你對(duì)相控陣?yán)走_(dá)了解多少

上世紀(jì)30年代后期，美國(guó)開(kāi)始了相控陣技術(shù)的研究工作，并在50年代中期研究出了兩部艦載相控陣?yán)走_(dá)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今相控陣?yán)走_(dá)在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用，甚至有人把它比喻成“千里眼”。然而，相控陣?yán)走_(dá)究竟是怎么一回事呢？你又對(duì)相控陣?yán)走_(dá)了解多少呢？

雷達(dá)發(fā)展史上的里程碑

相控陣?yán)走_(dá)又稱(chēng)作相位陣列雷達(dá)，是一種通過(guò)改變雷達(dá)波相位來(lái)改變波束方向的雷達(dá)，因其以電子方式控制波束而非傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線(xiàn)面方式，故又稱(chēng)電子掃描雷達(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)具有相當(dāng)密集的天線(xiàn)陣列，任何一個(gè)天線(xiàn)都可收發(fā)雷達(dá)波。以天線(xiàn)單元為單位形成區(qū)塊，掃描時(shí)，選定其中一個(gè)區(qū)塊或數(shù)個(gè)區(qū)塊對(duì)單一目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描，使整個(gè)雷達(dá)具有了可同時(shí)對(duì)許多目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行掃描或追蹤的功能，形如多個(gè)雷達(dá)的集合。由于相控陣?yán)走_(dá)采用電子控陣的掃描方式，和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的傳統(tǒng)雷達(dá)相比，資料更新率得到了大大的提高，資料更新周期也由秒或十秒級(jí)上升為毫秒或微秒級(jí)，在對(duì)付高機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，具有了極大的優(yōu)勢(shì)。此外，相控陣?yán)走_(dá)還可發(fā)射窄波束，因而也可充當(dāng)電子戰(zhàn)天線(xiàn)使用，如電磁干擾甚至是構(gòu)想中發(fā)射反相位雷達(dá)波來(lái)抵消探測(cè)電波等。

和依靠雷達(dá)天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描的機(jī)械雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)具有很大的優(yōu)勢(shì)：

目標(biāo)多 相控陣?yán)走_(dá)因電子掃描所具有的靈活性、快速性，以及按時(shí)分割或多波束，使其實(shí)現(xiàn)了邊搜索邊跟蹤。通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制，能同時(shí)搜索、探測(cè)和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標(biāo)，并能同時(shí)制導(dǎo)多枚導(dǎo)彈攻擊多個(gè)空中目標(biāo)，非常適用于多目標(biāo)、多方向、多層次空襲的作戰(zhàn)環(huán)境。

功能強(qiáng) 相控陣?yán)走_(dá)所形成的多個(gè)獨(dú)立控制波束，使其功能極其強(qiáng)大，可以同時(shí)分別執(zhí)行搜索、探測(cè)、識(shí)別、跟蹤、照射目標(biāo)和跟蹤、制導(dǎo)導(dǎo)彈等，作用相當(dāng)于多部專(zhuān)用雷達(dá)同時(shí)工作。相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備還提高了系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)能力。

反應(yīng)快 相控陣?yán)走_(dá)不需要傳統(tǒng)機(jī)雷達(dá)所必需的天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，波束指向靈活，并且可以無(wú)慣性快速掃描，在很大程度上縮短了對(duì)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)、錄取、信息傳遞的時(shí)間，具有較高的數(shù)據(jù)率。同時(shí)，相控陣天線(xiàn)采用數(shù)字化工作方式，大大提高了自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化了雷達(dá)操作，縮短了目標(biāo)搜索、跟蹤和發(fā)控準(zhǔn)備時(shí)間，提高了跟蹤空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的能力。

性能優(yōu) 相控陣?yán)走_(dá)分布在天線(xiàn)孔徑上的多個(gè)輻射單元同時(shí)作業(yè)，功率高，能合理地管理能量和控制主瓣增益，根據(jù)不同方向上的需要分配不同的發(fā)射能量，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和自適應(yīng)抗各種干擾，為發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離和小雷達(dá)反射面目標(biāo)提供了方便。此外，相控陣?yán)走_(dá)的陣列組采用并聯(lián)連接，即使有少量組件失效，仍能正常工作。

相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強(qiáng)，能快速適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)條件的變化，可謂雷達(dá)發(fā)展史上的里程碑。

相控陣?yán)走_(dá)的工作原理

雷達(dá)的應(yīng)用是通過(guò)波束來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它也是理解相控陣技術(shù)的關(guān)鍵。波束，實(shí)際上是一種比較形象的說(shuō)法。天線(xiàn)發(fā)射或接收信號(hào)時(shí)所形成的諸如“筆形波束”、“扇形波束”等等并不是在空間中真實(shí)地存在，事實(shí)上是在不同的方向隨著信號(hào)放大倍數(shù)的不同（倍數(shù)大時(shí)，我們稱(chēng)其為增益），形成了一個(gè)信號(hào)增益與方向的關(guān)系曲線(xiàn)。而相控陣技術(shù)就是一種通過(guò)控制陣列天線(xiàn)各個(gè)單元的相位和幅度以便形成在空間滿(mǎn)足一定分布特性的波束，并且能夠改變其掃描指向的技術(shù)。相控陣技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制波束的形成和掃描，達(dá)到單元相位的改變，從而使波束的指向、形狀和個(gè)數(shù)等很快地改變，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)天線(xiàn)并不具備的優(yōu)勢(shì)。

相控陣?yán)走_(dá)的天線(xiàn)陣面具有多個(gè)輻射單元和接收單元，也就是所謂的陣元。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線(xiàn)。利用電磁波相干原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱(chēng)為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號(hào)送入主機(jī)，完成雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的搜索、跟蹤和測(cè)量。每個(gè)天線(xiàn)單元除了有天線(xiàn)振子之外，還有移相器等必需的器件。不同的振子通過(guò)移相器可以被饋入不同相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線(xiàn)的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達(dá)的工作基礎(chǔ)是相位可控的陣列天線(xiàn)，“相控陣”由此得名。

相控陣?yán)走_(dá)雖然不能像其它雷達(dá)那樣依靠旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)來(lái)使雷達(dá)波束轉(zhuǎn)動(dòng)，但它自有自己的“絕招”，那就是使用“移相器”來(lái)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束轉(zhuǎn)動(dòng)。相控陣?yán)走_(dá)天線(xiàn)是由大量的輻射器（小天線(xiàn)）組成的陣列（正方形、三角形等），輻射器少則幾百，多則數(shù)千，甚至上萬(wàn)。每個(gè)輻射器的后面都接有一個(gè)可控移相器，每個(gè)移相器都由電子計(jì)算機(jī)控制。當(dāng)相控陣?yán)走_(dá)搜索遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，雖然看不到天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，但上萬(wàn)個(gè)輻射器通過(guò)電子計(jì)算機(jī)控制集中向一個(gè)方向發(fā)射、偏轉(zhuǎn)，即使是上萬(wàn)公里外的洲際導(dǎo)彈和幾萬(wàn)公里高的衛(wèi)星，也逃不過(guò)它的“眼睛”。如果是對(duì)付較近的目標(biāo)，這些輻射器還可以分工負(fù)責(zé)，產(chǎn)生多個(gè)波束，有的搜索、有的跟蹤、有的引導(dǎo)。正是由于這種雷達(dá)摒棄了一般雷達(dá)天線(xiàn)的工作原理，人們給它起了個(gè)與眾不同的名字——相控陣?yán)走_(dá)，表示“相位可以控制的天線(xiàn)陣”的含義。

說(shuō)到這里，不僅讓我們想起了我們常見(jiàn)的一種昆蟲(chóng)——蜻蜓。蜻蜓表面上看起來(lái)只有兩只眼睛，但實(shí)際上蜻蜓的每只眼睛里又有許許多多的小眼睛，并且每個(gè)小眼睛都能完整成像，從而使蜻蜓的視野范圍大大擴(kuò)大，相控陣?yán)走_(dá)的工作原理與此十分相似。

有源相控陣?yán)走_(dá)

與無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)

相控陣?yán)走_(dá)分為有源（主動(dòng)）和無(wú)源（被動(dòng)）兩類(lèi)。其實(shí)，有源和無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)的天線(xiàn)陣相同，二者的主要區(qū)別在于發(fā)射/接收元素的多少。無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)僅有一個(gè)中央發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的高頻能量經(jīng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分配給天線(xiàn)陣的各個(gè)輻射器，目標(biāo)反射信號(hào)經(jīng)接收機(jī)統(tǒng)一放大（這一點(diǎn)與普通雷達(dá)區(qū)別不大）。有源相控陣?yán)走_(dá)的每個(gè)輻射器都配裝有一個(gè)發(fā)射/接收組件，每一個(gè)組件都能自己產(chǎn)生、接收電磁波，因此在頻寬、信號(hào)處理和冗度設(shè)計(jì)上都比無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)具有較大的優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱耍彩沟糜性聪嗫仃嚴(yán)走_(dá)的造價(jià)昂貴，工程化難度加大。有源相控陣?yán)走_(dá)最大的難點(diǎn)在于發(fā)射/接收組件的制造上，相對(duì)來(lái)說(shuō)，無(wú)源相控陣?yán)走_(dá)的技術(shù)難度要小得多。

相控陣?yán)走_(dá)的應(yīng)用

相控陣?yán)走_(dá)面世后，美、蘇相繼研制和裝備了多部固定式大型相控陣?yán)走_(dá)，用于彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，其中最典型的就是美國(guó)的AN/FPS－85和蘇聯(lián)的“狗窩”。上世紀(jì)70年代，相控陣?yán)走_(dá)得到了迅速發(fā)展，具有機(jī)動(dòng)性高、天線(xiàn)小型化、天線(xiàn)掃描體制多樣化、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，英、法、日、意、德、瑞典等國(guó)家也加入了研制和裝備的行列，如英國(guó)的AR－3D、法國(guó)的AN/TPN-25、日本的NPM－510和J/NPQ－P7、意大利的RAT-31S和德國(guó)的KR-75等。80年代，相控陣?yán)走_(dá)由于具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到了更進(jìn)一步地應(yīng)用。如在已裝備和正在研制的新一代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中多采用多功能相控陣?yán)走_(dá)，已成為第三代中、遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。

相控陣?yán)走_(dá)的技術(shù)日臻完善，使其受到越來(lái)越多國(guó)家的青睞，并在軍事領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，世界各國(guó)在役的驅(qū)逐艦基本上都配備了相控陣?yán)走_(dá)，我國(guó)新造的驅(qū)逐艦也不例外。

此外，相控陣?yán)走_(dá)也成為了提高戰(zhàn)斗機(jī)性能的重要武器。先進(jìn)的機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)本世紀(jì)初才進(jìn)入服役，AESA的成功應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)載雷達(dá)的一次革命，極大地?cái)U(kuò)展了雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域和提高了雷達(dá)的工作性能，并且提高和豐富了作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力和作戰(zhàn)模式。其中，美國(guó)在AESA雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域起步早、投入大，目前在世界上保持著很大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。俄羅斯、歐洲（國(guó)際合作）、法國(guó)、瑞典、以色列和印度等國(guó)也都在努力跟進(jìn)。

莫斯科的Phazotron-NIIR公司在2000年開(kāi)始研究AESA雷達(dá)，準(zhǔn)備競(jìng)爭(zhēng)第五代戰(zhàn)斗機(jī)。目前，該公司正在對(duì)甲蟲(chóng)(Zhuk-MAE)有源相控陣(AESA)雷達(dá)的兩部原型樣機(jī)進(jìn)行組裝，目標(biāo)是裝備米格-35戰(zhàn)斗機(jī)。

2007年，美國(guó)雷聲公司擊敗了諾斯羅普·格魯門(mén)公司獲得了對(duì)224架F-15E多功能戰(zhàn)斗機(jī)的雷達(dá)改裝合同。F-15E戰(zhàn)斗機(jī)的主承包商波音公司透露，雷聲公司將為F-15E提供新一代的有源相控陣(AESA)雷達(dá)系統(tǒng)，這實(shí)際上是AESA戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)首次在世界上服役。

2007年2月26日，美國(guó)《航宇日?qǐng)?bào)》報(bào)道，在過(guò)去兩年里，在F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)和F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)上的有源相控陣?yán)走_(dá)(AESA)除探測(cè)小型、甚至隱身導(dǎo)彈外，還能從事更多任務(wù)。通過(guò)一些改進(jìn)，這些飛機(jī)可采用這種雷達(dá)發(fā)射假目標(biāo)信號(hào)或高能微波脈沖攻擊敵軍的空空、面空和巡航導(dǎo)彈。

2007年4月24，英國(guó)《防務(wù)新聞》報(bào)道，法國(guó)泰萊斯公司為戰(zhàn)斗機(jī)研制的RBE2有源相控陣(AESA)雷達(dá)于2007年第一季度在法國(guó)西南部的Cazaux試驗(yàn)中心“幻影”2000戰(zhàn)斗機(jī)上進(jìn)行了一系列的飛行試驗(yàn)之后，已經(jīng)進(jìn)入研發(fā)的最后階段。通過(guò)在實(shí)際戰(zhàn)斗機(jī)上對(duì)AESA雷達(dá)試飛得到了肯定的結(jié)論，這是新系統(tǒng)性能驗(yàn)證過(guò)程中的一個(gè)里程碑。2006年，法國(guó)國(guó)防部采辦局(DGA)和工業(yè)部門(mén)簽署了一項(xiàng)協(xié)議，定于2012年開(kāi)始向法國(guó)空軍和海軍交付配裝AESA雷達(dá)系統(tǒng)的“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。泰萊斯把在“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)上進(jìn)行的綜合實(shí)驗(yàn)安排在了2007年第二季度，批量生產(chǎn)將在2010年底開(kāi)始。

軍事技術(shù)的每一次進(jìn)步都將給世界軍事帶來(lái)新的變革，相控陣?yán)走_(dá)的誕生與應(yīng)用具有劃時(shí)代的意義，讓我們拭目以待相控陣?yán)走_(dá)更新的發(fā)展與進(jìn)步。