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有源相控阵与无源相控阵谁才是舰载雷达的王者

时间:2019-04-24 17:25

  上图是按行、列方式馈电的有源平面相控阵天线原理图,它是将平面相控阵天线分为多个列馈的典型例子。要回答这个问题,首先要搞清楚两种雷达的工作原理不同。之后,图文并茂,聊聊海军列强们装备的一些舰载相控阵雷达……有源相控阵雷达天线阵面的每个天线单元中均含有源电路,发射/接收组件(T/R 组件)是有源相控阵雷达的关键部件,很大程度上决定其性能优劣。收发合一的 T/R 组件包括发射支路、接收支路及射频转换开关及移相器。每个 T/R 组件既有发射高功率放大器(HPA)、滤波器,限幅器,又有低噪声放大器(LNA)、衰减器及移相器、波束控制电路等。由此看见,利用二维相位扫描的有源相控阵雷达设备量和成本都相当可观。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机,发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵列的各个辐射器,目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。

  上图给出了AN/FPS-115 “铺路爪”(PAVEPAWS)全固态大型有源相控阵雷达发射功率分配系统与子天线阵接收机系统的框图,整个雷达天线个子天线阵,每个子天线阵内的功率分配网络及所有T/R 组件均相同,其中功率分配网络为1/32 功分器。虽然是陆基的大型有源相控阵雷达但其原理与舰载有源相控阵雷达是相通的。【据传,台湾装备的该型号雷达是无源相控阵体制的“猴版”,但未经证实。】无源相控阵雷达在功率、效率、波束控制及可靠性等方面不如有源相控阵雷达。后者和前者相比,性能优势明显,因此被作为现代相控阵雷达一个重要研究方向,被用于各种战略、战术雷达,如制导、战场炮位侦查等。随着计算机技术、数模混合集成电路技术及微波移相技术的快速发展,有源相控阵技术具有多目标、远距离、高可靠性和高适应性等优势,正由雷达向通信电子、定位导航等多领域发展。在有源相控阵雷达与无源相控阵雷达之间做出选择,有多种出发点,其中要考虑的一个重要因素是进行功率比较,即在从阵列天线口面上辐射的RF功率相同的条件下,比较采用两种天线对发射机输出的总功率、相应要求的初级电源的总功率和在天线阵面上的热耗功率,以及为实现阵面冷却所要求的冷却系统的功率等。讨论这一问题的重要性还在于,由此可以得出对两种阵列天线及其组成部件的一些不容忽视的要求,这将有助于相控阵雷达有关分系统的设计人员更主动地改进设计和积累经验。从当前各国海军的舰载雷达发展趋势来看,有源相控阵雷达是发展趋向。下面介绍几款“海军列强”装备的主流舰载相控阵雷达: “阿帕”( APAR)多功能有源相控阵雷达的正式编号为9600-M。该雷达是由荷兰、德国和加拿大三国联合研制,已经列装德国“萨克森”级多用途防空护卫舰(F-124)及荷兰“七省/普罗文森”级防空与指挥护卫舰(LCF)。“阿帕”多功能有源相控阵雷达每个天线的阵面(共四个固定阵面)的直径为1米,其上安装3200个收发组件,由于采用有源相控阵技术,只要收发组件数故障率不超过5%,对性能产生影响很小。还用于目标照射和导弹制导、传感器资料融合和情报功能管理。工作在X波段,覆盖方位360°、仰角70°的范围,探测距离为150公里,水平搜索的距离为75公里。其功能有地平线搜索、海面和空中搜索,能同时跟踪250个目标,同时控制32枚半主动导弹(其中16枚处于末端制导阶段),可以控制火炮对水面目标作战,具有对战术弹道导弹的防御能力。采用新的杂波滤波技术,提高对隐身高速掠海目标的探测能力;采用自适应波束控制,增强抗干扰能力;采用超分辨技术,具有目标识别能力。

  “七省”级首舰F-802“普罗文森”号主桅上的 “阿帕”( APAR)多功能有源相控阵雷达

  德国“萨克森”级多用途防空护卫舰(F-124)主桅上的 APAR多功能有源相控阵雷达

  电波暗室内接受测试的 “阿帕”( APAR)多功能有源相控阵雷达“桑普森”(SAMPSON)有源相控阵雷达由英国宇航防务公司负责研发,是“多功能电子扫描雷达”(MESAR)的舰载版本,沿用了其“自适应”功能,可依工作环境进行自我调整以提高精确度。“桑普森”多功能雷达采用了双面旋转阵列天线,内置于碳纤维复合球形抗风雨雷达罩内,每个阵面包括大约2600个辐射单元(每个砷化镓收/发模块有4个通道)。该雷达能够提供监视、跟踪和导弹中程制导支持,已列装45型“勇敢”级防空驱逐舰。该雷达的技术层次与性能都十分优异,很多方面比肩甚至超越美国“宙斯盾”舰艇使用的AN/SPY-1A/B/D系列无源相控阵雷达。其最大侦测距离为250千米,可同时追踪500个目标,并同时接战12个目标。然而,“桑普森”顶尖的性能背后却是令人咋舌的高昂造价——虽然45型“勇敢”级防空驱逐舰的排水量虽比DDG-51“阿利·伯克”级少2000吨,防空导弹搭载量更只有后者的一半,但是总成本却比“阿利·伯克”级高出三至五成,“桑普森”雷达系统高昂的造价堪称主因之一。

  “桑普森”有源相控阵雷达的双面旋转阵列天线内置于碳纤维复合球形抗风雨雷达罩内。

  黄浦江畔拍摄的来访“勇敢”号主桅日本海自“日向”级航母(16DDH)、“秋月”级通用驱逐舰(19DD)、“朝日”级导弹驱逐舰(25DD)的FCS-3及其改进型舰载有源相控阵雷达是继荷兰“阿帕”、英国“桑普森”后,世界上第三套舰载有源相控阵雷达。该雷达属于武器管制用主动相控阵雷达,采用4组固定式相控阵雷达天线,每组天线由一大一小两个天线构成,其中面积较大的八边形天线个工作频率在C波段的收、发模块组成,其最大对空搜索距离达到200千米,可在强电子干扰环境下同时探测、跟踪300个空中和海上目标;天线组中面积较小的天线则是一种主动相控阵火控雷达,这个X波段照射阵面直接来源于日本F-2战斗机【该机是世界上最早列装机载有源相控阵雷达的战斗机】上面的J/APG-1有源相控阵雷达,工作在X波段,用于为“改进型海麻雀”(ESSM)和“标准-Ⅱ”舰空导弹提供末段半主动雷达制导所需要的照射波束,每面天线可同时为多枚导弹提供照射,因此一套FCS-3改能同时控制10枚以上舰空导弹拦截多个空中目标,具备强大的抗“饱和攻击”能力。“出云”级航母(22DH)上层结构设置四个有源相控阵雷达天线对空雷达系统,该雷达是是FCS-3A有源相控阵雷达的衍生型,只保留原本的主阵列,省略用来导控导弹的X波段照明阵列以及后端的零零式火控系统,主要担负对空搜索/监视以及航空管制;相较于FCS-3改,OPS-50经过进一步改良,最大搜索距离增加到360公里以上。

  “秋月”级与“朝日”级的FCS-3改进型有源相控阵雷达两不同波段天线安装位置刚好相反

  舾装中的“朝日”号,对FCS-3改进型有源相控阵雷达天线防护罩进行“安装保护”。

  下水仪式上“朝日”号驱逐舰FCS-3改进型有源相控阵雷达X波段(下)和C波段天线。

  “朝日”级(25DD)2号舰“不知火”号FCS-3改进型有源相控阵雷达天线舾装中……

  SPY-790型(EMPAR)有源相控阵雷达陆上测试,此时未安装雷达天线防护罩。意大利舰载SPY-790型(EMPAR)雷达,是在2000年由阿莱尼亚公司主导研发的新型主动相控阵雷达天线取代元本的被动相控阵天线系统,称为EMPAR MFRA多功能主动相控阵雷达(Multi Functional RadarActive)。使用C波段工作作,能同时执行监视、追踪、制导防空导弹等功能。该雷达配备于法、意两国的“地平线”级防空驱逐舰及意大利海军“加富尔”号(Conte de Cavour C-552)轻型航空母舰,目前总体订单量达40套。该雷达可引导“紫菀-15”和“紫菀-30”防空导弹拦截目标。天线千瓦。天线°俯仰角,对战机大小目标的最大搜索距离约150~180千米,对导弹大小目标的搜索距离为50~60千米,对掠海反舰导弹的搜索距离则为23千米,可同时侦测300个目标,追踪(即优先处理)其中750个目标,并同时导引24枚防空导弹接战12个最具威胁性的目标。 与采用四阵面固定式AN/SPY-1A/B/D系列无源相控阵雷达、APAR有源相控阵雷达等系统相比,EMPAR单阵面旋转式相控阵雷达的成本、重量与体积皆比它们低,但EMPAR雷达的目标更新速率也比它们差,面对以高速接近的目标时可能会有能力不足的情况。

  法、意两国的“地平线”级防空驱逐舰上的SPY-790型(EMPAR)有源相控阵雷达

  意大利“地平线”级防空驱逐舰上的SPY-790型(EMPAR)有源相控阵雷达(蓝色)

  意大利“嘉富尔”号航母的SPY-790型(EMPAR)有源相控阵雷达(蓝圈)。返回搜狐,查看更多