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【转载】有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_  

2013-02-19 15:46:20|  分类: 【╰☆Military】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命
2008年01月05日 15:01

有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命

有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_ - yofuze - 现在进行事 的博客

加装新型APG-63(V)3有源相控阵雷达的F-15战机

有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_ - yofuze - 现在进行事 的博客

      凤凰军事“2007年世界战机排行榜”中,前九名战斗机都已经装备或即将装备有源相控阵雷达。

      有源相控阵雷达技术并非刚刚问世,这项技术起源上世纪60年代源起,但到上世纪末才逐步发展成熟达到装机实用的标准。F-22战斗机成为世界上第一种将有源相控阵雷达装机的战斗机。

      装有AESA雷达,已经成为衡量第四代战斗机的一个重要标准。就好象脉冲多普勒雷达是否装机是衡量第三代战斗机的标准一样。

      目前,这一技术以美国所掌握得最为成熟。在为F-22研制AN/APG-77之后,美国又研制出多个型号的AESA雷达,并纷纷基本达到实用阶段。其中,为海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”配套的AN/APG-79、为F-16E/F配套的AN/APG-80、为F-35“联合攻击战斗机”配套的AN/APG-81、为F-15C/D型配套的AN/APG-63V3有源相控阵雷达等。

      俄罗斯在机载有源相控阵雷达研究方面虽然比美国稍有落后。不过,在多年努力之后,其中比较有代表性的是俄罗斯机载雷达制造企业法扎特龙(Phazotron-NIIR)公司制造的甲虫(Zhuk-MAE)有源相控阵(AESA)雷达。该雷达是为米格-35战斗机配套的,该机在今年的莫斯科航展上进行了展示。此外,还有为苏-27配套的“隼”式、“熊猫”式,为米格-31配套的“屏蔽-M”。       法国作为西欧一个重要的航空大国,一直在航空武器研制上保持着独立自主的政策。法国泰利斯公司为“阵风”战斗机研制的RBE2 有源相控阵(AESA)雷达,已经于2007年第一季度装机“幻影”2000战斗机,并进行了一系列的飞行试验之后。目前,该雷达已经进入最后研制阶段。RBE2 雷达提高了对小目标的探测距离以及改进了合成孔径雷达(SAR)的性能。这种雷达的批量生产将在2010年底开始。

      英国、德国、西班牙、意大利联合研制的欧洲战斗机——“台风”一直被国际军事界公认为综合作战性能仅次于F-22的战斗机。欧洲四国自然也为“台风”研制了AESA雷达,努力使其作战性能向第四代战斗机的指标上靠拢。欧洲雷达联合体(Euroradar),为“台风”研制的AESA雷达名为CAESAR。这个联合体由SELEX传感器和机载系统(S&AS)公司、意大利伽利略航空电子公司、德国EADS防御电子公司和西班牙的INDRA等公司联合组成的。

       有源相控阵雷达相比第三代战机上的脉冲多普勒雷达其作用距离、多目标接战能力、低可拦截度、能耗、可靠性等均有质的飞跃。这种质的飞跃,源自AESA雷达革命性的结构和工作原理。AESA雷达天线上布满了上千块T/R模块(发射/接收模块),每一个模块都进行信号的发射和接收。雷达波束扫描方向的改变,不再依靠脉冲多普勒雷达那中改变天线方向的方式,而是通过电磁波相干原理,通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位,就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。

       和现在大量使用的脉冲多普勒雷达相比,AESA雷达由于采用数量众多的T/R模块,而且采用电扫描方式,所以波束指向非常灵活、迅速,;一个雷达可同时形成多个独立波束,同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能;多目标接战能力强,能同时监视、跟踪多个目标;抗干扰性能好。另外,相控阵雷达的可靠性高,即使少量T/R模块失效仍能正常工作。不过,相控阵雷达设备复杂、造价昂贵,且波束扫描范围有限,最大扫描角为90°到120°。

有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_ - yofuze - 现在进行事 的博客

“超级大黄蜂”配备的APG-79(AESA)有源相控阵雷达

       AESA这种新型雷达的使用,必然带来空中作战战术和样式的又一次革命。目前,已经装备了AESA雷达的美国空军正在研究新型的战法。

       此外,相控阵雷达中还有作为早期过渡型的无源相控阵技术。苏联/俄罗斯在机载无源相控阵技术上起步较早,如米格-31早在80年代初就装备了无源相控阵雷达,更著名的就是印度装备的苏-30MKI所用的“雪豹”雷达,此外“阵风”的雷达也采用了无源相控阵技术。

       区别有源和无源相控阵雷达,主要在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_ - yofuze - 现在进行事 的博客

F-16装备的APG-68脉冲多普勒雷达

       相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,这种方式被称为电扫描。相控阵雷达虽然不能像其他雷达那样依靠旋转天线来使雷达波束转动,但它自有自己的“绝招”,那就是使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达天线是由大量的辐射器(小天线)组成的阵列(正方形、三角形等),辐射器少则几百,多则数千,甚至上万,每个辐射器的后面都接有一个可控移相器,每个移相器都由电子计算机控制。当相控阵雷达搜索远距离目标时,虽然看不到天线转动,但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转,即使是上万千米外的洲际导弹和几万千米远的卫星,也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标,这些辐射器又可以分工负责,产生多个波束,有的搜索、有的跟踪、有的引导。正是由于这种雷达摒弃了一般雷达天线的工作原理,人们给它起了个与众不同的名字———相控阵雷达,表示“相位可以控制的天线阵”的含义。

       相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。 其实,有源和无源相控阵雷达的天线阵相同,二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

       首先是射频功率效率高,在有源相控阵天线中,T/R组件紧挨着天线单元,T/R组件中的功率放大器和天线单元间的损耗及天线单元和T/R组件中的低噪声放大器间的损耗可以忽略不计,这对提高雷达探测性能的作用是明显的。

      其次,具有多功能性。由于相控阵天线波束控制的灵活性,使雷达能以时分割的方式实现多功能,可同时跟踪多批目标,一部雷达可以达到几部机械雷达的功能。它能边扫描边跟踪,同时跟踪多批目标。

      第三,具有形成不同形状波束的能力。

      第四,具有极高的可靠性。在有源相控阵雷达中,去掉了可靠性差的大功率行波管发射机,取消了易出故障的机械旋转部件,使雷达系统可靠性大幅度提高。更重要的是天线阵是多路并行工作,T/R组件非常可靠,即使个别组件出故障,对雷达系统性能的影响并不明显,即具有故障弱化功能。就是60%的组件发生故障,雷达系统仍可保持高性能工作;30%的组件失效,雷达性能下降3分贝。诺斯洛普?格鲁曼公司的工程师认为有源相控阵雷达能很好地有效运行数年。Raytheon公司认为APG-79雷达的严重故障间隔平均时间可超过17000小时,并声称其相控阵天线可能在10~20年内无需维护。

      第五,雷达隐身性能好。雷达具有较低的雷达截面积(RCS),起到隐身作用。 

      无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。

        相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变化进行扫描的,这种方式被称为电扫描。相控阵雷达虽然不能像其他雷达那样依靠旋转天线来使雷达波束转动,但它自有自己的“绝招”,那就是使用“移相器”来实现雷达波束转动。相控阵雷达天线是由大量的辐射器(小天线)组成的阵列(正方形、三角形等),辐射器少则几百,多则数千,甚至上万,每个辐射器的后面都接有一个可控移相器,每个移相器都由电子计算机控制。当相控阵雷达搜索远距离目标时,虽然看不到天线转动,但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转,即使是上万千米外的洲际导弹和几万千米远的卫星,也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标,这些辐射器又可以分工负责,产生多个波束,有的搜索、有的跟踪、有的引导。正是由于这种雷达摒弃了一般雷达天线的工作原理,人们给它起了个与众不同的名字———相控阵雷达,表示“相位可以控制的天线阵”的含义。

          相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。其实,有源和无源相控阵雷达的天线阵相同,二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件,每一个组件都能自己产生、接收电磁波,因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此,也使得有源相控阵雷达的造价昂贵,工程化难度加大。但有源相控阵雷达在功能上有独特优点,大有取代无源相控阵雷达的趋势。

        有源相控阵雷达最大的难点在于发射/接收组件的制造上,相对来说,无源相控阵雷达的技术难度要小得多。无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达,但是在功能上却明显优于普通机械扫描雷达,不失为一种较好的折中方案。因此在研制出实用的有源相控阵雷达之前,完全可以采用无源相控阵雷达作为过渡产品。而且,即使有源相控阵雷达研制成功以后,无源相控阵雷达作为相控阵雷达家族的一种低端产品,仍具有很大的实用价值。


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引文来源  有源相控阵雷达--世界战斗机雷达技术新革命_钻石利剑
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