賈衛(wèi)東，石春燕

(1.海軍駐北京地區(qū)電子設(shè)備軍事代表室，北京 100000;2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

現(xiàn)代艦艇受到的威脅主要來自空中和水下，其中反艦導(dǎo)彈更是艦艇的主要威脅。三坐標(biāo)雷達(dá)因其能測量目標(biāo)的三維位置參數(shù)(仰角/高度、方位、距離），對空中目標(biāo)的探測有著明顯的優(yōu)勢，且便于與武器系統(tǒng)配合對空中目標(biāo)進(jìn)行打擊，已成為艦載雷達(dá)的主流。三坐標(biāo)雷達(dá)替代兩坐標(biāo)雷達(dá)也成為艦載雷達(dá)發(fā)展的趨勢。目前，各海上強(qiáng)國都很重視艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的發(fā)展，艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)已呈現(xiàn)出多功能、新體制、新技術(shù)、系列化的發(fā)展。

1 艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的主要技術(shù)特點(diǎn)

三坐標(biāo)雷達(dá)在其發(fā)展過程中出現(xiàn)了堆積波束、頻掃、相掃、頻相掃結(jié)合、相控陣等多種體制。各種體制雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)分析如下:

(1）堆積多波束 這是較早的一種三坐標(biāo)體制，采用垂直方向上多個波束堆積以獲得目標(biāo)的仰角或高度參數(shù)，方位采用機(jī)械掃描。該體制雷達(dá)技術(shù)較簡單，便于實(shí)現(xiàn)，但仰角測量精度難以提高，且設(shè)備量較大;

(2）頻掃 一般垂直方向上采用頻率控制波束掃描，方位機(jī)械掃描，可通過多頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同時多波束，空域覆蓋較廣，可實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)率。該體制可實(shí)現(xiàn)較高的功率孔徑積，適用于中遠(yuǎn)程的對空探測，但由于體制的限制，抗干擾手段和能力有限;

(3）相掃 一般垂直方向上采用相位掃描，方位機(jī)械掃描。隨著數(shù)字T/R技術(shù)的成熟，DBF技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在一維相掃雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)窄收，同時多波束，從而提高了數(shù)據(jù)率。相掃三坐標(biāo)雷達(dá)具有頻域和空間等抗干擾手段，抗干擾能力強(qiáng)。

(4）相頻掃 兼有頻掃數(shù)據(jù)率高和相掃波束控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是天線設(shè)計復(fù)雜，結(jié)構(gòu)笨重且成本高。

(5）相控陣?yán)走_(dá) 具有靈活的資源調(diào)度功能，便于實(shí)現(xiàn)多功能，抗干擾能力強(qiáng)，是高性能的艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的重要發(fā)展方向。

2 國外典型艦載三坐標(biāo)雷達(dá)

目前，世界范圍內(nèi)有代表性的艦載三坐標(biāo)雷達(dá)主要有AN/SPS-48 系列雷達(dá)、Fregart(弗列蓋特）系列雷達(dá)、SMART 系列雷達(dá)、Herakles(大力士）雷達(dá)、TRS-3D雷達(dá)、海上長頸鹿AMB雷達(dá)等。

2.1 AN/SPS-48雷達(dá)

AN/SPS-48雷達(dá)為頻掃三坐標(biāo)雷達(dá)，工作頻段為2.9～3.1GHz，是美國海軍大型水面艦艇大量裝備的三坐標(biāo)遠(yuǎn)程對空搜索雷達(dá)，主要負(fù)責(zé)提供空中目標(biāo)三維數(shù)據(jù)并為武器控制系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。該雷達(dá)方位上360°機(jī)械掃描，仰角上采用頻率掃描，可以同時發(fā)射9個1.5°的疊加筆形波束。通過自動改變發(fā)射頻率，使之與船體的擺動呈函數(shù)關(guān)系，以獲得船體運(yùn)動的波束穩(wěn)定性。

圖1 AN/SPS-48 遠(yuǎn)程對空搜索雷達(dá)

隨著功能使命的升級和技術(shù)水平的提高，AN/SPS-48雷達(dá)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了A/B/C/D/E/F 等多個系列。特別是AN/SPS-48E 采用固態(tài)器件，提高了系統(tǒng)的可用性;提高了雜波環(huán)境下探測巡航導(dǎo)彈等小目標(biāo)的能力，實(shí)現(xiàn)對來襲小目標(biāo)的自動跟蹤和預(yù)警。該雷達(dá)裝備了美國的多數(shù)作戰(zhàn)艦艇。

2.2 Fregart(弗列蓋特）系列雷達(dá)

Fregart(弗列蓋特）系列雷達(dá)是種艦載多功能、三坐標(biāo)頻掃、360°全覆蓋、全天候監(jiān)視雷達(dá)，采用E、H波段背靠背形式天線，采用了筆形波束和復(fù)合波形，設(shè)計用于對海上和機(jī)載目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和探測，并向武器系統(tǒng)提供目標(biāo)數(shù)據(jù)。在密集干擾和對抗環(huán)境下，F(xiàn)regat雷達(dá)也可以有效工作，而且還可以與敵我識別器組合提供敵我識別信息。該系列雷達(dá)采用LRU(現(xiàn)場可更換單元）制造，可以很容易地排除故障。該系列雷達(dá)包括Fregat-M2EM、Fregat-MAE、Fregat-MAE-l、Fregat -MAE-2、Fregat-MAE-3和Fregat-MAE-4k。這些不同變型的區(qū)別主要體現(xiàn)在作用距離、通道數(shù)、工作頻率和重量上，以滿足裝備不同排量的艦船的需要。該系列雷達(dá)裝備了俄羅斯的多數(shù)作戰(zhàn)艦艇。

圖2 Fregat雷達(dá)

2.3 SMART雷達(dá)

SMART 系列雷達(dá)為一維相掃體制雷達(dá)，主要有SMART-L和SMART-S雷達(dá)，搜索采用DBF 寬發(fā)窄收同時多波束。

SMART-L雷達(dá)工作在L波段，發(fā)射功率大，最大作用距離可達(dá)400km，可以提供目標(biāo)三維坐標(biāo)信息。能自動探測和跟蹤空海目標(biāo)不小于1000個，其中對海搜索由L波段對海監(jiān)視通道完成，能自動探測和跟蹤100個海面目標(biāo)航跡，距離達(dá)60km。對低空可觀測目標(biāo)的探測距離為55km。該雷達(dá)專門用于預(yù)警和跟蹤超小型飛機(jī)和導(dǎo)彈，滿足對小型隱身空中目標(biāo)的中程探測、常規(guī)飛機(jī)的遠(yuǎn)程探測、視距內(nèi)海面目標(biāo)探測的要求，具有高的抗干擾性能。

SMART-L 主要裝備了4 艘荷蘭“DeZeven Provincien”級驅(qū)逐艦和3 艘德國“Sachsen”護(hù)衛(wèi)艦。

圖3 SMART-L 立體搜索雷達(dá)

SMART-S雷達(dá)工作在S 頻段，作用距離達(dá)250km，能對付掠海飛行或從70°或大于70°到達(dá)小型高速反艦導(dǎo)彈，并可同時跟蹤160個空中目標(biāo)和40個海面目標(biāo)。該雷達(dá)被用作數(shù)據(jù)處理和武器系統(tǒng)控制的主傳感器，在嚴(yán)重雜波和電子干擾環(huán)境中具有極好的性能。

該雷達(dá)主要裝備了智利Karel Doonnan和Jacob Van Heemskerk 級護(hù)衛(wèi)艦，德國Brandenburg 級導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦(4 艘），以及荷蘭Jacob Van Heemskerck (2 艘）和KarelDoorman(8 艘）級導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦。

圖4 SMART-S雷達(dá)

2.4 Herakles(武仙座）雷達(dá)

泰勒斯公司的Herakles(武仙座）雷達(dá)，為單面兩維旋轉(zhuǎn)相控陣?yán)走_(dá)，工作于S波段。其戰(zhàn)術(shù)覆蓋空域250km，能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和識別，能夠?yàn)镸BDA 公司的主動雷達(dá)尋Aster(紫苑）系列艦對空導(dǎo)彈提供中段制導(dǎo)。該雷達(dá)主要用于要求自衛(wèi)和中遠(yuǎn)程監(jiān)視的護(hù)衛(wèi)艦。

Herakles雷達(dá)的無源相控陣天線單元的圓形陣面裝有1761個移相器組件，能以電控方式控制雷達(dá)波束，如圖4所示。利用相控陣靈活的波束調(diào)度優(yōu)勢，Herakles雷達(dá)可以同時完成監(jiān)視和目標(biāo)跟蹤。監(jiān)視模式下，雷達(dá)基本上按多波束雷達(dá)工作，而對于目標(biāo)跟蹤模式，雷達(dá)以筆形波束模式工作。轉(zhuǎn)速60r/min，整個天線的重量約3000kg。

該雷達(dá)裝備了法國的“Aquitaine”級護(hù)衛(wèi)艦、摩洛哥的FREMM 護(hù)衛(wèi)艦、新加坡的輕巧靈活的“可畏”級護(hù)衛(wèi)艦。

圖5 Herakles雷達(dá)天線示意圖

2.5 TRS-3D

TRS-3D/16ES雷達(dá)可描述為一部G波段(4～6 GHz）全相干多模式筆形波束雷達(dá)，采用輕型電子穩(wěn)定三坐標(biāo)平面相控陣天線。該雷達(dá)具有近程至遠(yuǎn)程(大于200 km，仰角55°）對空對海目標(biāo)探測和武器分配功能，可以說是一部擅長探測小型高速低飛反艦導(dǎo)彈、無人駕駛空中飛行器和俯沖直升機(jī)的優(yōu)化雷達(dá)。它的典型探測距離(取決于選定的模式）對戰(zhàn)斗機(jī)和無人駕駛空中飛行器為100 km，對水面艦艇約為90 km，對直升機(jī)大于80 km，對掠海飛行導(dǎo)彈大于30 km，對高空俯沖導(dǎo)彈大于20 km。一旦已選定一種模式，該雷達(dá)就能實(shí)施全自動的探測、跟蹤、反干擾和機(jī)內(nèi)故障測試等功能。

該雷達(dá)裝備了美國“自由”號瀕海戰(zhàn)斗艦和德國K130 級輕型護(hù)衛(wèi)艦。

圖6 TRS-3D雷達(dá)

2.6 SeaGiraffe AMB雷達(dá)

SeaGiraffe AMB“海上長頸鹿”雷達(dá)屬于最新一代“長頸鹿”雷達(dá)系統(tǒng)，是一部采用相控陣天線的G波段(5.4～5.9 GHz）全相干多模式艦載三坐標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)，適用于從巡邏艇到護(hù)衛(wèi)艦的艦艇。它同時具有對空監(jiān)視與跟蹤(包括對干擾跟蹤）、對海監(jiān)視與跟蹤、對武器系統(tǒng)的目標(biāo)指示和炮擊支援(包括高分辨力校射）等功能。對該雷達(dá)的總體設(shè)計要求是能迅速而高可靠地探測到在惡劣的瀕海雜波環(huán)境下在任何高度飛行的小型高速運(yùn)動目標(biāo)。雷達(dá)對飛行高度為10 km的小型空中目標(biāo)的典型探測距離在防空模式下大于60 km，在正常搜索模式下為80 km。據(jù)稱，為了適應(yīng)目前和未來的復(fù)雜電子戰(zhàn)環(huán)境，該雷達(dá)還可提供反噪聲干擾、反欺騙干擾和反箔條干擾等增強(qiáng)的電子反干擾能力。該雷達(dá)集“功能強(qiáng)、成本低、質(zhì)量小、全封閉、全相參”等特點(diǎn)于一身，是“最新一代”的多功能雷達(dá)。

Sea Giraffe AMB 主要裝備了瑞典“維斯比”級隱形護(hù)衛(wèi)艦和美國“獨(dú)立”號瀕海戰(zhàn)斗艦。

圖7 “海上長頸鹿”AMB雷達(dá)

3 艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的發(fā)展趨勢

3.1 艦載雷達(dá)發(fā)展的驅(qū)動力

艦載三坐標(biāo)雷達(dá)面臨的威脅和承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)是艦載三坐標(biāo)雷達(dá)發(fā)展的主要驅(qū)動力。

艦載三坐標(biāo)雷達(dá)面臨的威脅有:日益復(fù)雜的干擾態(tài)勢和電磁環(huán)境，隱身目標(biāo)和隱身技術(shù)造成的威脅，低空、超低空目標(biāo)的威脅，反輻射導(dǎo)彈帶來的威脅，飽和攻擊的壓力等。

隨著海上艦船遂行任務(wù)的發(fā)展和防御各種新型反艦武器的需求，艦載三坐標(biāo)雷達(dá)承擔(dān)的任務(wù)也逐漸多樣化，需要同時承擔(dān)任務(wù)包括:

(1）警戒探測功能，在復(fù)雜自然環(huán)境和電磁環(huán)境下有效發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo);

(2）目標(biāo)指示、引導(dǎo);

(3）武器系統(tǒng)控制(制導(dǎo)、武器系統(tǒng)指示）;

(4）對高速高機(jī)動、低速高機(jī)動小目標(biāo)進(jìn)行探測;

(5）目標(biāo)識別探測等功能。

另外，電子技術(shù)飛速發(fā)展是艦載三坐標(biāo)雷達(dá)發(fā)展的另一個驅(qū)動力。

3.2 艦載雷達(dá)的發(fā)展趨勢

綜合分析艦載三坐標(biāo)雷達(dá)面臨的威脅和承擔(dān)的任務(wù)，艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的發(fā)展主要呈現(xiàn)在技術(shù)體制層面、功能層面、系列化和網(wǎng)絡(luò)化層面等多層面的多元化發(fā)展趨勢。

(1）技術(shù)體制層面

艦載三坐標(biāo)雷達(dá)體制經(jīng)歷了相掃和頻掃、頻掃為主流、頻相結(jié)合、有源相掃、兩維相控的發(fā)展歷程。當(dāng)前，以有源相掃和兩維相控為主流，但中遠(yuǎn)程三坐標(biāo)雷達(dá)中頻掃體制仍在生產(chǎn)和使用。

頻掃三坐標(biāo)雷達(dá)因其便于實(shí)現(xiàn)同時多波束掃描，掃描效率高;其基本采用無源天線，重量輕，適裝性強(qiáng);發(fā)射機(jī)可采用電真空管，便于實(shí)現(xiàn)大功率，適用于中遠(yuǎn)程探測。頻掃三坐標(biāo)雷達(dá)作為艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的主要體制，在目前世界艦載三坐標(biāo)雷達(dá)裝備中占有率最大，如AN/SPS-48 系列雷達(dá)、Fregart(弗列蓋特）系列雷達(dá)等。但由于體制的制約，頻掃三坐標(biāo)雷達(dá)不具有頻域抗干擾手段，抗復(fù)雜干擾的能力有限。

早期的相掃三坐標(biāo)雷達(dá)采用無源天線，以移相器控制波束指向，結(jié)合另一維的機(jī)械運(yùn)動實(shí)現(xiàn)三維掃描。這種方式因其掃描效率低，數(shù)據(jù)率、探測精度和空域覆蓋范圍相互制約，難以滿足給武器系統(tǒng)目標(biāo)指示要求，所以實(shí)際型號和裝備量較少。但是，隨著T/R組件和DBF技術(shù)的發(fā)展，以有源天線、寬發(fā)窄收、DBF技術(shù)為特征的新型相掃三坐標(biāo)雷達(dá)正快速發(fā)展。新型相掃三坐標(biāo)雷達(dá)克服了掃描效率低的缺點(diǎn)，且相掃體制具有頻域、時域、空間域、信號域等多種抗干擾的技術(shù)手段，抗干擾能力強(qiáng)。新型相掃三坐標(biāo)雷達(dá)的天線線源數(shù)可根據(jù)安裝平臺和任務(wù)系列化配置，還具有適裝性、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，新型相掃三坐標(biāo)已成為新研艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的主流，已出現(xiàn)多個有代表性的型號，已成為歐洲新型護(hù)衛(wèi)艦的首選。

多面固定相控陣技術(shù)已在艦載雷達(dá)中成熟應(yīng)用，但因其設(shè)備量龐大、造價高而影響了其使用，主要裝備于驅(qū)逐艦等大型艦船上，裝備數(shù)量有限。近年來艦載旋轉(zhuǎn)相控陣?yán)走_(dá)已成為相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的重要方向，如前文提到的Herakles雷達(dá)等。旋轉(zhuǎn)相控陣?yán)走_(dá)因其經(jīng)濟(jì)性好、適裝性強(qiáng)而適應(yīng)于護(hù)衛(wèi)艦級中型艦船安裝，已成為相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的一個重要方向。另外，采用透鏡等技術(shù)的經(jīng)濟(jì)型相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)受到廣泛關(guān)注，成為發(fā)展的熱點(diǎn)。

艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)體制現(xiàn)在已呈現(xiàn)出相控陣?yán)走_(dá)(含固定和旋轉(zhuǎn)陣）和新型相掃三坐標(biāo)雷達(dá)高端和低端并存的發(fā)展趨勢。

(2）功能層面

早期艦載三坐標(biāo)雷達(dá)主要功能是對空警戒探測、區(qū)分空海目標(biāo)及提供目標(biāo)指示。隨著艦船在海上威脅的變化和武器系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)代艦載三坐標(biāo)雷達(dá)已向空海警戒探測、目標(biāo)指示、武器控制、目標(biāo)識別探測、氣象海態(tài)等環(huán)境探測等多功能發(fā)展。艦載雷達(dá)配置也由以前的按任務(wù)和武器系統(tǒng)匹配需求的多部雷達(dá)配置向以多功能三坐標(biāo)雷達(dá)為核心的少量雷達(dá)配置變化。由于相控陣技術(shù)的廣泛應(yīng)用，艦載三坐標(biāo)雷達(dá)也由通過切換操作分時實(shí)現(xiàn)多功能向通過雷達(dá)自適應(yīng)資源調(diào)度實(shí)現(xiàn)同時多功能發(fā)展。

(3）系列化和網(wǎng)絡(luò)化層面

現(xiàn)代艦載三坐標(biāo)雷達(dá)多呈現(xiàn)系列化的發(fā)展態(tài)勢，如前文提到的AN/SPS-48 系列、Fregart(弗列蓋特）系列、SMART 系列等等，有些雷達(dá)為軍貿(mào)出口在系列中還有出口型。系列化的發(fā)展一是隨技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)的替代性的系列化發(fā)展，二是為適應(yīng)多型艦船的不同功能、指標(biāo)、頻段、適裝性、接口和經(jīng)濟(jì)型等的要求而呈現(xiàn)的同時并存的系列化狀態(tài)。

現(xiàn)代艦船雷達(dá)系統(tǒng)面臨復(fù)雜電磁環(huán)境和日益發(fā)展的干擾技術(shù)的威脅，雷達(dá)所探測的目標(biāo)也在不斷復(fù)雜化，高速高機(jī)動目標(biāo)、隱身目標(biāo)等低可觀測小目標(biāo)、超低空目標(biāo)、高仰角大俯沖目標(biāo)、慢速小目標(biāo)等已逐漸成為艦載雷達(dá)探測的主要對象和難點(diǎn)，靠單一雷達(dá)在復(fù)雜環(huán)境下完成上述任務(wù)有時已力不從心。因此，構(gòu)建以傳感器綜合調(diào)度和信息綜合利用為核心的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)已是艦載雷達(dá)發(fā)展的必然趨勢。雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的發(fā)展一是構(gòu)建雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)的同時，雷達(dá)采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方便的網(wǎng)絡(luò)接入;二是發(fā)展綜合信息處理、綜合數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信息的綜合利用，提升信息獲取能力和信息處理質(zhì)量;三是發(fā)展雷達(dá)實(shí)時綜合調(diào)度技術(shù)和協(xié)同探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單平臺和多平臺雷達(dá)的協(xié)同探測，提升雷達(dá)系統(tǒng)抗干擾能力和探測能力，提升雷達(dá)多任務(wù)實(shí)現(xiàn)能力。

4 結(jié)束語

艦載三坐標(biāo)雷達(dá)已成為艦載雷達(dá)的主流，雷達(dá)面臨的威脅和承擔(dān)的任務(wù)是艦載雷達(dá)發(fā)展的主要驅(qū)動力。現(xiàn)代艦載三坐標(biāo)雷達(dá)呈現(xiàn)相控陣技術(shù)和新型相掃三坐標(biāo)技術(shù)高端和低端并行發(fā)展的態(tài)勢;多功能是艦載三坐標(biāo)雷達(dá)發(fā)展的重要方向，自適應(yīng)同時多功能是發(fā)展的趨勢;系列化發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展也是現(xiàn)代艦載三坐標(biāo)雷達(dá)重要的的發(fā)展趨勢。

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