相當重視武器信息自主權的俄羅斯人在后蘇聯(lián)時期便開始嘗試建立球狀雷達視野。在20世紀90年代已經(jīng)出現(xiàn)前視X波段相控陣雷達，口徑較小的X波段后視雷達，以及可安裝于前緣襟翼的微型X波段相控陣雷達。至此，以高精度的X波段雷達建立球狀主動雷達視野已具備可行性，甚至在老蘇-35上已開始測試前后視雷達的共享。但這種設計使得主雷達視野以外的部分探測距離難免較小，為此俄羅斯人想到以機械輔助掃描來拓展主雷達視野。Irbis-E便采用兩級機械輔助掃描，首先安裝在往復擺動的機械上，而后整個裝置再安裝在旋轉基座上。

除了俄制Irbis-E外，瑞典JAS-39NG改進方案以及EF-2000所采用的AESA雷達都有采用機電輔助掃描的設計。英國的早期方案有只采用單軸機械輔助掃描（只用旋轉臺）的，但后來公布的卻與Irbis-E一樣為雙軸式?？梢婋p軸式機械輔助掃描在未來的重要性。

本文旨在探討這種獨到設計的特性。另一方面，未來不能排除AESA雷達僅搭配旋轉臺的單軸機械掃描設計，因此本文最后也對之進行了分析。

機械輔助掃描的用途

雙軸機械輔助掃描裝置包括一個可往復擺動的機械與一個旋轉基座。在lrbis-E上，擺動機械與旋轉基座的活動速度都約是120度/秒。

擺動式機械

lrbis-E搭配能夠左右60度擺動的機械掃描裝置使水平視野擴大到±120度，垂直視野±60度。若進一步搭配類似Faraon“法老”（或譯“警察”）類的小型相控陣雷達（視野±70度），則水平方向視野達360度，但在上下半球各有一小塊“盲區(qū)”（至多60度）。以超視距作戰(zhàn)以及充當預警管制機等任務而言該視野已完全夠用，這是因為對上述任務而言，主要考慮遠方目標，較不具有“奕發(fā)性”：目標大致位置已知，因此可以機械裝置將雷達面向所需區(qū)域，而后完全以電子掃描對120x120度區(qū)域進行實時監(jiān)控。這樣，來自機械裝置的慣性便不會制約戰(zhàn)機的數(shù)據(jù)更新能力，甚至即使持續(xù)使用機械掃描以致獲得240×120度的視野，則由于僅在水平方向有機械擺動，因此數(shù)據(jù)更新率仍高于傳統(tǒng)機械雷達，一般機械雷達全空域掃描周期約10秒，lrbis-E搭配水平機械掃描的全空域（240×120度）掃描周期約2秒，在此期間一般飛機至多飛行約1千米。對于約30千米外的飛機目標，這種距離造成的視角差有限，因此雷達數(shù)據(jù)更新的實時性仍足夠。

是否要考慮盲區(qū)

在飛機平飛狀況下，存在的盲區(qū)約是在鉛垂方向上下半球的圓錐形區(qū)域，其最大半徑通常不到5千米，幾乎可以不用考慮，而隱身飛機若要進入該盲區(qū)便不可避免會被lrbis-E以高仰角或高俯角在不到20千米距離內探測到，因此在進入盲區(qū)之前，其較大RCS的方向可能已暴露而提早被lrbis-E捕獲。因此在平飛狀態(tài)下，上下半球的盲區(qū)其實可以忽略。

注意上述優(yōu)點僅成立于戰(zhàn)機平飛時，在戰(zhàn)機進行滾轉時上述寬廣視野有一部分會“蹌”到目標較少的鉛錘方向去。例如當平飛中的戰(zhàn)機滾轉了90度，則這個相對于戰(zhàn)機的“水平±120度，垂直±60度“視野實際上成了”地平線方向±60度，鉛錘線方向±120度”的視野，這時飛機的大視野等于用在威脅較少的鉛錘線方向，而丟失大量的地平線方向的目標。換言之，戰(zhàn)機滾轉后相當于自己把許多目標“放到”上下半球（相對于飛機）的盲區(qū)中，這不論在對付傳統(tǒng)戰(zhàn)機還是低可視度與隱身戰(zhàn)機時都相當不利。

旋轉基座功能之一：消除飛機滾轉的影響

為了消除上述問題，研發(fā)人員將整個天線與掃描機械安裝在一旋轉基座上。由于雷達天線與后端系統(tǒng)之間有波導管和各種線路，所以為了避免管線糾纏，旋轉基座并不能持續(xù)360度旋轉，而是繞主軸做左右120度旋轉，轉速約120度/秒。

有了旋轉基座以后，240x120度的機電復合視野便不受戰(zhàn)機滾轉的影響，例如戰(zhàn)機向右滾，旋轉臺便施加向左滾的力矩以使雷達相對于外界而言與戰(zhàn)機滾轉前無異。如此一來，戰(zhàn)機對戰(zhàn)區(qū)的監(jiān)視便不會受到自身滾轉的影響，相當于沒有盲區(qū)，而僅剩理想隱身戰(zhàn)機借機械往復擺動的時間差發(fā)動奇襲的可能。此外，這種讓雷達視野不受戰(zhàn)機滾轉影響的特性也能簡化雷達處理程序的設計。

擺動機械與旋轉基座搭配電子掃描除了能維持不受戰(zhàn)機滾轉影響的超大視野外，也可以讓戰(zhàn)機機動過程中雷達的120x120度電掃視野都對著固定的方向，從而增強對高威脅區(qū)域的信息接觸。

旋轉基座功能之二：超大近球狀視野掃描

雙軸機電復合掃描還可以讓lrbis-E獲得上下左右各120度的視野，已經(jīng)近乎球狀。前面提到旋轉臺并不能持續(xù)旋轉，而只能±120度旋轉。當旋轉臺還沒有轉到盡頭時，只要將天線往另一個方向偏，再讓轉臺往回轉，如此周而復始，便可建構上下左右各120度的視野。例如：

1）先將天線向正上方偏轉60度，旋轉臺向左旋180度，約需1.5秒，雷達就完成垂直方向±120度，水平方向-120度范圍內的掃描，此時天線已面向下方60度；

2）將天線往上擺，回到向上60度的姿態(tài)，此過程需時約1秒；

3）旋轉臺右旋180度，約需1 5秒，完成垂直方向±120度，水平方向+120度的掃描。此時天線又再次面向下方60度，而旋轉臺已回歸本位；

4）再將天線向上擺動到向上60度，需時1秒，并回到步驟1）.如此周而復始。

據(jù)此初步估算，以機電復合掃描獲得上下左右各120度的超大視野的更新周期約5秒。依據(jù)lrbis-E的型錄，這種模式的視野甚至可以稍微擴大到“上下左右各125度”，但此模式僅適用于監(jiān)視模式，追蹤即掃描模式的視野則為水平±120度與垂直±60度。

預警能力的實時性分析

由以上分析可知，lrbis-E的240×120度視野的更新周期約2秒.240×240度視野的更新周期約5秒。這當然沒有純電子掃描快，但就預警用途而言，重要的是目標在這段時間差里會飛越幾道波束寬度。如果在更新周期內目標橫越的視角小于或等于探測波束寬，那么其相對于雷達而言便幾乎等于靜止不動。以下取lrbis-E遠程模式的波束（約是lOxl0度）計算。

以現(xiàn)有空空導彈最大速度馬赫數(shù)4來計算，5秒內約可飛行6.6千米，如果完全以橫越方式飛行，則只有約40千米以內的導彈可飛行超過一道波術的寬度：當數(shù)據(jù)更新周期是2秒時，則需要在15千米以內完全以橫越方式飛行的馬赫數(shù)4的目標才能飛行超過一道波束寬度。

在真實情況下，目標不會剛好都是橫越，而且完全橫越的目標通常比較不具威脅。例如正對我方直奔而來的導彈威脅當然比較大，但這時它的橫越速度很低，因此在雷達的數(shù)據(jù)更新周期內對我有威脅的導彈是很難飛越一道波束寬的。

而對戰(zhàn)斗機目標而言，速度通常不超過馬赫數(shù)2，以這樣的速度，5秒內飛行3.3千米，要在距離約20千米以內才有機會飛越一道波束寬度：當雷達的數(shù)據(jù)更新周期是2秒時，要在8千米內才有機會飛越一道波束寬度。特別是絕大多數(shù)飛機巡航速度都低于馬赫數(shù)1，那么基本上除非飛到10千米的視距內，否則都沒有機會趁空當飛越一道波束寬度。因此lrbis-E的機電復合掃描視野雖然有著2或5秒的數(shù)據(jù)更新周期，但其意義幾乎等于是實時的。

值得注意的是.F-22戰(zhàn)機發(fā)射武器時，彈艙開啟到關閉的整個過程約為2秒，這個期間其實是隱身戰(zhàn)機很容易暴露行蹤的時期。由于lrbis-E的機電復合掃描周期約為2秒，因此除非F-22發(fā)射武器的時間點控制得恰到好處，否則其在武器發(fā)射期間很可能被lrbis-E捕捉到。

機械輔助與AESA雷達的搭配

AESA天線比PESA天線更為厚重，因此像T-50所用的AESA天線若采用lrbis-E的雙軸機械輔助掃描又要維持一樣的機械掃描速度，必然需要增強制動機構的強度與機械功率。所以，首度實現(xiàn)雙軸機械輔助掃描的俄羅斯Tikhmirov-NIIP公司目前并不打算在AESA雷達上采用機電復合設計。為lrbis-E設計機電輔助裝置的設計師甚至說“主動的要這樣做，等十年吧！”

不過，歐洲國家的EF-20CO與JAS-39NG的AESA雷達就有采用雙軸機械輔助掃描的設計。這可能讓人聯(lián)想到是不是歐洲的AESA技術比較先進因而更加輕巧？當然這種可能性不是沒有，但還有其他的可能性

1）這些歐洲戰(zhàn)機的雷達本來就比較小，因此就算采用同樣的技術，本來就會比較輕：

2）T-50的AFAR-X的天線單元功率10-12瓦，所以需要在冷卻上下功夫，而有的輕巧的AESA雷達只用5-10瓦組件，冷卻需求較少。如果采用的是低功率組件而不需要冷卻，那當然可以比較輕。

其實對AESA雷達而言，由于與后端系統(tǒng)只有電線等相連而沒有波導管相連，因此或許有機會實現(xiàn)360度旋轉。若真是如此，便可采用“電子掃描+旋轉臺”設計，也就是天線固定向一個方向偏轉，然后旋轉臺持續(xù)旋轉。例如，若天線固定偏轉60度，則搭配旋轉臺360度旋轉后便可獲得上下左右各120度的視野。如果能采用這樣的設計，便可以省掉往復擺動機械的空間與重量，而持續(xù)旋轉的旋轉臺由于沒有往復運動，因而天線慣性較小，所需功率也較低。在EF-2000的改進方案中便曾出現(xiàn)這樣的構想，只是后來還是換成雙軸式設計。筆者在2011年莫斯科航展上曾詢問Tikhmirov-NIIP的設計師是否可能對AFAR-X采用這種設計，對方表示“這只是一種思路，但目前沒有做”。

不過，需要考慮到相控陣雷達在大角度時由于等效口徑減少，會使得探測距離降低。如果純粹考慮等效口徑的影響，則離軸40度與60度時探測距離分別是O度時的93%與84%。因此若天線固定偏轉60度，固然可以獲得最大的視野（±120度）.但對正前方的目標探測距離卻不盡理想。因此偏轉角度也不宜太大?？蓛H偏轉30-40度，這樣對正前方目標的探測距離衰減較小，總視野卻仍可過半球（±90度～±100度）。

另一方面，單純使用”相控陣天線+旋轉臺”的設計又帶來另一符合潮流的附加價值：隱身。當前許多相控陣雷達都稍微向上偏轉安裝，目的是為了讓迎面而來的雷達波不要正面反射回去。這種設計的偏轉角度通常不大，因為偏轉太大的話會失去很多必要的視野（例如太往上偏，則幾乎無法俯視）。采用旋轉臺后本來失去的視野可以靠旋轉而復得，因此允許使用大偏轉角，如此一來雷達天線正面的RCS便可以顯著降低。