机载雷达过去、现在和可以预见的未来都是探测空中、地面和海上目标的最重要的手段,尤其是在复杂气象条件下,雷达的作用就更是不可替代。但是,近年来它遇到了隐身技术和电子干扰的严重挑战,传统的雷达体制已难以有效地对付这种挑战。只有发展机载有源相控阵体制的雷达,亦称机载有源电扫描阵列(AESA)雷达才能从根本上改善作战飞机对目标的探测能力。使雷达的探测距离、抗干扰能力、多目标跟踪能力、多功能特性以及可靠性和维护性都比传统的机械扫描雷达有一个质的飞跃。美国将在F-22战斗机和F-35(JSF)上装备这种雷达;日本已在F-2战斗机上装备它们自行研制的有源相控阵雷达;英国、法国和德国正在联合研制有源相控阵雷达(AMSAR)装备它们各自的欧洲战斗机改进型上。21世纪初的作战飞机开始普遍装备有源相控阵雷达的趋势已经十分肯定。
采用有源相控阵技术的机载雷达将具有下述特点:
· 可靠性高 - 由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成,因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明,10%的单元失效时,对系统性能无显著影响,不需立即维修;30%失效时,系统增益降低3分贝,仍可维持基本工作性能。这种"完美降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。其次,由于取消了集中式的大功率发射机和天线机械伺服运动系统,因此,高功率和运动部件所带来的各种可靠性问题也就不复存在了。机载雷达的可靠性可以提高几个数量级。
· 被拦载概率低 - 在当前极为严峻的电子干扰环境中,机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截概率的高低是一项非常重要的性能指标。在攻击有专用电子干扰飞机掩护的机群或单机时,强烈的电磁干扰将使传统的雷达无法正常工作。有源相控阵天线口径场的幅度和相位都可以随意控制,可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源,使之不能收到有效强度的雷达信号,从而无法实施有效干扰。另外,有源相控阵易于进行发射功率管理,可以增加电磁隐蔽性。
· 雷达截面积小 - 雷达本身的截面积(RCS)是在隐身飞机的发展过程中逐渐受到重视的。设计隐身飞机时,所有可能被敌方探测器发现的特征,如热、声、光和电磁等因素都要加以限制。雷达电磁辐射特征是重点限制对象。所以对飞机上凡是能引起雷达电磁反射的因素都要一一加以消除或限制。研究和试验表明,机头的雷达天线和转动支架都是具有很大雷达截面积的反射体,若不加以限制,隐身效果将会受到很大削弱。有源相控阵由于不需要机械扫描,所以敌方雷达只能在有源相控阵面正前方很小的空间角内收到反射波。而机械扫描天线,由于要在空间大范围转动(方位和俯仰转动范围均可达到120度),因此较易周期性地形成与敌方雷达入射波正交的条件,即有较强的反射波为敌方所接收。
· 扫描速度快 - 天线的机械扫描速度一般很难超过100度/秒,要覆盖一个方位和俯仰120度的空间,通常需要数十秒甚至更长的时间。对于相控阵雷达而言,扫描速度只受目标回波个数的限制(雷达探测距离的要求),而不受扫描系统本身能力的限制,它的扫描速度可以在毫秒,甚至微秒级。
· 同时多功能 - 所谓同时多功能,即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分阵元完成一种功能,用另外的阵元完成其它功能;也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。
诺斯罗普·格鲁门公司已经从美国空军取得F-35 (JSF)的AESA雷达研制合同。这将是继该公司取得F-22的APG-77 有源相控阵雷达的又一个重大的机载雷达采购合同。但是美国空军不愿意过度依赖单一采购源,以免形成垄断,使得采购价格难以控制。目前要求另一家美国主要的机载雷达制造商--雷神公司和诺斯罗普·格鲁门公司进行对话,实现在研制JSF 雷达过程中的优势互补和某种程度的联合。
在美国空军的努力和压力下,上述两家公司在经过漫长的,争议不断的对话后,终于在2001年达成了一项合作协议,即合作执行美国空军的多平台雷达技术引入计划(Multi-Platform Radar Technology Insertion Program (MP-RTIP))。
MP-RTIP计划是美国空军根据AESA技术的发展,探讨把空中预警雷达(AWACS)和空中监视雷达(JSTARS)的功能合并在一部采用AESA技术的雷达来完成。这样未来的预警飞机就可以同时完成对空和对地/海的监视、指挥和控制的任务。探测飞行中的飞机和导弹的任务是原来预警机(AWACS), 如:E-3A和E-2C的任务,通过脉冲多普勒技术来滤除地面或海浪杂波的干扰;对地面和海面目标探测则是原来空中监视雷达(JSTARS)的任务,通过合成孔径雷达(SAR)技术实现对地面目标的高分辨率成像和定位。AWACS所要滤出的杂波,恰恰是JSTARS所要探测的对象(即目标);反之亦然。MP-RTIP计划的启动,对机载雷达设计不仅是一次挑战,而且可能也是对战场侦察和监视系统和空中预警系统的一次革命。
诺斯罗普·格鲁门公司和雷神公司,这两家研制和生产机载雷达的领头羊在开拓国际和美国国内市场上始终是竞争的对手。目前雷神公司已同瑞典爱立信微波系统公司签订了一项研制AESA雷达演示样机,拟于2004年试飞,并考虑改装瑞典的"鹰狮"JAS-39战斗机。诺斯罗普·格鲁门公司正在为澳大利亚,可能也包括土耳其用波音-737改装的预警机研制AESA雷达。
美国空军透露,雷神公司已经为驻防阿拉斯加的18架F-15C秘密改装了AESA雷达,编号为:APG-63(V)2。两大机载雷达公司分别与美国仅存的两大家战斗机生产厂商:波音公司和洛克希德·马丁公司保持着他们传统的合作伙伴关系。
雷神公司除了为波音公司的F-15C改装AESA雷达外,还正在为波音公司的F/A-18E/F 改装APG-79 AESA雷达。而诺斯罗普·格鲁门公司则为洛克希德·马丁公司的F-16(60批)改装APG-80 AESA雷达。
很明显,这两家领头羊都把自己的注意力集中在开发新型AESA体制的机载雷达领域,并争取未来最大的市场份额。
APG-77和APG-63(V)2 主要是大幅度的提高了F-22 和F-15C的空战性能。他们比传统的机械扫描雷达具有更远的作用距离、更好的可靠性和抗电子干扰能力。
APG-79和APG-80 不仅提高了对空中目标的探测能力,而且通过采用合成孔径雷达(SAR)技术极大地增强了空对地/海目标的探测能力。是一种典型的多功能的AESA雷达。
为JSF研制的AESA雷达,则不仅强调要具备多功能,而且还要求AESA口径具有一定的电子战功能,即ESM和ECM能力。
由于诺斯罗普·格鲁门公司得到了F-22和F-35(JSF)美国正在研制中的两种主要战斗机的机载雷达合同,所以目前雷神公司面临着非常不利的竞争局面。同时,据传F-35是最后一代有人驾驶的飞机,因此雷神公司只有去寻求现役飞机的改装市场。如在改装F-15C后,他们正在努力取得F-15E的AESA改装项目。
但是美国空军不想在未来在有人以及无人飞机机载雷达的采购中形成单极的局面,正在努力支持雷神公司参与JSF雷达和MP-RTIP计划的研制工作。
AESA 是21世纪机载雷达的重要发展方向,必须予以密切重视。这是一项高新技术极为密集的领域,大量资金的投入和充分的预研是攻克AESA的基础和关键。(责编 洪山)作者:许伟武
采用有源相控阵技术的机载雷达将具有下述特点:
· 可靠性高 - 由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成,因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明,10%的单元失效时,对系统性能无显著影响,不需立即维修;30%失效时,系统增益降低3分贝,仍可维持基本工作性能。这种"完美降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。其次,由于取消了集中式的大功率发射机和天线机械伺服运动系统,因此,高功率和运动部件所带来的各种可靠性问题也就不复存在了。机载雷达的可靠性可以提高几个数量级。
· 被拦载概率低 - 在当前极为严峻的电子干扰环境中,机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截概率的高低是一项非常重要的性能指标。在攻击有专用电子干扰飞机掩护的机群或单机时,强烈的电磁干扰将使传统的雷达无法正常工作。有源相控阵天线口径场的幅度和相位都可以随意控制,可使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源,使之不能收到有效强度的雷达信号,从而无法实施有效干扰。另外,有源相控阵易于进行发射功率管理,可以增加电磁隐蔽性。
· 雷达截面积小 - 雷达本身的截面积(RCS)是在隐身飞机的发展过程中逐渐受到重视的。设计隐身飞机时,所有可能被敌方探测器发现的特征,如热、声、光和电磁等因素都要加以限制。雷达电磁辐射特征是重点限制对象。所以对飞机上凡是能引起雷达电磁反射的因素都要一一加以消除或限制。研究和试验表明,机头的雷达天线和转动支架都是具有很大雷达截面积的反射体,若不加以限制,隐身效果将会受到很大削弱。有源相控阵由于不需要机械扫描,所以敌方雷达只能在有源相控阵面正前方很小的空间角内收到反射波。而机械扫描天线,由于要在空间大范围转动(方位和俯仰转动范围均可达到120度),因此较易周期性地形成与敌方雷达入射波正交的条件,即有较强的反射波为敌方所接收。
· 扫描速度快 - 天线的机械扫描速度一般很难超过100度/秒,要覆盖一个方位和俯仰120度的空间,通常需要数十秒甚至更长的时间。对于相控阵雷达而言,扫描速度只受目标回波个数的限制(雷达探测距离的要求),而不受扫描系统本身能力的限制,它的扫描速度可以在毫秒,甚至微秒级。
· 同时多功能 - 所谓同时多功能,即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分阵元完成一种功能,用另外的阵元完成其它功能;也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。
诺斯罗普·格鲁门公司已经从美国空军取得F-35 (JSF)的AESA雷达研制合同。这将是继该公司取得F-22的APG-77 有源相控阵雷达的又一个重大的机载雷达采购合同。但是美国空军不愿意过度依赖单一采购源,以免形成垄断,使得采购价格难以控制。目前要求另一家美国主要的机载雷达制造商--雷神公司和诺斯罗普·格鲁门公司进行对话,实现在研制JSF 雷达过程中的优势互补和某种程度的联合。
在美国空军的努力和压力下,上述两家公司在经过漫长的,争议不断的对话后,终于在2001年达成了一项合作协议,即合作执行美国空军的多平台雷达技术引入计划(Multi-Platform Radar Technology Insertion Program (MP-RTIP))。
MP-RTIP计划是美国空军根据AESA技术的发展,探讨把空中预警雷达(AWACS)和空中监视雷达(JSTARS)的功能合并在一部采用AESA技术的雷达来完成。这样未来的预警飞机就可以同时完成对空和对地/海的监视、指挥和控制的任务。探测飞行中的飞机和导弹的任务是原来预警机(AWACS), 如:E-3A和E-2C的任务,通过脉冲多普勒技术来滤除地面或海浪杂波的干扰;对地面和海面目标探测则是原来空中监视雷达(JSTARS)的任务,通过合成孔径雷达(SAR)技术实现对地面目标的高分辨率成像和定位。AWACS所要滤出的杂波,恰恰是JSTARS所要探测的对象(即目标);反之亦然。MP-RTIP计划的启动,对机载雷达设计不仅是一次挑战,而且可能也是对战场侦察和监视系统和空中预警系统的一次革命。
诺斯罗普·格鲁门公司和雷神公司,这两家研制和生产机载雷达的领头羊在开拓国际和美国国内市场上始终是竞争的对手。目前雷神公司已同瑞典爱立信微波系统公司签订了一项研制AESA雷达演示样机,拟于2004年试飞,并考虑改装瑞典的"鹰狮"JAS-39战斗机。诺斯罗普·格鲁门公司正在为澳大利亚,可能也包括土耳其用波音-737改装的预警机研制AESA雷达。
美国空军透露,雷神公司已经为驻防阿拉斯加的18架F-15C秘密改装了AESA雷达,编号为:APG-63(V)2。两大机载雷达公司分别与美国仅存的两大家战斗机生产厂商:波音公司和洛克希德·马丁公司保持着他们传统的合作伙伴关系。
雷神公司除了为波音公司的F-15C改装AESA雷达外,还正在为波音公司的F/A-18E/F 改装APG-79 AESA雷达。而诺斯罗普·格鲁门公司则为洛克希德·马丁公司的F-16(60批)改装APG-80 AESA雷达。
很明显,这两家领头羊都把自己的注意力集中在开发新型AESA体制的机载雷达领域,并争取未来最大的市场份额。
APG-77和APG-63(V)2 主要是大幅度的提高了F-22 和F-15C的空战性能。他们比传统的机械扫描雷达具有更远的作用距离、更好的可靠性和抗电子干扰能力。
APG-79和APG-80 不仅提高了对空中目标的探测能力,而且通过采用合成孔径雷达(SAR)技术极大地增强了空对地/海目标的探测能力。是一种典型的多功能的AESA雷达。
为JSF研制的AESA雷达,则不仅强调要具备多功能,而且还要求AESA口径具有一定的电子战功能,即ESM和ECM能力。
由于诺斯罗普·格鲁门公司得到了F-22和F-35(JSF)美国正在研制中的两种主要战斗机的机载雷达合同,所以目前雷神公司面临着非常不利的竞争局面。同时,据传F-35是最后一代有人驾驶的飞机,因此雷神公司只有去寻求现役飞机的改装市场。如在改装F-15C后,他们正在努力取得F-15E的AESA改装项目。
但是美国空军不想在未来在有人以及无人飞机机载雷达的采购中形成单极的局面,正在努力支持雷神公司参与JSF雷达和MP-RTIP计划的研制工作。
AESA 是21世纪机载雷达的重要发展方向,必须予以密切重视。这是一项高新技术极为密集的领域,大量资金的投入和充分的预研是攻克AESA的基础和关键。(责编 洪山)作者:许伟武