艦載二次雷達(dá)發(fā)展與展望概述

劉顯勇，徐向東，魏 恭，王 強(qiáng)

(1.四川九洲空管科技有限責(zé)任公司，四川 綿陽(yáng) 621000；2.中國(guó)人民解放軍空軍駐綿陽(yáng)地區(qū)軍事代表室，四川 綿陽(yáng) 621000)

0 引 言

二次雷達(dá)(SSR)是一種空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)，是現(xiàn)代空管系統(tǒng)必配的設(shè)備之一。它是從西方敵我識(shí)別系統(tǒng)(IFF)發(fā)展起來(lái)的，采用詢問(wèn)應(yīng)答協(xié)同式工作原理，即詢問(wèn)機(jī)對(duì)監(jiān)視空域內(nèi)的飛機(jī)發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，飛機(jī)應(yīng)答機(jī)接收到詢問(wèn)后產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)對(duì)應(yīng)答信號(hào)的接收處理來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)定位。同時(shí)，由于采用協(xié)同工作方式，還能獲取飛機(jī)的身份和高度等信息。因此，二次雷達(dá)具備了雷達(dá)和通信的雙重功能，是提供空中飛行情報(bào)及態(tài)勢(shì)的主要信息來(lái)源，不僅在民航中得到大量應(yīng)用，還廣泛運(yùn)用于軍事領(lǐng)域。[1]

1 近年來(lái)美國(guó)艦載 SSR 發(fā)展動(dòng)向

諾思羅普-格魯曼公司為美國(guó)海軍配備的UPX-24系統(tǒng)在 CG-47 “提康德拉加”級(jí)“宙斯盾”巡洋艦、DDG-51 “阿里·伯克”級(jí)“宙斯盾”驅(qū)逐艦和 LHD-1 “瓦斯普”級(jí)兩棲攻擊艦得到大量應(yīng)用。UPX-24 是作為艦載敵我識(shí)別系統(tǒng)(IFF)的一個(gè)配套部分投入實(shí)際應(yīng)用的，負(fù)責(zé)接受艦載武器系統(tǒng)的詢問(wèn)、回答和控制命令，同時(shí)負(fù)責(zé)向艦載武器系統(tǒng)提供目標(biāo)情況報(bào)告，能夠?yàn)檠b配該產(chǎn)品的美國(guó)及其盟國(guó)軍艦提供積極而安全的協(xié)同飛機(jī)的身份等情況。該系統(tǒng)能夠通過(guò)一個(gè)數(shù)字界面為軍艦上的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào)系統(tǒng)(即 C4I 系統(tǒng))提供相關(guān)目標(biāo)的新數(shù)據(jù)資料，并對(duì)目標(biāo)識(shí)別方面的詢問(wèn)作出應(yīng)答。

“柯蒂斯威爾伯”號(hào)驅(qū)逐艦(USS Curits Wilbur(DDG-54))是美國(guó)海軍“阿利伯克”級(jí)驅(qū)逐艦的第4艘，裝有UPX-37敵我識(shí)別系統(tǒng)，用OE-120圓形天線陣列。

美國(guó)“哈利法克斯”(Halifax)級(jí)護(hù)衛(wèi)艦裝備了Telephonics公司的IFF產(chǎn)品。Telephonics公司是一家IFF詢問(wèn)器供應(yīng)商，其詢問(wèn)器是唯一達(dá)到美國(guó)國(guó)防部AIMS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的敵我識(shí)別產(chǎn)品。AIMS認(rèn)證模式包括MARK XII、Mode 5、Mode S、多通道 ADS-B。IFF產(chǎn)品系列包括AN/UPX-40/43/44/505，不僅安裝在艦船上，還安裝在其他平臺(tái)上，如預(yù)警機(jī)、美國(guó)海軍的MH-60R海上直升機(jī)、P-8A“海神”(Poseidon)多任務(wù)飛機(jī)，以及加拿大海軍的CP-140“極光”(Aurora)偵察機(jī)、CH-148海上直升機(jī)和美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的地/空任務(wù)導(dǎo)向雷達(dá)(G/ATOR)系統(tǒng)。

“尼米茲”級(jí)航母是世界上現(xiàn)役噸位大和綜合作戰(zhàn)能力強(qiáng)的軍用艦只，其配置的IFF應(yīng)答子系統(tǒng)的型號(hào)是AN/APX-72系統(tǒng)。IFF詢問(wèn)子系統(tǒng)的型號(hào)為AN/UPX-29。該系統(tǒng)為集中式的MK XII IFF系統(tǒng)，其獨(dú)特之處是包括一個(gè)獨(dú)立于其他雷達(dá)的電掃天線。該電掃天線能對(duì)自動(dòng)彈出的目標(biāo)進(jìn)行即時(shí)詢問(wèn)。AN/UPX-29系統(tǒng)集成了AN/UPX-27敵我識(shí)別詢問(wèn)機(jī)、AN/UPX-24(V)敵我識(shí)別核心處理器、OE-120/UPX天線組件、AS-2188/UPX天線等，能夠獨(dú)立地用于空中交通管制，并能準(zhǔn)確、安全地進(jìn)行“我方”識(shí)別，還能夠?qū)鹘y(tǒng)的IFF模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

“福特”級(jí)航母是美國(guó)海軍新銳的次世代超級(jí)航空母艦系列。航母大量采用先進(jìn)偵測(cè)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)及設(shè)備，以符合美國(guó)海軍未來(lái)IT-21聯(lián)網(wǎng)作戰(zhàn)的要求。在規(guī)劃階段，“福特”級(jí)航母最主要的偵測(cè)系統(tǒng)是與“朱姆沃爾特”級(jí)驅(qū)逐艦相同的雙頻雷達(dá)系統(tǒng)(Dual Band Radar，DBR)，包括AN/SPY-3多功能雷達(dá)和AN/SPY-4遠(yuǎn)程廣域搜索雷達(dá)。[2]與“尼米茲”級(jí)航母采用的SPS-48雷達(dá)相比，DBR最大的優(yōu)點(diǎn)就是提高了“福特”號(hào)航母對(duì)付高超音速目標(biāo)的能力。SPS-48采用頻率掃描，只能在高低方向?qū)崿F(xiàn)電子掃描，方位上仍舊采用機(jī)械掃描，因此目標(biāo)數(shù)據(jù)更新速率較低，如目標(biāo)速度較快就會(huì)出現(xiàn)確認(rèn)比較困難的問(wèn)題。而DBR是二維電子掃描，在探測(cè)到目標(biāo)后可迅速調(diào)轉(zhuǎn)波速目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行確定，因此目標(biāo)關(guān)聯(lián)速度較快，在目標(biāo)速度、數(shù)量增加的情況下仍然可以迅速確認(rèn)目標(biāo)，繼而引導(dǎo)武器系統(tǒng)進(jìn)行攔截。一部雷達(dá)完成了原來(lái)需要幾部雷達(dá)才能完成的工作。[3]

2 21世紀(jì)對(duì)艦載二次雷達(dá)作用和發(fā)展的認(rèn)識(shí)

二次雷達(dá)(即西方IFF)由于其“一問(wèn)一答”的合作式體制，具備了一次監(jiān)視雷達(dá)所不具備的特點(diǎn)，如能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別友方飛機(jī)，能夠有效防止自相殘殺行為的發(fā)生(軍用)，通過(guò)提供身份識(shí)別碼、氣壓高度等能提高空中管制效率(民用)。這些特點(diǎn)基本的原理也即是上行詢問(wèn)不同模式(M1、M2、M3/A、MC、M4、MS、M5)的詢問(wèn)編碼，飛機(jī)回應(yīng)相應(yīng)模式的應(yīng)答編碼來(lái)完成這些功能。這些基本特點(diǎn)應(yīng)用于艦船，衍生出艦載二次雷達(dá)的獨(dú)特作用。[4]

2.1 敵我識(shí)別

艦載二次雷達(dá)的主要作用是幫助防空雷達(dá)操作員和防空導(dǎo)彈操作人員區(qū)別友好和潛在的敵對(duì)艦船、飛機(jī)。分清敵我一直是開展軍事斗爭(zhēng)需要優(yōu)先解決的一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題和基本前提，而敵我識(shí)別系統(tǒng)的作用就是在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中自動(dòng)并正確地區(qū)分目標(biāo)的敵我屬性。敵我識(shí)別已成為現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)軍事對(duì)抗的重要手段之一。它可以大大增強(qiáng)作戰(zhàn)指揮與控制的準(zhǔn)確性和各作戰(zhàn)單位間的協(xié)調(diào)性，顯著加快系統(tǒng)反應(yīng)速度，降低誤傷概率，特別適合于多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)使用。

2.2 作戰(zhàn)引導(dǎo)

在作戰(zhàn)過(guò)程中，作戰(zhàn)引導(dǎo)的目的是將艦載機(jī)引導(dǎo)至特定作戰(zhàn)區(qū)域。艦載機(jī)作戰(zhàn)引導(dǎo)過(guò)程中，除用艦載雷達(dá)外還需要采用二次雷達(dá)。通過(guò)二次雷達(dá)良好的監(jiān)視性能(距離、方位精度高)，能夠更準(zhǔn)確、更安全地引導(dǎo)艦載機(jī)到達(dá)指定的作戰(zhàn)位置，避免航線出現(xiàn)偏差從而貽誤戰(zhàn)機(jī)。[5]

2.3 艦艇態(tài)勢(shì)感知能力和威脅識(shí)別能力

通過(guò)探測(cè)所處海域、空域內(nèi)裝有SSR/IFF應(yīng)答機(jī)的艦船、飛機(jī)，獲取目標(biāo)位置信息，增強(qiáng)艦艇對(duì)周圍空間的態(tài)勢(shì)感知能力。通過(guò)身份識(shí)別及目標(biāo)位置信息的綜合研判，增強(qiáng)艦艇的威脅識(shí)別能力。[6]

2.4 空中交通管制

對(duì)于大型艦船(如航母)SSR還起到空中交通管制的作用。美國(guó)航母有專門的航母空中交通管制中心(CATCC)，其管制區(qū)域以航母為中心，半徑50 n mile，從水面向上無(wú)限延伸的空域。在特殊情況下，如航母編隊(duì)時(shí)，其管制范圍由于存在相鄰的空域控制而受限制。美國(guó)航母還受國(guó)際民航的委托，在大洋區(qū)域(雷達(dá)無(wú)法覆蓋的區(qū)域)擔(dān)負(fù)航路監(jiān)視的任務(wù)，為空管提供空情信息。

2.5 防空識(shí)別區(qū)

防空識(shí)別區(qū)指的是一國(guó)基于空防、需要所劃定的空域，目的在于為軍方及早發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和實(shí)施空軍攔截行動(dòng)提供條件。依據(jù)防空識(shí)別區(qū)的任務(wù)使命，其基本要求是監(jiān)視并識(shí)別航空器。在防空識(shí)別區(qū)的識(shí)別規(guī)則中，其中重要的一項(xiàng)就是應(yīng)答機(jī)識(shí)別。在防空識(shí)別區(qū)飛行的航空器配有二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)的應(yīng)當(dāng)全程開啟。識(shí)別區(qū)并非只存在于本國(guó)的大陸周圍，軍艦也被視為是一個(gè)國(guó)家移動(dòng)的領(lǐng)土，所以部分擁有航母的國(guó)家也以航母為中心劃定防空識(shí)別區(qū)。美國(guó)除了其大陸設(shè)防空識(shí)別區(qū)外，航母編隊(duì)出航時(shí)也劃定防空識(shí)別區(qū)。航母到什么位置，防空識(shí)別區(qū)的中心就到什么位置。美國(guó)航母防空識(shí)別區(qū)的半徑會(huì)根據(jù)作戰(zhàn)情況來(lái)變化，有時(shí)半徑會(huì)劃到200～300 km，而在有一定敵情危險(xiǎn)的情況下防空識(shí)別區(qū)的半徑則增至300～350 km。法國(guó)航母在海外部署的時(shí)候也有防空識(shí)別區(qū)，在遇到有飛行器進(jìn)入時(shí)會(huì)執(zhí)行一套程序，包括雷達(dá)跟蹤、艦載機(jī)甲板待命或留空、艦載機(jī)前往查證等等。

2.6 著艦引導(dǎo)

對(duì)于航母來(lái)說(shuō)，為了保證艦載機(jī)正確返航和著艦都配備了各種著艦雷達(dá)、引導(dǎo)系統(tǒng)，其中二次雷達(dá)發(fā)揮著不可替代的作用。除負(fù)責(zé)識(shí)別出艦載機(jī)的敵我屬性，二次雷達(dá)更主要的是通過(guò) 3/A身份識(shí)別代碼識(shí)別出飛機(jī)的類型，以便于各種飛機(jī)準(zhǔn)確著艦。

總之，作為一種重要的軍用/民用電子系統(tǒng)，SSR/IFF技術(shù)和裝備的發(fā)展向來(lái)都受到世界各國(guó)的格外重視。特別是21世紀(jì)對(duì)作戰(zhàn)精確打擊的要求，對(duì)空管更安全高效的要求，都對(duì) SSR/IFF的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，但其主要作用仍然是敵我屬性的識(shí)別、身份屬性的識(shí)別、位置的探測(cè)等。隨著模式S、模式5的發(fā)展，SSR/IFF還擔(dān)負(fù)起數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)闹厝巍?/p>

3 艦載二次雷達(dá)技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展展望

3.1 共形天線

現(xiàn)有艦載二次雷達(dá)天線形式多采用線形天線，也有圓形天線。圓形天線與桅桿共形，更能節(jié)約空間資源。未來(lái)艦船的發(fā)展要求艦載雷達(dá)采用與艦體共形的天線設(shè)計(jì)，以降低RCS，保證艦船的隱身效果，給艦船帶來(lái)更強(qiáng)的生存能力。通常艦載雷達(dá)的天線往往受到尺寸、質(zhì)量、風(fēng)阻、振動(dòng)等因素的限制，在設(shè)計(jì)中很難做到性能優(yōu)化。但是，共形天線則可以巧妙利用船體資源，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使天線的性能得到提高。共形天線以陣列天線為基礎(chǔ)，通過(guò)幅相控制實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的空間掃描，具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)和探測(cè)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并且能很好適應(yīng)未來(lái)隱身艦艇的結(jié)構(gòu)和電磁兼容要求。目前，典型的共形天線技術(shù)主要有高效率收發(fā)組件技術(shù)、高速數(shù)字波束形成技術(shù)、高精度波束形成控制和校正技術(shù)，以及自適應(yīng)波束形成技術(shù)及高效冷卻技術(shù)等。

3.2 數(shù)字陣

數(shù)字陣列雷達(dá)是一種接收和發(fā)射波束都采用數(shù)字波束形成技術(shù)的全數(shù)字陣列掃描雷達(dá)。相比于模擬雷達(dá)，數(shù)字雷達(dá)可更好地抗射頻干擾和其他環(huán)境因素影響。由于數(shù)字雷達(dá)的收/發(fā)波束均以數(shù)字方式形成，所以擁有許多模擬雷達(dá)所不具備的優(yōu)良性能,如可自適應(yīng)地形成波束以實(shí)現(xiàn)空域抗干擾、可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立可控的波束而不失信噪比、波束由權(quán)矢量控制因而靈活多變及天線具有較好的自校正和低旁瓣性能等。

對(duì)于艦船平臺(tái)來(lái)說(shuō)，將數(shù)字技術(shù)融入到航管二次雷達(dá)中可以提高航管二次雷達(dá)的綜合性能。首先，從結(jié)構(gòu)上講，數(shù)字陣列雷達(dá)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需轉(zhuǎn)臺(tái)和伺服系統(tǒng)，可以減輕設(shè)備質(zhì)量、精簡(jiǎn)設(shè)備組成，從而提高設(shè)備的可靠性；其次，從波束的掃描能力方面來(lái)說(shuō)，由于取消了用轉(zhuǎn)臺(tái)和伺服系統(tǒng)控制的機(jī)械掃描，取而代之的電掃描更具有波束掃描時(shí)間快、掃描精度高、波束調(diào)度靈活以及可形成多波束等優(yōu)點(diǎn)；再者，從電磁環(huán)境的角度來(lái)看，艦船上電子設(shè)備眾多、天線林立，電磁環(huán)境十分復(fù)雜，數(shù)字技術(shù)運(yùn)用與航管二次雷達(dá)可更好地抗射頻干擾，提高電磁兼容能力，滿足艦船設(shè)備抗綜合干擾能力的需要。[7]

3.3 Mode S(模式S)

模式S二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，為每架飛機(jī)分配了一個(gè)唯一的地址，采用了點(diǎn)名詢問(wèn)的工作方式，減少了傳統(tǒng)的A/C模式存在的目標(biāo)分辨力差、竄擾、混擾等問(wèn)題。 特別是模式S系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)鏈功能，能夠傳輸較多的飛機(jī)信息，可以提供比當(dāng)前的二次雷達(dá)更強(qiáng)的監(jiān)視能力、更高的精度和更高的可靠性。

作為艦載移動(dòng)空中交通管制的核心組成部分，二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)采用模式S無(wú)疑是一個(gè)明智的選擇。利用模式S技術(shù)，能改善近距離艦載機(jī)的分辨率、增強(qiáng)安全性(提供更高的空中交通偵察數(shù)據(jù)的完整性，減少無(wú)線電頻率擁塞)、提高ATM能力(克服高交通密度域的模式A缺陷，減少控制人員的工作量和控制器的負(fù)荷)、提高ATM效率(為控制人員和ATM系統(tǒng)提供更多的增值數(shù)據(jù)，提高雷達(dá)分離任務(wù)的效率)、增大容量(模式S傳感器的吞吐量達(dá)到4Mb/s)、支持自動(dòng)決策所需要的精確偵察、保證更高的偵察數(shù)據(jù)完整性和可靠性。

3.4 Mode 5(模式5)

當(dāng)下，全球敵我識(shí)別的焦點(diǎn)仍屬以美國(guó)為首的北約國(guó)家及其盟國(guó)對(duì)各自海、陸、空平臺(tái)實(shí)施的模式5敵我識(shí)別系統(tǒng)加改裝。模式5是一種新的保密模式，采用擴(kuò)頻技術(shù)、精密時(shí)間同步技術(shù)、計(jì)算機(jī)現(xiàn)代加密技術(shù)，縮短了密碼有效期，提高了敵我識(shí)別系統(tǒng)的抗干擾、欺騙、偵收和摧毀的能力。

3.5 ADS-B

ADS-B是一種利用空地、空空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和信息傳遞的航行新技術(shù)，國(guó)際民航組織(ICAO)將其確定為未來(lái)監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向，并正積極推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。它集成機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)出精準(zhǔn)的航行數(shù)據(jù)(包括身份編碼、三維位置、速度矢量、飛行意圖等)，利用地空數(shù)據(jù)鏈通信方式，實(shí)時(shí)、自發(fā)、間歇性(每秒一次)地對(duì)外廣播。

基于艦載平臺(tái)，無(wú)論是獨(dú)立安裝ADS-B地面站系統(tǒng)還是將ADS-B IN功能集成在二次雷達(dá)系統(tǒng)上，都是提升艦船對(duì)周圍空域監(jiān)視能力水平的一個(gè)有利手段。相比雷達(dá)監(jiān)視，ADS-B對(duì)監(jiān)視目標(biāo)提供更快的報(bào)告刷新速率(<1 s)、更準(zhǔn)確、帶位置/速度信息的航跡，有利于較大提升航跡計(jì)算精確度，給管制員提供更準(zhǔn)確的軌跡顯示，增強(qiáng)基于監(jiān)視的安全網(wǎng)絡(luò)，為管制員提升決策支持工具的性能。對(duì)于高密度的交通空域，特別是有人工飛機(jī)調(diào)配需求和飛行起降的高密度終端區(qū)，ADS-B的這些優(yōu)點(diǎn)尤為突出。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了適應(yīng)未來(lái)海上作戰(zhàn)的需要，艦船的隱身性、電磁兼容性的要求越來(lái)越突出，迫使艦船朝著艦島集成化、桅桿復(fù)合化、電子設(shè)備天線孔徑綜合化等方向發(fā)展，艦載二次雷達(dá)也將隨著艦船的發(fā)展向更加數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。