航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展特點(diǎn)

唐利娜，吳少鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

航母裝備的雷達(dá)系統(tǒng)是航母獲取有關(guān)態(tài)勢信息和確保航母完成各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)的重要保障。它主要承擔(dān)著對作戰(zhàn)區(qū)域背景態(tài)勢和目標(biāo)環(huán)境的探測和信息獲取，提供武器系統(tǒng)打擊敵方艦艇編隊所需的各種信息，以及本編隊防御的火力、電子防護(hù)的信息獲取功能。航母艦載雷達(dá)系統(tǒng)的合理配置，在保障航母自身作戰(zhàn)需求外，尚需適應(yīng)和確保航母艦艇編隊能夠形成適應(yīng)各種武器系統(tǒng)作戰(zhàn)應(yīng)用的高、中、低和遠(yuǎn)、中、近的大縱深立體攻防體系。

通常，航母艦載配置的艦載搜索雷達(dá)在功能上一般包括對空搜索雷達(dá)、對海搜索雷達(dá)和海/空搜索雷達(dá)，在技術(shù)體制上一般包括兩坐標(biāo)搜索雷達(dá)和三坐標(biāo)搜索雷達(dá)。而現(xiàn)代航母三坐標(biāo)搜索雷達(dá)以其可實(shí)施遠(yuǎn)程警戒，可提供目標(biāo)三維參數(shù)、判明目標(biāo)的空海性質(zhì)，并可用于引導(dǎo)艦載機(jī)反擊和為武器系統(tǒng)提供打擊參數(shù)等戰(zhàn)術(shù)多功能的特點(diǎn)，已成為航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的主要信息探測裝備。

1 航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)裝備現(xiàn)狀

在當(dāng)今世界上擁有航母的國家中，除印度外，各國航母均配備三坐標(biāo)雷達(dá)。下面對典型國外航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的裝備及研制現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

1.1 美國

1.1.1 AN/SPS-48E雷達(dá)

該雷達(dá)主要功能是提供空中目標(biāo)的三坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及給武器控制系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。它采用頻掃三坐標(biāo)體制，工作在E/F波段，其工作頻率為2900～3100 MHz，發(fā)射機(jī)峰值功率2200 kW，作用距離407 km(σ=5 m2），231.5 km(σ=1 m2，Pd=0.5）和31.5 km(低空飛行器，σ=0.1 m2，Pd=0.5）。該雷達(dá)采用全固態(tài)設(shè)計，其天線可以在極其惡劣的環(huán)境中工作。自1987年服役以來，AN/SPS-48E 三坐標(biāo)雷達(dá)已裝備了美國現(xiàn)役的所有航母。見圖1。

1.1.2 AN/SPS-52C雷達(dá)

該雷達(dá)是美國海軍AN/SPY-1 綜合自動探測和跟蹤系統(tǒng)(IADT）的主傳感設(shè)備。它采用頻掃三坐標(biāo)體制，工作在E/F波段，有兩種配置方案和4 種工作方式。該雷達(dá)采用AN/SPA-72B 型平面陣，天線尺寸為419 cm×424 cm。自1978年裝備服役以來，該雷達(dá)已裝備意大利“加里波第”級航母、西班牙“阿斯圖里亞斯親王”級航母及泰國“加克里·納呂貝特”級航母。見圖2。

圖1 AN/SPS-48E雷達(dá)

圖2 AN/SPS-52C雷達(dá)

1.1.3 AN/SPY-3雷達(dá)［1］

該雷達(dá)是固態(tài)多功能有源相控陣?yán)走_(dá)，工作在I/J頻段，可滿足21 世紀(jì)戰(zhàn)艦的所有視距搜索和火控要求。它使用3個固定面陣，每個面陣大約有5000個收發(fā)單元，實(shí)現(xiàn)的雷達(dá)信號處理功能包括信道量化、雜波濾除、脈沖修正、快速傅里葉變化多普勒、脈沖壓縮、旁瓣對消和恒虛警處理。該雷達(dá)與立體搜索雷達(dá)(VSR）組成雙波段雷達(dá)，可為艦艇提供無縫隙的、全方位的搜索覆蓋。兩部雷達(dá)采用一體化設(shè)計，陣面與上層建筑共形。AN/SPY-3雷達(dá)計劃裝備在美國目前在建的新型“福特”級航母上，將成為美國海軍下一代戰(zhàn)艦(如DD(X）等）的主戰(zhàn)雷達(dá)。見圖3。

1.1.4 立體搜索雷達(dá)(VSR）［1］

立體搜索雷達(dá)(Volume Search Radar，VSR）是一種三維監(jiān)視雷達(dá)，采用固態(tài)有源相控陣技術(shù)，工作在E/F 頻段，為AN/SPY-3雷達(dá)提供輔助作用，所提供的功能包括空情告知、空中控制、跟蹤識別和反火炮探測。該雷達(dá)作用距離為463 km，覆蓋范圍包括方位360°，仰角70°，高度36576m，計劃裝備美國在建的新型“福特”級航母。

圖3 AN/SPY-3雷達(dá)

1.2 俄羅斯

1.2.1 “頂板”B(Top Plate B）雷達(dá)

該雷達(dá)工作在D/E 頻段，是一部三坐標(biāo)對空和對海搜索雷達(dá)，由兩個相同的平面陣縫隙天線背靠背地傾斜裝配而成，采用全電掃天線。雷達(dá)作用距離為370 km?！绊敯濉盉雷達(dá)裝備俄羅斯“庫茲涅佐夫”級航母，由前蘇聯(lián)研制，是“頂板”(Top Plate）雷達(dá)的變形，屬于Fregat雷達(dá)系列。

1.2.2 “天空哨兵”(Sky Watch）雷達(dá)

該雷達(dá)是前蘇聯(lián)研制的E/F波段相控陣三坐標(biāo)對空搜索雷達(dá)，具有搜索、識別和跟蹤功能，并能向艦載導(dǎo)彈提供指導(dǎo)和對空中攔截進(jìn)行指揮和控制。雷達(dá)工作頻率為200～4000 kHz，天線采用6 m×6 m的巨型固定平面陣結(jié)構(gòu)，為4 面陣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)360°范圍覆蓋。該雷達(dá)作用距離大于300 km，可同時跟蹤幾十個甚至上百個目標(biāo)，處理15～18個目標(biāo)。“天空哨兵”雷達(dá)于1988年裝備俄羅斯“庫茲涅佐夫”級航母。

1.3 法國

1.3.1 “阿拉貝爾”(Arabel）雷達(dá)

該雷達(dá)工作在X 頻段，是一部三坐標(biāo)相控陣多功能和自適應(yīng)雷達(dá)，兼具指揮、控制和敵我識別功能，是法國海軍防空反導(dǎo)彈SAAM 對空導(dǎo)彈系統(tǒng)的核心單元。雷達(dá)工作頻段為8000～12500 kHz，作用距離為70 km(飛機(jī)）和20 km(導(dǎo)彈）?！鞍⒗悹枴崩走_(dá)目前裝備法國“夏爾·戴高樂”級航母。

1.3.2 DRBJ 11B雷達(dá)

該雷達(dá)是法國在20 世紀(jì)80年代研制的艦載電子相掃3D雷達(dá)。它工作在E/F 頻段，具有對空搜索和目標(biāo)指定功能，作用距離可達(dá)200 km，覆蓋范圍為60°(仰角）。該雷達(dá)裝備法國“夏爾·戴高樂”級航母，是DBRJ 11雷達(dá)的改進(jìn)型號。

1.4 意大利

RAN-40L雷達(dá)為3D、全固態(tài)、相控陣空中警戒雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程空中警戒功能。該雷達(dá)工作在D 頻段，目前裝備意大利新型“凱沃爾”級航母。見圖4。

圖4 RAN-40L雷達(dá)

1.5 英國

1.5.1 996 型雷達(dá)

該雷達(dá)工作在E/F 頻段，能探測各種空中威脅，能在點(diǎn)防御和區(qū)域防御中提供監(jiān)視、目標(biāo)識別以及遠(yuǎn)程飛機(jī)探測和控制，能為護(hù)衛(wèi)艦和更大的海面軍艦的“海標(biāo)槍”和“海狼”艦隊空導(dǎo)彈系統(tǒng)提供自動目標(biāo)指示。它采用相控陣體制，工作頻率為2850～3100 MHz，有4 種工作模式。其作用距離為115 km(正常模式，戰(zhàn)斗機(jī)大小目標(biāo)）和150 km(遠(yuǎn)程模式，海上偵察機(jī)），天線為多波束帶狀線饋電相控陣。該雷達(dá)裝備于英國“無敵”級航母，20 世紀(jì)90年代裝艦。見圖5。

圖5 996 型雷達(dá)

1.5.2 ARTISAN雷達(dá)［2］

ARTISAN(Advanced Radar Target Indication Situational Awareness and Navigation(新型雷達(dá)目標(biāo)指示態(tài)勢感知和導(dǎo)航））雷達(dá)是一種新型的中程雷達(dá)，目前尚在測試研制階段。雷達(dá)功能包括3D 對空警戒(快速目標(biāo)預(yù)警）、海面火炮支持和二次導(dǎo)航/海面警戒，工作在E/F 頻段。其作用距離為大于60 m(最?。?、70 km(探測，標(biāo)準(zhǔn)小型導(dǎo)彈）、150 km(瀕海水域防御、空曠水域防御以及ATM 模式下）、200 km(探測、標(biāo)準(zhǔn)海軍巡邏艦）、大于200 km(最大、儀表模式下）和225 km(遠(yuǎn)程探測模式）。ARTISAN雷達(dá)計劃裝備英國在建新型“伊麗莎白”級航母。見圖6。

圖6 ARTISAN 3D雷達(dá)

2 國外航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)裝備的基本特點(diǎn)分析

作為航母編隊作戰(zhàn)的主要探測裝備，航母載三坐標(biāo)雷達(dá)承擔(dān)著航母本艦和協(xié)同編隊艦艇完成作戰(zhàn)區(qū)域的近程、中程和中遠(yuǎn)程目標(biāo)探測、跟蹤和目標(biāo)指示等多種作戰(zhàn)使命和功能。隨著現(xiàn)代航母編隊作戰(zhàn)能力的需求，航母載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)也在不斷發(fā)展。目前國外現(xiàn)役航母載三坐標(biāo)雷達(dá)的主要技術(shù)體制和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)有:

2.1 技術(shù)體制特點(diǎn)

目前航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)體制特點(diǎn)是廣泛采用相控陣技術(shù)體制。

航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)體制的發(fā)展主要階段特征為:20 世紀(jì)70年代，航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)全部選用的是頻掃三坐標(biāo)體制雷達(dá)，到了80年代，相控陣技術(shù)開始蓬勃發(fā)展，相控陣體制雷達(dá)在航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)中占了50%的比例。90年代之后，航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)全部選用的是相控陣體制。最新研制的航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)均采用了固態(tài)有源相控陣的體制。

航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)融合了相控陣的技術(shù)之后，縮短了航母防御系統(tǒng)的反應(yīng)時間，同時對新一代隱身目標(biāo)和低飛目標(biāo)進(jìn)行精確地檢測和目標(biāo)指示，具有較高的電子抗干擾(ECCM）性能，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)多功能探測。

在國外現(xiàn)役的航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)中，相控陣體制雷達(dá)約占了67%。圖7中航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)采用體制隨年代分布圖，可明顯看出航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)體制特點(diǎn)發(fā)展趨勢。

圖7 航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)采用體制隨年代分布圖

2.2 頻段選擇特點(diǎn)

在現(xiàn)役國外航母三坐標(biāo)雷達(dá)的使用頻段選擇中，選用E/F(2～4 GHz）頻段的比例高達(dá)67%，且作用距離在20～400 km 之間，仰角覆蓋范圍集中在60°～70°之間。選用D/E 頻段和I/J 頻段分別為17%和16%。

航母載三坐標(biāo)雷達(dá)選用E/F 頻段，波束寬度窄，因而角精度和角分辨力高，易于減弱三坐標(biāo)雷達(dá)可能遭遇的敵方的主瓣干擾的影響，增強(qiáng)了雷達(dá)的抗干擾能力，較好的完成雷達(dá)中近程、中遠(yuǎn)程對空監(jiān)視和目標(biāo)精確跟蹤功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)航母作戰(zhàn)使命與探測性能的綜合匹配與高效應(yīng)用。

2.3 作戰(zhàn)使用特點(diǎn)

國外航母三坐標(biāo)雷達(dá)系統(tǒng)作戰(zhàn)使用特點(diǎn)主要為:通常選擇一部用于目標(biāo)指示與飛機(jī)引導(dǎo)的三坐標(biāo)雷達(dá)與一部遠(yuǎn)程對空警戒二坐標(biāo)雷達(dá)聯(lián)合作戰(zhàn)，以進(jìn)行雷達(dá)間的頻段互補(bǔ)、協(xié)同和數(shù)據(jù)資源共享;或者選擇同時裝備兩部三坐標(biāo)雷達(dá)聯(lián)合作戰(zhàn)分別實(shí)現(xiàn)警戒和截獲、跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)引導(dǎo)等功能。

其典型應(yīng)用如美國“尼茲”級航母裝備AN/SPS-48E 警戒三坐標(biāo)雷達(dá)的同時配備了AN/SPS-49(V）遠(yuǎn)程對空搜索二坐標(biāo)雷達(dá)。而俄羅斯的“庫茲涅佐夫”級航母則裝備了兩部三坐標(biāo)雷達(dá)，其中“天空哨兵”雷達(dá)主要用于探測、截獲和跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)和對飛機(jī)引導(dǎo)等多種功能，同時“頂板”B雷達(dá)則負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程對空警戒。兩部雷達(dá)頻段互補(bǔ)，相互配合，數(shù)據(jù)資源共享，增強(qiáng)了航母雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力和抗毀性能，提高了航母編隊防空系統(tǒng)的可靠性和反隱身能力。

2.4 適應(yīng)航母隱身和電磁兼容的多功能探測能力發(fā)展特點(diǎn)

現(xiàn)代新型航母艦載的三坐標(biāo)雷達(dá)現(xiàn)已逐步向適應(yīng)航母隱身和電磁兼容的多功能探測體系技術(shù)發(fā)展。

比較典型的有美國的“福特”級航母以及英國在建的“伊麗莎白”級航母。這兩型航母的主要特點(diǎn)是進(jìn)一步提高了航母兼容性能、最大限度改進(jìn)航母隱身性能、提高航母編隊整體作戰(zhàn)能力。這勢必導(dǎo)致航母裝備傳感器系統(tǒng)必須進(jìn)行一體化設(shè)計，減少天線數(shù)量，實(shí)現(xiàn)陣面與平臺的共形?！案Ｌ亍奔壓侥傅碾p波段三坐標(biāo)雷達(dá)組采用了一體化的設(shè)計，集成了現(xiàn)有多種雷達(dá)的功能，可以使航母艦島布置的更為簡潔，大幅提高集成射頻水平，也更有利于艦島的電磁兼容性。同時航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)持續(xù)發(fā)展相控陣體制，也提高了雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗飽和攻擊能力。

3 結(jié)束語

本文主要介紹了國外航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀，同時討論了航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子工程技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，再加上實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用需求的有力推進(jìn)，航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)技術(shù)需持續(xù)發(fā)展有源相控陣體制，采用低截獲概率技術(shù)等抗干擾措施，增強(qiáng)雷達(dá)抗干擾能力與電磁兼容性能。而隨著新型航母向著隱身化、集成化的方向發(fā)展，航母艦載三坐標(biāo)雷達(dá)需與航母上其他電子設(shè)備進(jìn)行一體化集成，有效提高航母編隊探測效能和作戰(zhàn)能力。

［1］海軍裝備部電子部 南京電子技術(shù)研究所.世界海用雷達(dá)手冊［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

［2］Jane’s Radar and Electrics Warfare Systems，2009-2010:139.