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由珠海航展,看世界机载火控雷达的17种模式

时间:11-21 00:00 阅读:5554次 转载来源:战略前沿技术

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转自:学术plus

作者:plus评论员  高书亮

文中从2018年珠海航展上中国电科的“三面阵”机载有源相控阵火控雷达说起,历数了机载火控雷达的发展历史,其功能和应用特点,17种典型功能模式,以及美国、俄罗斯、欧洲的相关重要产品详细介绍。

从“一”到“三”

从珠海航展看机载火控雷达的现状及趋势

一、概述

在日前的2018珠海航展上,中国电科展示一种“三面阵“机载有源相控阵火控雷达,这种雷达一改传统机载火控雷达的前视特点而采用了三面阵结构,使得它的探测视野相比于单面阵火控雷达有了跨越式的提升,极大的扩充了战机的探测和预警范围,增强了战机的态势感知和战场生存能力。有理由相信,这种雷达的出现,是对已发展了半个多世纪的机载火控雷达技术的重大提升。

二、机载火控雷达概述

机载火控雷达是指安装在战斗类飞机上,用于搜索、截获和跟踪空中、地面或水面目标,从而为机载武器提供瞄准和制导所需信息的雷达装备。机载火控雷达具有不受气候影响、探测距离远等多种特点,可以全天候工作,已发展成为先进战斗机不可或缺的作战装备。

最早的机载火控雷达诞生于第二次世界大战期间,受制于当时的技术水平,早期的机载火控雷达往往还面临着探测距离近、抗杂波能力弱、可靠性低等问题,一般只能执行简单的空战目标测距任务。随着航空和电子技术的不断进步,单脉冲、相控阵、合成孔径、脉冲多普勒等新概念,匹配滤波、恒虚警检测、脉冲压缩等新技术的出现为研制更高性能的机载火控雷达提供了基础。

自上世纪六十年代以来,美国等发达国家开始先后研制、生产并使用了脉冲多普勒雷达、相控阵雷达等多种先进装备,极大的促进了包括F-15\16\18\22\35等一大批先进战机的使用。其中:上世纪70年代初,第一部实用型机载脉冲多普勒火控雷达AWG-9由美国休斯公司研制成功,并装备在美国海军的F-14战机上。随后,机载脉冲多普照勒火控雷达得到迅速发展,几乎成为先进战斗机火控雷达的惟一选择,是第三代战斗机的重要指标之一,它使现代先进战斗机真正具有了远程、全天候、全方位和全高度攻击能力。

上世纪90年代以来,在数字技术和微电子技术的推动下,对机载雷达多目标攻击、抗干扰以及一体化等功能和性能的更高要求使得相控阵技术开始应用于机载火控雷达,又进一步促使了机载火控雷达功能和性能的进一步提升,现代机载火控雷达已经步入了相控阵时代。

三、机载火控雷达的功能应用特点

相比于地面雷达,机载火控雷达的主要任务是适应作战飞机所在的战场环境,按照作战飞机的相关作战任务要求,执行搜索、测距、跟踪、成像、制导等多种任务,为航炮炮、空空\空地导弹和精确制导炸弹等机载武器提供精确的目标数据,确保战斗机完成对空和对面目标的精确打击任务。

目前,世界上主流的机载火控雷达的典型功能模式如下表所示:

表1 机载火控雷达的典型功能模式

四、当前各国的代表性机载火控雷达产品

鉴于机载火控雷达在现代航空武器装备中的重要作用,世界主要军事强国均下大力气开展相关产品的研发和改进工作。从总体情况来看,在此领域美国处于领先地位,欧洲相关国家、以色列、俄罗斯等国也不甘落后。需要指出的是随着有源相控阵技术的不断成熟以及其明显的性能优势,目前主要国家的机载火控雷达几乎无一例外地采用了这一体制。相关国家的代表性机载火控雷达产品主要包括:

(一)美国

美国在这一领域无疑走在世界的前列,其代表性产品包括配装F-22战机的AN/APG-77雷达,配装于F/A-18战机的AN/APG-79雷达、配装于F-35战机的AN/APG-79雷达以及配套于F-16V战机的AN/APG-83捷变波束雷达(SABR)。

■ AN/APG-77雷达


该雷达由诺斯罗普格鲁门和雷声公司研制,是目前世界上已装备于战斗机的最先进的火控雷达。 这种有源相控阵雷达在功能、性能、可靠性、低截获概率等方面取得了重大突破,代表了机载火控雷达的最新发展水平。该雷达能全天候探测多个远程目标和隐身飞行器,并具有智能化的电子情报信息收集功能。

此外,专门为该雷达研发的软件系统可以为飞行员提供地面目标的高清晰度实时图像。这种能力将允许 F-22战斗机在全天候的条件下实施精确打击,并将F-22战斗机从一种空战飞机转变为多功能攻击战机。

该雷达由五大部分组成: 阵列天线/波束转向控制器( Array/ BSC) 、雷达支持电子设备( RSE) 、射频接收机( RFR)、阵列天线电源( APS)和安装设备。

该雷达具有远距搜索(距离搜索)、远距尾接搜索(尾接搜索)、全方位中距搜索(速率范围搜索) 、跟踪(多目标跟踪)、AMRAAM(先进中距空对空导弹)、数据链能力(导弹更新)、目标识别、目标群分离( 出击评估)和天气探测(气象) 等多种应用模式,还拓展了包括空对地合成孔径成像、空对地测距等多种功能。

在生存力方面, APG- 77 的天线设计支持 F- 22 的隐身要求, 从而降低了敌人探测和跟踪 F- 22的能力。雷达功能波形设计都采用低截获概率技术, 限制了威胁系统识别和利用F- 22 辐射的能力。低RCS 和低截获概率的实现为飞机员提供了支持 先敌发现优势的重要支撑。

 

该雷达的有源电扫阵列由2000个X波段的T/R组件构成, 每个组件能产生 10W的功率。 有资料报道,该雷达对RCS为l 平方米目标的作用距离达到了22 5 k m。作为美国空军“宝石柱”计划的一部分,该雷达与F-22战机的综合化航空电子系统进行有高效的集成,其本身没有专门的雷达数据处理机, 通过机上集中式数据处理系统与其他传感器和航空电 子设备一起工作。 处理器控制天线发射和接收波束的图形,以及处理接收的雷达数据。

 

■ AN/APG-79雷达


该雷达是为F /A-18 E和F /A-18 F战斗机研制的有源相控阵雷达。它采用有源二维相控阵、单脉冲、脉冲压缩和脉冲多普勒、合成孔径、地面动目标指示等体制,是一种可执行空空和空地作战任务的全数字化、 全天候, 多功能火控雷达。其典型探测距离超过180千米,能同时跟踪20个目标,还具有很强的反电子干扰能力。该雷达系统由主动阵列天线、接收机,激励器、通用集成传感器处理器(CISP)、雷达电源和用于补偿孔径运动的运动传感器分系统(MSS)组成。其中,有源阵列采用了第六代发射,接收模块(TRM),这是一种宽带多功能组件,支持空空、空地和电子战模式等各种波形。

同时,该雷达采用开放式系统架构和软件隔离技术,可延缓技术的过时。该雷达的特殊容错电源是专门为模块化收发机结构设计的。除了传统的探测功能,APG-79 AESA雷达还可为E/F-18提供电子保护、电子攻击和电子支援等功能。同时也能为飞机提供自瞄准(Self-targeting)能力,即在将来可能有一架装有AESA雷达的飞机采用SAR 对地面目标进行瞄准定位,然后将目标的精确坐标数据传送给另一架没有装备AESA雷达的飞机,由这架飞机向目标发射JDAM武器进行摧毁。

 

■ AN/APG-81雷达


诺斯罗普·格鲁曼公司的APG-81雷达是专为F-35“联合攻击战斗机”设计的,代表了目前AESA机载火控雷达的领先技术。除常规雷达性能外,该雷达还具有电子战能力,与飞机的光电目标定位和分布式孔径系统一起构成了F-35综合传感器系统的主体。该雷达系统采用最先进的AESA天线、高性能的T/R组件、货架式的信号和数据处理机。是的内部元器件和连接器数目大为减少,所以该雷达的成本和重量都较之前的雷达大幅降低,维修和维护更加便利。

APG-81雷达采用了开放式结构,为未来的性能升级提供了极大的空间。作为F-35多功能综合射频系统的一个重要组成部分,该雷达在确保常规的雷达功能之外,还可以为飞机提供包括有源干扰、无源侦收、低截获概率通信的多种功能。由于该雷达把两个T/R模块封装在一起,称为双封装T/R模块,新的射频器件组合方式使得雷达系统的预期寿命达到了8000小时。

此外,该雷达支持基于SAR的高分辨率地图测绘和基于ISAR的海上舰船目标识别分类,从而有效的保障了F-35战机的对空、对海精确打击能力。

(二)俄罗斯

俄罗斯的ZHUK-AE雷达(甲虫雷达)是俄罗斯研制的第一部AESA雷达。该雷达工作在X波段,能够跟踪和攻击空中、地面和海面目标,对于一般的战斗机目标它的搜索距离可达130千米。从目前掌握的数据来看,该雷达达可以同时跟踪30个目标,并对其中8个实施攻击。该雷达的重量为220到240千克,其中天线阵列的重量是105千克,该雷达先后在米格-35等战机上进行了试飞。

(三)欧洲

欧洲各国借助其雄厚的工业实力,近年来先后研制了多型机载火控雷达,主要包括:

■ captor雷达


该雷达由欧洲多国联合研制。该雷达采用相干脉冲多普勒体制,是欧洲战斗机“台风”的标准配置。为了适应“台风”的空中优势性能,“捕捉者”雷达优化了探测、识别、优先次序确定,以及在比敌方武器射程更远的距离上和严重电子干扰条件下截。雷达通过专门设计孔径发射,可确保最小的高功率波束损耗,并运行全部正常工作模式,包括空中单目标跟踪、海上搜索,地面动目标探测、空地搜索、实波束测绘、高分辨率测绘、地形规避、空地测距和精确速度更新等。

 

■ RBE2雷达


该雷达由法国Thales公司于1999年启动的研制,主要配装法国的阵风战斗机, RBE2雷达的对空探测距离可望较目前的无源相控阵雷达提高至少50% 以上, 雷达水平搜索角度则可从±60±70整 体 雷 达 性 能 水 准 应 当 与 AN/APG-79相当。

RBE2雷达基本型由1部天线、1台行波管发射机、1个接收机和1个处理器组成,采用无源电子扫描方式和“独特的”波束转向透镜布局,由宽带照射灯(1个蛇形平面波导阵列)产生和限定雷达波束的焦点,具有空空,空地和海上搜索等工作模式。据泰利斯公司称,其AESA配置的探测距离比现有型号增加40%,并“显著提高”了维护性,具有高分辨率成像,电子对抗防护和非合作目标识别能力。

五、机载火控雷达的发展趋势

机载有源相控阵具有的优势使其成为未来机载雷达的发展趋势。从目前各国的发展情况来看,机载火控雷达将越发呈现出如下的发展趋势:

探测能力不断增强:对雷达反射面积较小目标(如无人机、巡航导弹和隐身飞机等)的探测需求使新一代战斗机雷达必须具有大的发射功率与收发天线面积的乘积。有源相控阵天线是实现大功率孔径乘积的基础,对雷达反射面积较小目标(如无人机、巡航导弹和隐身飞机等)的探测需求使第四代战斗机雷达必须具有大的发射功率与收发天线面积的乘积。有源相控阵天线是实现大功率孔径乘积的基础。

多种功能模式并行:雷达必须具备更加全面、多样的信号波形和工作模式,能够基于不同功能需求, 支持高重频、中重频、线性调频脉冲压缩、脉冲编码脉冲压缩、频率捷变、频率分集、扩谱、重频捷变、重频参差甚至单个脉冲发射等波形及其复杂组合。

更加优良的维护保障性能:为了提高使用和维护的经济性,降低使用于维护成本,必须采用开放式的体系架构,尽可能多的采用商用货架产品,支持基于LRU的故障隔离、诊断,实现高功率、高热量部件的在线监测和诊断,从而不断优化雷达的维护模式,从根本上提升雷达出勤率,保障其战场可用性。

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