SPS-49搜索雷达，以备“应急”。20世纪90年代初再度减重的AN/SPY-1D陆续装上“伯克”级驱逐舰、日本的“金刚”级驱逐舰、韩国的“世宗大王”级驱逐舰。日舰改用了新的AN/UYK-43/44计算机，比UYK-7型速度更快，所占的体积和重量也有所改善。

为了扩大海外竞争力，增强对4000-5000吨级驱护舰的吸引力，AN/SPY-1系列还衍生出了FARS和ADAR-2N两型外贸雷达。前者的目标是北约的通用护卫舰计划（NFR），后者则原打算升改台湾海军的“成功”级，但均未如愿。两型雷达性能相近，以FARS为例，其在设计时将天线尺寸缩小至2.5×2.5米，侦测距离也仅为“宙斯盾”的6成，可制导SM- 2“标准”及ESSM“北约海麻雀”改型防空导弹。而说起欧洲的相控阵雷达舰的起步计划也可谓一波三折，NFR 计划取消后，德国、荷兰、西班牙三国转而联合开发安装“阿帕”( APAR）主动式相控阵雷达的TFC通用护卫舰，英、法两国则另行合搞AFFF计划，后来意大利也加入了进来，顶替再度中途退出的英国，于是计划改称CNGF，这就是即将于明年开始服役的“地平线”(Horizon）型防空导弹驱逐舰。而为了巩固对海外市场的影响优势，美国方面则开放了限制“宙斯盾”系统出口的政策，洛?马公司也及时推出了比前两型外贸雷达测距和分辩率均有所提高的“正宗”的AN/SPY-1F型。其成功出口案例是1996年西班牙海军退出TFC后自制的F100型“巴赞”级6000吨级防空导弹护卫舰（计划建4艘，2006年将全数服役）以及挪威海军的“南森”级( F310）选择了该型雷达。

AN/SPY-1系列雷达“标准”导弹为提供中段制导后交由X波段的MK-99火控系统的AN/ SPG-62雷达提供末段半主动制导，这样的搭配可同时提高系统快速反应多目标的能力和交战个数。比如“提康德罗加”级4座、“伯克”和“金刚”级为3座、“巴赞”和“南森”级则搭载2座火控雷达，分别可同时攻击16、18及12个目标。1998年，洛?马公司为了配合美国海军“由海及陆，纵深攻击”的战略转变，又推出了AN/SPY-1D（V）型，提高了对付低空陆地目标及抗电磁干扰能力，该雷达已装备“伯克”Ⅱ型（DDG-78之后）各舰。据称，“宙斯盾”雷达在对弹道导弹的监测能力方面也曾有过上佳表现，这也是美国海军今后重点需要提高和加强的方向。

洛·马公司正在研发更紧凑的SPY-1K型雷达，天线直径仅为1.7米，用于小型舰艇如轻型巡洋舰、护卫舰和大型巡逻艇等，使其具备低成本的多任务处理能力。

“桑普森”(SAMPSON)　是由英国航空航天防御公司（BADS）负责研发的有源相控阵雷达，是“多功能电子扫描雷达”（MESAR）的舰载版本，沿用了其“自适应”功能，可依工作环境进行自我调整以提高精确度。

“桑普森”雷达工作在为E/F（S）波段，每面天线上有2500个发射/接收单元，最大侦测距离为400千米，可同时追踪500个目标、并同时接战12个目标。同时还兼作PAAMS（主力防空导弹系统）的火控雷达用于制导“紫箢”-15/ -30型末端主动雷达制导导弹。“紫莞”-15对飞机和超音速反舰导弹的有效拦截距离分别为10-15公里和5-10公里；具有区域防御能力的“紫箢”-30则各为35- 45公里及10-15公里（从后一项指标可见对低空高速目标的拦截距离并不理想）。未来计划发展X波段具备NCTR技术的高精度衍生型来弥补，而暂时在45型（“果敢”级）舰上装备了GEC-马可尼公司的S1850型D波段远程搜索雷达作为辅助。

此型雷达的技术层次与性能都十分优异，很多方面比肩甚至超越美国宙斯盾舰艇使用的SPY-1A/B/D，但价格却十分高昂，目前仅装备在英国45型驱逐舰。

“阿帕”(APAR）　“阿帕”雷达是以荷兰电信公司为核心的多国集团所开发的有源相控阵雷达。

“阿帕”雷达工作在X波段，天线直径约l米，有3200个接收／发射单元，每套系统的4 面天线负责360°全方位覆盖。由于该波段雷达存在大气衰减问题，对高空目标的最大侦测距离仅约150千米，低空目标则为75千米，可同时追踪250个以上目标。由于分辨率较高，精度能满足武器指控要求，所以无需火控雷达就能同时引导32枚导弹攻击目标，对“改进型海麻雀”、“标准2”导弹实施中段及终端导引，以及舰炮射击的支援。“阿帕”还将增加“非共同目标辨识能力”，通过分析雷达反射特性来判别目标种类。

该雷达装备在德国海军的“萨克森”级、荷兰海军的“七省”级（LCF）、丹麦“伊万·休特菲尔德”级护卫舰，加拿大海军的CPF (“哈利法克斯”级的改进计划）也决定采用“阿帕”。

“埃姆帕”（EMPAR）　该型雷达的名称取自“欧洲多功能相控阵雷达”的英文缩写，是由意大利阿莱尼亚公司研制的无源相控阵雷达。

“埃姆帕”雷达工作在C（G）波段，比使用X波段的“阿拉贝尔”有效距离更远。其四方形的天线尺寸为1.5×1.5米，有2160个子单元，与垂直方向呈30°角的单面天线能覆盖120°的高低角和90°的方位角，虽然避免了4面天线配置的高成本，但却影响了数据更新速度，所以只能用60转每分钟的机械式旋转基座来弥补不足。最大侦测距离180公里（飞机120公里），对小型导弹和掠海飞行目标则各降为50和23公里，能同时跟踪300个目标（优先168个）并引导24枚导弹攻击12个目标。

该雷达主要装备在法意“地平线”计划衍生出的法国“福尔班”级级驱逐舰和意大利“卡罗伯加米尼”级驱逐舰，以及意大利“贝尔加米尼”级护卫舰上。

“武仙座”（Herakles） 法国泰利斯集团研发的无源相控阵雷达，三维搜索和火控雷达，安装在主桅杆顶部一个天线罩内，用于远距离空中/水面监视和武器控制。

“武仙座”雷达工作在S波段，该雷达拥有360°环绕视距能力，每分钟60转。最大侦测距离为200千米，可同时追踪400个目标，同时监控目标数量64个。（攻击锁定目标为40个）。

该雷达主要装备在法国出口新加坡的“可畏”级护卫舰和法国“阿基坦”级驱逐舰上。

三菱FCS-3　由日本防卫厅技术研究本部继FCS-1、-2之后开发，由三菱电机公司具体负责研制的有源相控阵雷达。1995年FCS-3装备当年完工的“飞鸟”号武器试验舰（ASE-6102）进行海试。

该雷达属于武器管制用主动相控阵雷达，采用4组固定式相控阵雷达天线，每组天线由一大一小两个天线构成。其中面积较大的八边形天线阵面直径约1.6米，每个阵面由1600个工作频率在C(G)波段的收、发模块组成，其最大对空搜索距离达到200千米，可在强电子干扰环境下同时探测、跟踪300个空中和海上目标；天线组中面积较小的天线则是一种主动相控阵火控雷达，这个X波段照射阵面直接来源于日本F-2战斗机上面的J/APG-1有源相控阵雷达，工作在X波段，用于为“改进型海麻雀”(ESSM)和“标准”-2舰空导弹提供末段半主动雷达制导所需要的照射波束，每面天线可同时为多枚导弹提供照射，因此一套FCS-3改能同时控制10枚以上舰空导弹拦截多个空中目标，具备强大的抗“饱和攻击”能力。

该雷达主要装备在日本海上自卫队的“秋月”级通用驱逐舰、“日向”级航母、“出云”级航母上。

舰载相控阵雷达的不足

多功能舰载相控阵雷达虽然有着诸多的优点，但其与任何武器装备一样，有其利也有其弊。从造价上来说，相控阵雷达的造价普遍偏高，往往是普通雷达的数十倍乃至数百倍，这使得多功能相控阵雷达一般只能装备在一些高端主战舰艇上；从适装舰艇方面来说，由于多功能相控阵雷达的重量一般较重而体积较大，故此，只能装备于大型舰艇上。从能耗上来说，多功能相控阵雷达的功率较大，长时间开机对舰艇上宝贵的能源资源耗费厉害。在性能上，多功能相控阵雷达也有一些不足之处，如对杂波特别是海杂波抑制能力不足、探测隐身目标能力不足、在对抗自卫式噪声干扰能力不足、探测低空及掠海目标能力不足、在强杂波背景时性能下降等。

舰载多功能相控阵雷达既有预警雷达的远程警戒能力，又具有火控雷达的高精度。其警戒预警距离超过300千米，全空域搜索数据率在10至20秒。为满足舰载武器系统制导及火控的精度要求，雷达跟踪测量精度不能超过10分，而一般舰载警戒雷达的跟踪测量精度往往在几度以内。综合多方面性能上的考虑及目前的科技水平和经济性，舰载相控阵雷达雷达一般都以S频段作为工作频段。S频段与C频段和X频段相比较而言，波束宽，可用带宽窄，对海杂波的抑制能力不强。为了进行三坐标测量，该类型雷达都采用针状波束，为了提高可靠性，一般都采用工作在饱和放大模式的固态发射机。由于发射机输出功率不可调，故不能象普通对海雷达那样对发射波束进行赋形，导致在低空或掠海工作模式时海杂波更加强烈。在近岸工作时，如果蒸发波导等异常传播效应明显，会有大量远距陆地、岛屿等杂波出现，距离上的多重折叠会进一步增加杂波抑制的难度。而为了保证多任务和多目标能力，此时一般不采用MTD或PD等大量耗费雷达时间资源的工作方式，这就限制了雷达的杂波抑制效果。

雷达的对海探测为直线传输式，受地球曲率影响，探测距离一般为视距。俗话说，站得高看得远，要加大对海探测距离最好的办法是将雷达架高，但由于相控阵雷达的体积较大重量较重，架设高度对舰艇的初稳心影响较大，必须在架设高度和舰艇的稳性之间取得平衡，故此其对海探测距离是有限的。鉴于相控阵雷达的架设高度通常较低，工作波长较长，其盲区也更近更宽，故此会发生对海面目标跟踪不连续现象，因为雷达的工作带宽有限，故此也难以通过宽带工作减少这一现象。随着各国海军超音速反舰导弹的广泛使用，低空掠海导弹已经成为舰艇所面临的重大威胁，超音速和高超音速反舰导弹的出现，这种威胁显得更为严重，对舰载武器系统的反应时间要求更高，这就要求相控阵雷达具有更远的对海探测距离、更高的搜索数据率和更好的跟踪航迹精度，来满足武器系统反应时间和对火控数据质量的要求。这对于舰载多功能相控阵雷达已经难以胜任，有必要设置专用的、架设跟高的对海雷达并采用对海性能更优的频段，采用最佳的信号形式和处理方式，降低海杂波干扰，改善对掠海目标的观测性能。如2013年10月份下水的美国朱姆沃特级新型驱逐舰上，不但安装了SPY-3型多功能相控阵雷达，还安装了X频段的三坐标雷达，以解决低空掠海目标的探测问题。中国海军在安装了国产346型相控阵雷达的052C及052D导弹驱逐舰上也安装了366型多波段超视距雷达，其对海超视距探测距离可达100千米至数百千米。

舰载多功能相控阵雷达对隐身目标的搜索并没有优势，但在发现目标后可采用集能“烧穿”工作方式提高跟踪距离，为舰载武器系统提供更多的反应时间。隐身目标使舰载雷达的威力降低，使自己暴露在对方武器系统的威胁之下，对隐身目标而言，战场透明度要远远强于非隐身的一方。当警戒雷达发现并提供满足武器系统精度 要求的跟踪数据距离时，己方舰艇已没有足够多的武器反应时间，而对方早已可以实施导弹攻击。目前对隐身目标探测常用的手段是采用米波雷达、毫米波雷达或双 /多基地雷达，利用隐身目标在某些频段和视角时隐身效果下降的特点，增加对其探测距离。比如美军的F-117隐身战斗机，对于2至3厘米波长的雷达，其RCS雷达截面积约为0.1平方米，而对于米波雷达，其RCS雷达截面积约为1平方米。但由于米波雷达天线庞大，其旋回半径容易遮挡舰载武器的射界，导致有效射界减小，而毫米波雷达的威力有限等原因，双/多基地雷达成为主要选择。双/多基地雷达探测方式是利用隐身目标背侧向反射面积显著增加的特点，增加对其发现距离，以发挥舰载多功能相控阵雷达的优势。多平台协同工作即各平台进行实时信息交互、协调工作时序。多功能相控阵雷达除了具备各种雷达功能外，还具有实时宽带通信功能，为解决这一问题创造了条件。美国已经利用X频段多功能相控阵雷达成功进行了宽带通讯试验，实现了高达2Gbps的数据传输速率。多平台协同探测会引入新的误差因素，影响探测精度，进而影响到武器系统效能的发挥，故此，一般在多平台协同工作发现隐身目标后，利用相控阵雷达集能“烧穿”工作方式，改由单平台对其实施跟踪，在保证精度的情况下，增加跟踪距离。由于地球曲率影响，各舰载平台间的直线通讯距离为视距，或者在不具备多个舰载平台协同观测的条件时，也可由机载或地面观测设备为舰载多功能相控阵雷达提供隐身目标的引导信息，再由其采用集能“烧穿”工作方式对重点区域进行搜索和跟踪，增加对隐身目标的发现和跟踪距离。

自卫式噪声干扰由导弹或直接执行进攻任务的飞机施放，用于破坏对方的警戒探测系统，提高突防概率。相控阵体制雷达除了采用通常的低截获设计、副瓣匿影、重频抖动、频率捷变等手段进行干扰对抗外，还可通过自适应副瓣对消、自适应空间滤波(DBF)等方法提高反副瓣干扰性能；也可以通过随机扫描、回波信号统计与鉴别等手段应对主副瓣欺骗式干扰，但对从主瓣进入的自卫式噪声干扰并没有优势。即使采用“烧穿”工作方式，通过耗费时间资源对干扰源进行连续照射，其对典型干扰源所能实现的自卫距离也只有数十公里。这一距离己不能满足舰载武器系统反应时间的需要。由于干扰从虚瓣进入，雷达和干扰形成了直接的能量对抗关系。由于自卫距离和干扰功率的平方成反比，干扰机只要很低的辐射功率就可以完全掩盖目标回波，造成雷达难以对其实施正常跟踪。但因为自卫式噪声干扰主动辐射能量，故此可以通过无源探测，对干扰源进行连续的角度跟踪。相控阵雷达可以采用有源和无源方式同时对干扰源进行探测，在目标施放干扰时利用无源探测获得角度信息，在其暂停干扰时，利用有源探测获得目标的三坐标信息。而一般采用自卫式干扰的导弹或飞机距离不会太远，有了角度信息就可以利用反辐射导弹对其进行打击。如果没有反辐射导弹，也可使用多个平台上获得的干扰源角度跟踪信息对其进行交叉定位，为我方其它武器系统提供目标信息，以实施打击。但是这种定位方式精度不高，不能充分发挥武器系统的效能，在反制效果要比反辐射导弹差得多。如果舰艇配备了反辐射导弹，敌方将被迫放弃自卫式干扰这种引火烧身的做法。

舰载多功能相控阵雷达具备同时完成多种任务的能力，但其总的时间能量资源是固定的。在强杂波和干扰背景下，造成雷达波束在每个波位的驻留时间增加，能达到正常情况的数倍，为了保持对目标的检测概率需要采用多脉冲工作方式，以致消耗的时间资源成倍增加，雷达的数据率、跟踪目标批次数等性能都将有明显下降。当采用集能“烧穿”工作方式对付隐身目标或自卫式干扰时，消耗的时间能量资源将更为可观。这将造成其整体性能的显著下降，搜索数据率和跟踪目标容量都将明显恶化。此时，需要利用舰载其他传感器的工作以降低多功能相控阵雷达的工作负荷，从而保证相控阵雷达在重点方向和高威胁等级的目标上有足够的资源去遂行警戒、跟踪和制导等任务。

舰载多功能相控阵雷达具有突出的性能和优异的指标，故而被各国海军争相发展，多功能相控阵雷达正在成为世界海军强国的标准配置。但是，多功能相控阵雷达也不是万能的，同样存在自身的不足。随着相控阵体制技术的发展，其自身的不足也将被逐渐克服。而合理使用多功能相控阵雷达，发挥其优势、避开其不足才能实现最大的作战效能。