艦艇近程防空反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)展研究

王 磊

(海軍裝備部信息系統(tǒng)局，北京100841)

0 引 言

艦艇近程防空反導(dǎo)雷達(dá)是水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成部分，是水面艦艇不可或缺的探測傳感器，隨著作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)場景的不斷變化，以及雷達(dá)技術(shù)理論和雷達(dá)元器件生產(chǎn)工藝的發(fā)展，艦艇近程防空反導(dǎo)雷達(dá)向更強(qiáng)的能力方向發(fā)展。

當(dāng)前艦艇近程防空反導(dǎo)雷達(dá)承擔(dān)著深海作戰(zhàn)、瀕海搶灘、對陸打擊等作戰(zhàn)使命任務(wù)，作戰(zhàn)場景復(fù)雜，面對從低空到高空、從慢速到超高速、從海面到空中、從空中到陸地的目標(biāo)分布，尤其對隱身反艦導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、潛望鏡、火箭彈等突發(fā)性威脅目標(biāo)預(yù)警，為提高功能集成優(yōu)化和抗全方位飽和攻擊能力提升，各個(gè)國家針對不同的水面艦艇平臺發(fā)展了相應(yīng)的近防雷達(dá)[14]。反艦?zāi)繕?biāo)的示意見圖1。

目前反艦導(dǎo)彈對艦船構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，已引起美國海軍高度重視，針對防空反導(dǎo)任務(wù)使命，美國海軍建立了由“標(biāo)準(zhǔn)”、“海麻雀”、“海拉姆”及“密集陣”艦炮武器系統(tǒng)4個(gè)層次組成的防空武器系統(tǒng)，形成多層防御圈以確保對反艦導(dǎo)彈攔截成功。美國艦艇防御層次圖如圖2所示。

美軍還構(gòu)建了由AN/SPY-1 系列雷達(dá)為核心的宙斯盾系統(tǒng)。AN/SPQ-9B 雷達(dá)是美國艦艇自防御系統(tǒng)(SSDS)的重要組成部分，兩者構(gòu)成了美國防空反導(dǎo)的組成裝備。同時(shí)歐洲也組成了相似的遠(yuǎn)程雷達(dá)結(jié)合近防雷達(dá)承擔(dān)防空反導(dǎo)的架構(gòu)形式。

圖1 反艦?zāi)繕?biāo)

圖2 美艦艇防御層次圖

本文主要針對目前國際上水面艦艇近防反導(dǎo)雷達(dá)的裝備和發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行分析，介紹低空反導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、裝備，并對新一代艦載近防反導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

1 美國艦艇近防反導(dǎo)雷達(dá)

美軍水面艦艇近防反導(dǎo)系列雷達(dá)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，下面分別陳述。

1.1 AN/SPQ-9雷達(dá)

AN/SPQ-9系列雷達(dá)(見圖3)定位是近距離探測雷達(dá)，靠著較快的轉(zhuǎn)速來提高目標(biāo)更新速率，作用是近距離補(bǔ)盲與追蹤。經(jīng)過多年發(fā)展與批量裝備，SPQ-9雷達(dá)先后經(jīng)歷了SPQ-9A、AN/SPQ-9B的發(fā)展歷程。第一代SPQ-9A 采用傳統(tǒng)拋物面天線，裝在一個(gè)球型罩里，轉(zhuǎn)速是60 r/min。

AN/SPQ-9B雷達(dá)發(fā)展開始于20世紀(jì)80年代末，由于近海亞音速或超音速掠海飛行反艦導(dǎo)彈威脅的不斷增加，水面艦艇急需裝備一種能在強(qiáng)雜波環(huán)境下有效探測反艦導(dǎo)彈的雷達(dá)。因此美海軍研究實(shí)驗(yàn)室雷達(dá)分部于1991 年提出研制AN/SPQ-9B雷達(dá)，要求這種雷達(dá)能夠提供一種全新的低成本高效低空探測能力，而且可提供比AN/SPQ-9 A 雷達(dá)更強(qiáng)的對海探測能力，能夠更好地支持MK86火控系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)海上導(dǎo)航。AN/SPQ-9B是一種多波形、X 波段、窄束脈沖多普勒雷達(dá)，可以發(fā)現(xiàn)并跟蹤低空飛行的反艦導(dǎo)彈；采用背靠背天線，數(shù)據(jù)率高，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)速降為30 r/min，動目標(biāo)改善因子達(dá)到80 dB，海雜波影響小，虛警率低；雷達(dá)在偵察、跟蹤水面目標(biāo)和與燈塔通信的同時(shí)，亦可識別危險(xiǎn)目標(biāo)。

美海軍SSDS MK2艦艇自防御系統(tǒng)配備了X波段AN/SPQ-9B自防御系統(tǒng)作為專用低空搜索雷達(dá)，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，SPY-1相控陣?yán)走_(dá)則承擔(dān)抗飽和攻擊和遠(yuǎn)程防空的能力。

表1 AN/SPQ-9B雷達(dá)主要技術(shù)指標(biāo)

作為巡洋艦現(xiàn)代化項(xiàng)目的一個(gè)部分，該雷達(dá)將與航空母艦和兩棲攻擊艦上的艦船自防御系統(tǒng)、宙斯盾作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)合在一起。SPQ-9B雷達(dá)目前及未來被美國海軍極度重視，裝備在美國海軍的新造艦及替代現(xiàn)裝備各級艦上。

截止目前該雷達(dá)已裝備尼米茲級航母、提康德羅加級巡洋艦、黃蜂級兩棲攻擊艦、圣安東尼奧級兩棲運(yùn)輸艦、海上安全巡邏艦，未來即將裝備阿利伯克Ⅲ型驅(qū)逐艦，以及出口澳大利亞和日本的阿里伯克級驅(qū)逐艦。

從查閱的資料來看，SPQ-9B 雷達(dá)僅負(fù)責(zé)低空，這與目前多功能雷達(dá)的作戰(zhàn)能力有差距，下面我們來分析一下，美國為什么把SPQ-9B 如此定位。以“提康德羅加級”導(dǎo)彈巡洋艦為例進(jìn)行分析。

美國已把“提康德羅加級”導(dǎo)彈巡洋艦的艦艇自防御系統(tǒng)更新為SSDS MK2，其上武器配備：“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈、“標(biāo)準(zhǔn)2”艦空導(dǎo)彈、“魚叉”反艦導(dǎo)彈；雷達(dá)配備：AN/SPY-1B 相控陣?yán)走_(dá)、AN/SPS-49(V)對空搜索雷達(dá)、AN/SPS-55 對海搜索雷達(dá)、AN/SPQ-9B搜索雷達(dá)、AN/SPG-62照射雷達(dá)。從“提康德羅加級”導(dǎo)彈巡洋艦的雷達(dá)選配和武器選配中可以發(fā)現(xiàn)SPG-62照射雷達(dá)的存在，說明SPY-1B相控陣?yán)走_(dá)并沒有用于目標(biāo)照射功能，而且仍然配備了SPS-49(V)對空搜索雷達(dá)、SPQ-9B搜索雷達(dá)，說明SPY-1B相控陣?yán)走_(dá)資源仍然不能夠兼顧遠(yuǎn)程與近程防空，它既要完成遠(yuǎn)程防御與進(jìn)攻，又要完成低空反導(dǎo)，對于掠海飛行的反艦導(dǎo)彈，由于要濾除海雜波和電子干擾的影響，需要足夠的目標(biāo)信息量，并且反艦導(dǎo)彈來襲方向是全方位的，近程反導(dǎo)要求目標(biāo)更新數(shù)據(jù)率高，而這些需要SPY-1B四面陣?yán)走_(dá)以高數(shù)據(jù)率、多脈沖數(shù)掃描海面低空，損耗了大量的雷達(dá)時(shí)間資源，以至于和遠(yuǎn)程警戒與打擊有沖突，也說明經(jīng)美海軍論證后發(fā)現(xiàn)：SPY-1B相控陣?yán)走_(dá)要達(dá)到抗飽和攻擊和遠(yuǎn)程防空的能力，還需要配備SPQ-9B 低空搜索雷達(dá)，專用于掠海導(dǎo)彈探測，這樣“宙斯盾”防空系統(tǒng)的核心——SPY-1B 雷達(dá)可以有更多的資源用于空域防空與目標(biāo)打擊。

所以在美海軍SSDS MK2艦艇自防御系統(tǒng)中，配備了X波段SPQ-9B自防御系統(tǒng)專用低空搜索雷達(dá)。

1.2 綜合射頻集成階段

以DDG1000驅(qū)逐艦為代表的新型驅(qū)逐艦(見圖4)采用了全陣面化設(shè)計(jì)，以AN/SPY-4+AN/SPY-3構(gòu)建全艦防御雷達(dá)系統(tǒng)，其中SPY-3為X 波段，承擔(dān)原AN/AN/SPQ-9B 雷達(dá)的功能任務(wù)。因成本過高，該雷達(dá)未正式裝備。

1.3 新型低空反導(dǎo)雷達(dá)

隨著艦艇綜合集成、導(dǎo)彈照射等新需求出現(xiàn)，以及Ga N 組件、數(shù)字波束合成等新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有AN/SPQ-9B雷達(dá)采用無源相控陣體制和機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式，不能滿足艦艇需求，美軍啟動新一代AN/SPQ-9B雷達(dá)的研發(fā)工作，即FXR 雷達(dá)。

2015年10 月，海軍水面戰(zhàn)中心——達(dá)爾格倫分部發(fā)布了一份聲明，就一款新型X波段FXR 雷達(dá)采用AESA 體制進(jìn)行RFI(征求意見)，尋求未來艦載自防御X 波段雷達(dá)項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)。

從ONR 要求的使命任務(wù)來看，新型X 波段雷達(dá)將取代SPY-3、AN/SPQ-9B、SPG-62、MK95 等雷達(dá)，其主要功能和特點(diǎn)如表2所示。

表2 FXR 雷達(dá)主要性能

2018年美國國防部宣布，正式授予雷聲公司1 999.7萬美元的成本加固定價(jià)格研發(fā)艦載“下一代X 波段雷達(dá)”等新一代艦載雷達(dá)的合同，預(yù)計(jì)合同規(guī)定工作將于2020年6月8日完成。

2 歐洲艦艇近程反導(dǎo)雷達(dá)

歐洲典型的艦艇末端防御系統(tǒng)為“守門員”系統(tǒng)(如圖5所示)，該系統(tǒng)的自備式搜索雷達(dá)主要用于近距離反航空器，特別是對抗反艦導(dǎo)彈，“守門員”系統(tǒng)可以在探測和跟蹤目標(biāo)后開火，并能同時(shí)對幾個(gè)目標(biāo)做出毀傷評估。其連續(xù)搜索和邊掃描邊跟蹤方式保證了系統(tǒng)在多目標(biāo)情況下，可自動操作、快速轉(zhuǎn)向下一個(gè)最有威脅的目標(biāo)，即使在強(qiáng)雜波和干擾下，也能及時(shí)探測到小型超音速目標(biāo)。

圖5 守門員近防系統(tǒng)

隨著技術(shù)和裝備發(fā)展，“守門員”系統(tǒng)列裝逐漸減少，下面陳述幾型典型的低空反導(dǎo)雷達(dá)。

2.1 TRS-3D 雷達(dá)

如圖6所示，TRS-3D 雷達(dá)是G頻段3D多模監(jiān)視和武器指示雷達(dá)，提供三坐標(biāo)指示信息，能在嚴(yán)重雜波和干擾環(huán)境中自動探測和跟蹤海面以及空中目標(biāo)。TRS系列雷達(dá)定位于中小型的護(hù)衛(wèi)艦、輕巡洋艦、導(dǎo)彈快艇及登陸艦，在實(shí)現(xiàn)對空對海監(jiān)視和搜索狀態(tài)下，可為武備系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。TRS-3D雷達(dá)的主要參數(shù)如表3所示。

圖6 TRS-3D 雷達(dá)

表3 TRS-3D 雷達(dá)主要參數(shù)

目前全球共有60部這種雷達(dá)在海軍和海岸警衛(wèi)隊(duì)服役，裝備于丹麥Flyvefisken 級多用途軍艦(14艘，TRS-3D)、Niels Juel級護(hù)衛(wèi)艦(14艘，TRS-3D)；德 國Bremen 級 護(hù) 衛(wèi) 艦(8 艘，TRS-3D/32)、“K130”級輕巡洋艦(5 艘，TRS-3D)；美國LCS(支援登陸艦)以及芬蘭、馬來西亞和西班牙艦船。

2.2 TRS-4D 雷達(dá)

Cassidian公司在TRS-3D雷達(dá)基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，推動了最新型TRS-3D/NES以及下一代艦載雷達(dá)TRS-4D 的開發(fā)。

TRS-4D 型雷達(dá)作為艦載中距離雷達(dá)系統(tǒng)，可裝備于巡邏艦至護(hù)衛(wèi)艦大小的艦艇，在開放海域和復(fù)雜的海岸地區(qū)開展各種探測任務(wù)，同時(shí)具備追蹤大量目標(biāo)的能力。與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，該型雷達(dá)擁有更高的精度和更快的系統(tǒng)，可探測的目標(biāo)種類更多，因此可保護(hù)艦船免受非對稱攻擊的威脅。TRS-4D的關(guān)鍵設(shè)計(jì)單元可解決新型作戰(zhàn)需求。

TRS-4D 是TRS-3D雷達(dá)的下一代發(fā)展型，是一種C波段艦載有源相控陣空海監(jiān)視和目標(biāo)捕獲雷達(dá)，在2011年9月14日召開的倫敦防務(wù)與安全裝備國際展覽上首次亮相。該雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體技術(shù)的T/R 組件，可分為旋轉(zhuǎn)陣面和非旋轉(zhuǎn)陣面2種，旋轉(zhuǎn)陣面若保持靜止可覆蓋一個(gè)50°的帶狀區(qū)域，非旋轉(zhuǎn)陣面采用4個(gè)固定天線面板實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋。

TRS-4D 具有用于體監(jiān)視的多波束能力，可實(shí)現(xiàn)3D 對空對海監(jiān)視，包括高速水平搜索、扇區(qū)搜索以及類似指示航跡(針對高優(yōu)先級目標(biāo))的電掃能力；具備快速(低于1 s)起始航跡能力，可與多目標(biāo)(達(dá)1 000個(gè))航跡綜合。

TRS-4D 是第一種完全使用先進(jìn)主動電子掃描陣列(AESA)的監(jiān)視雷達(dá)，這種陣列基于大量獨(dú)立的發(fā)射器(即固態(tài)有源相控陣體制)。這使得雷達(dá)具備了空前的探測性能，還可提供機(jī)械旋轉(zhuǎn)單陣列天線的版本。

TRS-4D 雷達(dá)的性能參數(shù)如表4 所示，外形如圖7所示。德國的F125護(hù)衛(wèi)艦明確裝備固定陣TRS-4D雷達(dá)。2014年10月底，空客防御與空間公司從美國海軍獲得合同，向其交付TRS-4D 先進(jìn)海上雷達(dá)，這是美國海軍濱海作戰(zhàn)艦(LCS)項(xiàng)目的一部分，該新型雷達(dá)是德國FI25護(hù)衛(wèi)艦上裝備的TRS-4D 固定陣有源電掃陣列(AESA)雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)改型。

表4 TRS-4D 雷達(dá)參數(shù)

圖7 TRD-4D 雷達(dá)

2.3 “海上長頸鹿”AMB雷達(dá)

“海上長頸鹿”靈活多波束(AMB)多用途海軍監(jiān)視雷達(dá)隸屬于薩伯公司研制的“長頸鹿”雷達(dá)系列，定位于中小型的護(hù)衛(wèi)艦、輕巡洋艦、導(dǎo)彈快艇及登陸艦，在實(shí)現(xiàn)對空對海監(jiān)視和搜索狀態(tài)下，可為武備系統(tǒng)提供目標(biāo)指示。雷達(dá)同時(shí)還具有反電子干擾的能力，以及對噪音干擾和欺騙性干擾的反電子戰(zhàn)能力，能夠滿足現(xiàn)在與將來日趨復(fù)雜的電子戰(zhàn)環(huán)境需要?！昂Ｉ祥L頸鹿”AMB雷達(dá)參數(shù)如表5所示，外形如圖8所示。裝備“海上長頸鹿”AMB 裝備的戰(zhàn)艦有瑞典海軍的“維斯比”隱身護(hù)衛(wèi)艦、阿聯(lián)酋Baynunah 輕型護(hù)衛(wèi)艦、波蘭Orkan輕型護(hù)衛(wèi)艦和美國海軍瀕海戰(zhàn)斗艦。

表5 “海上長頸鹿”AMB雷達(dá)參數(shù)

圖8 “海上長頸鹿”AMB雷達(dá)

2.4 泰勒斯MRR-3D 雷達(dá)

泰勒斯MRR-3D 型雷達(dá)是專為小型艦艇設(shè)計(jì)建造的，主要用來為艦艇提供監(jiān)視、自防御和目標(biāo)指示能力。MRR-3D NG型雷達(dá)加裝了全電子(輔以機(jī)械)穩(wěn)定天線分系統(tǒng)，并集成了敵我識別(IFF)天線，桅桿頭部的重量減輕約20%。泰勒斯MRR-3D雷達(dá)雷達(dá)參數(shù)如表6所示，外形如圖9所示。

表6 泰勒斯MRR-3D 雷達(dá)參數(shù)

圖9 MRR-3D 雷達(dá)

目前，卡塔爾海軍的4艘巴贊級快速攻擊艇和科威特海軍8艘Garoh級快速攻擊艇上都裝備了早期的MRR-3D 型三坐標(biāo)多功能雷達(dá)，此外，韓國海軍的4艘MEKO A-200新型輕護(hù)艦也即將裝備該型雷達(dá)。

2.5 I-MAST 系列綜合桅桿

泰勒斯公司推出了I-MAST 系列綜合桅桿(如圖10所示)，已經(jīng)有4套I-MAST400型設(shè)備安裝在“荷蘭級”巡洋艦上。該綜合桅桿集成了雷達(dá)、通訊等功能于一體，所有的軍用電子系統(tǒng)都集成在桅桿內(nèi)，各傳感器之間按垂直空間分層布置，保證了設(shè)備之間電磁兼容問題。

I-MAST 系列得益于泰勒斯公司新一代非旋轉(zhuǎn)傳感器系列。其核心產(chǎn)品是SEA MASTER100(IMAST100較400明顯小和輕，主要裝備小平臺)和400系列對空對海監(jiān)視雷達(dá)、SEA WATCHER100海面監(jiān)視和直升機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)，本文主要介紹SEA WATCHER100雷達(dá)，其參數(shù)如表7所示。

2.6 APAR 雷達(dá)

1993年，德國、荷蘭開始合作開發(fā)新一代的艦載防空系統(tǒng)APAR雷達(dá)(如圖11 所示)，2002 年服役。

圖10 I-MAST400布局

表7 SEA WATCHER100雷達(dá)參數(shù)

圖11 APAR 雷達(dá)Block 2

2016年5月，Thales荷蘭分公司稱，其開發(fā)的APAR Block 2改用氮化鎵(Ga N)T/R 組件。不僅雷達(dá)本身擁有更好的性能，而且也能與IMAST 桅桿系統(tǒng)進(jìn)行配合。APAR Block 2是基于現(xiàn)有APAR 架構(gòu)上，透過插入新技術(shù)的硬件組合(含前端天線、后端控制與信號處理等)來改善雷達(dá)性能。

其主要特點(diǎn)是：

(1)全數(shù)字化；

(2)數(shù)字波束合成，GaN 的組件；

(3)商用(COTS)技術(shù)的處理機(jī)柜。

SEA WATCHER100雷達(dá)參數(shù)如表8所示。

1999年，APAR 開始裝艦測試，2002年4月隨荷蘭海軍LCF首艦七省級開始服役，是全世界上首個(gè)實(shí)用化的有源艦載相陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。APAR Block 2尚未正式裝備。

表8 SEA WATCHER100雷達(dá)參數(shù)

3 新一代艦艇低空反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)展趨勢

從美軍新一代低空反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)展以及歐洲國家同類雷達(dá)發(fā)展來看，新一代艦艇低空反導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)展趨勢如下：

(1)任務(wù)多樣化，具備對海、低空搜索跟蹤、導(dǎo)彈中繼等功能。

(2)硬件商用化。原來AN/SPQ-9B 雷達(dá)為無源相控陣，其裝備價(jià)格為960萬美元，F(xiàn)XR 雷達(dá)目標(biāo)裝備價(jià)格不超過3 000萬美元，而SPY-6雷達(dá)費(fèi)用約1.7億美元，必然需要采用大量商用成熟貨架技術(shù)。APAR Block 2后端處理部分采用現(xiàn)成商用(COTS)技術(shù)的處理機(jī)柜，提高處理性能并使得后續(xù)使用維護(hù)更經(jīng)濟(jì)。

(3)陣面數(shù)字化。隨著先進(jìn)數(shù)字信號處理、波形產(chǎn)生、A/D 芯片、數(shù)字波束合成技術(shù)的發(fā)展，相控陣?yán)走_(dá)數(shù)字化向前端推進(jìn)，采用數(shù)字化成為必然趨勢。

(4)構(gòu)件模塊化。模塊化的開放式系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展，內(nèi)部功能軟件模塊化設(shè)計(jì)，提高維護(hù)水平。

(5)器件新型化。以GaN和SiC 寬頻帶組件為代表的先進(jìn)功率器件最近幾年迅速發(fā)展成熟，并在AN/SPY-6等新型雷達(dá)上應(yīng)用。

4 結(jié)束語

本文首先介紹了美軍艦艇低空反導(dǎo)雷達(dá)在不同階段的發(fā)展歷程、裝備情況、性能特點(diǎn)等，接著介紹了歐洲典型的艦艇低空反導(dǎo)雷達(dá)，最后分析了新一代艦艇低空反導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)展趨勢。

新型近程防空反導(dǎo)雷達(dá)需應(yīng)對多種目標(biāo)和作戰(zhàn)場景，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地形匹配處理、低截獲波形、編隊(duì)協(xié)同探測與抗干擾等關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜電磁環(huán)境下對反艦導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、火箭彈、迫擊炮、無人機(jī)、潛望鏡等威脅目標(biāo)的有效探測，為軟硬武器提供信息保障，為防空艦炮系統(tǒng)、防空導(dǎo)彈系統(tǒng)、有源干擾系統(tǒng)、對陸打擊電磁炮等武器提供目標(biāo)打擊信息。

編隊(duì)作戰(zhàn)能力是提升近防雷達(dá)發(fā)展的重要技術(shù)途徑，要求新型近程防空反導(dǎo)雷達(dá)具備編隊(duì)信息自協(xié)同能力，編隊(duì)?wèi)B(tài)勢感知融合，編隊(duì)對海探測資源、對空探測資源、對陸探測資源、火力打擊資源按需分配，完成編隊(duì)協(xié)同探測和抗干擾，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同超地平面防空反導(dǎo)，為水面艦艇編隊(duì)提供快速反導(dǎo)能力和更加強(qiáng)大的抗飽和攻擊能力。