自 1960 年代以来,经过 40 多年的努力,有源电子扫描阵列 (AESA)美国能否发现隐形飞机,也就是俗称的有源相控阵技术,终于成功应用于机载雷达。
国际在线报告:美国国防部国防科学委员会主席对美国军用飞机雷达发展建议的报告中特别强调有源相控阵技术可以极大地扩展功能和提高性能雷达、21美国战斗机雷达、预警和侦察机雷达都应该是AESA系统。事实上,除了F-22和F-35无一例外都配备了AESA雷达,美国第三代现役战机、轰炸机、预警机和侦察机的AESA改进也已经计划和实施。已收到。相应的资金支持。业内普遍的看法是,十年后,不掌握AESA雷达制造能力的厂商将没有立足之地。除美国外,俄罗斯、法国、德国、荷兰、瑞典、英国、以色列等西方国家也在该技术领域进行广泛的合作开发和大量资金投入。
50年来,机载雷达不断注入新的技术成果,性能有了很大提升。新技术是提高雷达探测能力的驱动力。在使用单脉冲跟踪系统之前,锥形扫描系统的雷达难以应对敌方释放的角度欺骗干扰;没有相干系统的脉冲多普勒雷达无法应对强地杂波覆盖的低空。入侵飞机和导弹;没有频率捷变的雷达将很难应对现代战争中广泛使用的杂波。相控阵技术是近年来发展起来的一项新技术。它对雷达发展的影响比单脉冲、脉冲多普勒等任何技术都更为深刻和广泛。 1980年代,首次使用机载相控阵雷达。先进的机载有源相控阵雷达直到本世纪初才刚刚投入使用。 AESA的成功应用是对传统机载雷达的一次革命。大大拓展了雷达的应用领域,提高了雷达的工作性能,从而提高和丰富了战斗机执行任务的能力和作战方式。
采用AESA技术的机载雷达至少会在以下几个方面实现巨大的性能突破:
·雷达工作距离大大增加:由于AESA雷达T/R模块中的RF功率放大器(HPA)与天线辐射器紧密相连,接收信号几乎直接耦合到每个射频低噪声收发模块。放大器(LNA),有效避免干扰和噪声叠加在有用信号上,使加到处理器的信号更加“纯净”。因此,AESA雷达的微波能量馈送损耗大于传统机械扫描雷达。减少。
·解决了可靠性的瓶颈问题:由于信号的发送和接收是由数百个独立的收发器和辐射单元组成,少数单元的故障对系统性能影响不大。测试表明,当10%的单元发生故障时,对系统性能没有明显影响,无需立即维护;当30%的单元失效时,系统增益降低3dB,仍能保持基本工作性能。这种“优雅降级”功能对于战斗机来说是非常可取的。
·解决了同时多功能的问题:所谓同时多功能就是有源相控阵可以同时完成多个雷达功能。可以使用一部分T/R模块完成一项功能,使用另一个T/R模块完成其他功能;也可以用时间分离的方法,用同一张脸交替完成多项功能。例如,雷达在执行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟踪和威胁回避的同时,还可以搜索和跟踪空中目标并对其进行攻击。由于AESA由多个子阵组成,而每个子阵又由多个T/R模块组成,因此可以利用数字波束形成(DBF)技术、自适应波束转向技术和射频功率管理技术来使雷达大幅扩充,可满足各种条件下的作战需要。因此,可以开发出许多新的雷达功能和空战战术。
·隐形飞机和现代空战需要相控阵雷达:配备相控阵雷达(PESA或AESA)的隐形飞机几乎是唯一的选择。到目前为止,还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机这一事实也说明了这一点。低拦截概率(LPI)和低观测特性(LO)是隐身飞机能否实现隐身并成功完成作战任务的关键。在当前极其严峻的电子干扰环境下,“LPI”,即机载雷达辐射的电磁波被敌方拦截的概率是一个重要的性能指标。在攻击被专用电子干扰机覆盖的集群或单机时,强大的电磁干扰会使传统雷达无法正常工作。 AESA天线孔径场的幅值和相位可以随意控制,使天线旁瓣的零值指向敌方干扰源,使其无法接收到足够强度的雷达信号,从而有效干扰无法实施。通过数字波束形成(DBF)技术,可以将主波束分成两束,使其零值瞄准敌方干扰源;如果干扰源位于雷达旁瓣方向,也可以在该方向形成零值,使敌方无法接收到雷达信号,无法进行有效干扰。 AESA的自适应波束赋形能力是机载雷达在复杂电磁环境中保持作战能力的重要因素。
目前正在研发和装备的具有代表性的战斗机AESA雷达有:
(1)F-22机载雷达(AN/APG-77):经常有人问,第四代战机F-22最让人印象深刻的特点是什么?它在哪个区域?有最重要的技术突破吗?通常的答案是它的隐身和超音速巡航特性。但这些特性实际上已经分别在之前的战斗机上分别在 F-117 和 SR-71 上实现了。不是突破。工业人和 F-22飞行员普遍认为,F-22最大的突破是其航电系统集成度更高,首次在战机上使用AESA雷达,作战功能丰富,对战机目标的作用距离超过200公里。可实现“先发现敌、先发射敌人、先击中敌人”。F-22雷达可进行脉冲间变频和快速扫描,对敌人难以发现和定位,同时可以电子情报采集也采用时分法,实施干扰、监视或通信。这些是以前的战斗机雷达无法实现的。下图为F-22雷达AESA正面照。
F-22 雷达使用由诺斯罗普·格鲁曼公司和雷神系统公司联合开发的 AESA 系统。该雷达将用于 2000 年代初在美国空军服役的 F-22 先进战术战斗机,它是目前世界上最先进的战斗机。 F-22可以在各种威胁环境以及近战空战中以低可观察性、高机动性和高灵活性攻击超视距敌机。 1998年4月,诺斯罗普·格鲁曼公司向波音飞机公司的F-22航电综合实验室交付了第一套APG-77雷达硬件和软件,用于对F-22航电进行系统综合测试和鉴定测试。作为 APG-77 项目工程开发 (EMD) 阶段一部分的前 11 台雷达已交付给诺斯罗普·格鲁曼公司的马里兰测试实验室,用于系统级综合和测试。全尺寸雷达自 1999 年开始生产,预计 2004 年 11 月具备初始作战能力(IOC),2005 年投入使用。AN/APG-77 雷达是典型的多功能多工雷达,其主要功能有:
● 远程搜索 (RS)
● 线索搜索(cued search)
● 全方位中程搜索(速度范围搜索)
● 单目标和多目标跟踪
● AMRAAM数传方式(向先进的中程空空导弹发送制导修正指令)
● 对象识别 (ID)
● 群目标分离(入侵判断)(RA)
● 天气探测
雷达可能的扩展功能包括:
● 空中/地面合成孔径雷达 (SAR) 测绘
● 改进的对象识别
● 扩大工作空间(通过设置边阵列)
(1) F-35(JSF) 机载雷达 (AN/APG-81): 2000 年,美国国防部 JSF 项目办公室授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份价值 4200 万美元的 JSF 设计合同作为多功能集成射频系统/多功能阵列 (MIRFS/MFA) 计划的一部分,AESA 雷达的开发和飞行测试。雷达系统使用最先进的 AESA 天线、高性能接收器/激励器、商用处理器(货架产品) 由于采用了最新的技术成果,大大减少了元器件和内部连接器的数量,因此JSF雷达的成本和重量比其前身(F-22雷达)大大降低. 减少3/5左右,制造和维护比较简单,MIRFS/MFS方案要求T/R模块可以实现全自动化生产;可靠性比传统的高一个数量级机械扫描雷达;后勤保障和生命周期c osts降低50% APG-81采用开放式结构,为未来的性能增长提供了很大的空间。 JSF AESA 雷达设计的一个重要原则是它必须满足 JSF 对隐身特性的要求。同时强调,必须满足军方提出的JSF“四个属性”。 "要求,即:可负担性、杀伤力、生存能力和安全性。
(3) F/A-18E/F 雷达 AESA 改进型 (AN/APG-79):
F-18D/C/E/F最初配备雷达APG-65/73,其AESA改进型为APG-79。该雷达仍由 APG-65/73 雷达的制造商 Raytheon 开发。 APG-79采用先进的AESA系统,于2003年7月30日在美国中国湖海空作战中心在F/A-18上成功首飞。新雷达可与现有F /A-18 机载武器,而设计为未来的全面扩展留下了空间。 APG-79 AESA雷达大大降低了舰载机的雷达可观测性,即提高了飞机的隐身特性。雷达的可靠性和可维护性也得到了根本性的提升。雷神公司将在2005年正式向波音公司交付安装的APG-79雷达。APG-79 AESA雷达具有以下功能和特点:
清空到空:
·攻击远程目标
·通过资源管理器减少试验工作量
对面空:
·防区外的远程高分辨率地图映射
·具备同时以多种方式工作的能力
可靠性和成本:
·提高系统可靠性5倍
·自检系统可将故障隔离到现场可更换模块(LRM)
·通过T/R模块的特殊设计实现系统的“完美”降级
·运营成本大大降低
配备F/A-18E/F的三套AESA雷达系统于2004年6月在中国湖海空作战中心开始新一轮测试,并通知试飞组组建特种作战部队,埃及涉及绿色空军基地等单位的试点计划。还要求演示测试飞机和指挥舰之间的通信链路,以研究 F/A-18E/F 和 EA-18G 可以向指挥舰提供哪些信息。海军已经成立了一个工作组,现在正在和空军的F-15和JSF人员进行深入的讨论,比如联合测试和性能鉴定等问题,并成立一个工作组来审查相关的标准、结构和协议。美国海军和空军目前正在研究 AESA 可以为未来的战争带来哪些变化和好处?他们正在寻找几个关键问题的答案:
·目前有源相控阵雷达的工作距离是传统机械扫描雷达的两倍,可用的雷达功能也大大丰富了,我们还能创造什么新的战术?
·2 机或 4 机编队如何执行空对空和空对地攻击任务?
·如何带领一群没有AESA的普通战机,通过配备AESA的战机提升作战能力?
(4) F-16(UAE) 雷达 AESA 改进型 (AN/APG-80):
F-16 最初配备了 APG-66/68,而 APG-80 是它的 AESA 变体,仍由诺斯罗普·格鲁曼公司开发。该公司还在为 F-16UAE 开发电子战系统。 F-16UAE是为阿联酋研制的第60批F-16,计划生产80架。 2004年至2007年交付。由于诺斯罗普·格鲁曼公司同时收到了F-22和F-35的配套雷达开发合同,大部分AESA技术和模块都可以移植到APG-80中。这使得开发周期可以大大缩短。该雷达预计将于 2004 年 7 月交付给飞机承包商洛克希德马丁公司进行雷达验收测试。APG-80 雷达具有先进的空对地和空对地工作模式,这也是第一个产品使用诺斯罗普·格鲁曼公司的第四代发射器/接收器模块化技术。 APG-80 可以连续搜索和跟踪出现在其扫描范围内的多个目标。此外,飞行员还可以同时进行空对空搜索跟踪、空对地瞄准和地形匹配飞行。
新的波束敏捷技术带来了雷达能力的巨大提升,扩大了飞行员的态势感知能力,使雷达能够探测更远距离的目标,并具备高清合成孔径雷达成像能力。雷达的可靠性也比传统的机械扫描雷达高出数倍。
(5) F-15 改进型雷达 (AN/APG-63V2)
F-15 最初配备 AGP-63/70,而 APG-63V2 是改进型,使用有源相控阵系统。雷神公司已完成向波音飞机公司交付最后 18 台 F-15C APG-63(V)2 AESA 雷达。这是世界上第一个进入空军服役的战斗机AESA雷达。该雷达取消了原F-15雷达笨重的液压天线驱动系统,雷达的快速扫描和多目标跟踪能力提高了几个数量级。提高飞行员对战场环境的认知能力。这种类型的雷达与现有的飞机武器系统很好地兼容。由于作业距离的增加,增程型AIM-120的性能可以得到充分发挥美国能否发现隐形飞机,它可以在更大的视场(方位角和俯仰角)内引导多枚空空导弹,同时攻击多个目标同时,包括雷达拦截。小面积隐身目标,如巡航导弹等。