當?shù)?1月26日,根據(jù)伊朗塔斯尼姆通訊社公布的信息,伊朗海軍最新型驅(qū)逐艦“迪爾曼”號即將正式入列。該驅(qū)逐艦最引人注目的技術(shù)特征是配備了4部有源相控陣雷達,使其成為伊朗媒體口中的海軍首艘“盾艦”。
雷達作為人類在20世紀的一項重要發(fā)明,自問世以來其相關(guān)技術(shù)及裝備發(fā)展迅速,并得到廣泛應用,而相控陣雷達的出現(xiàn),則是雷達演進史中的“大事件”。目前,世界上已經(jīng)有多個國家在艦艇和戰(zhàn)機上配備了相控陣雷達。配備相控陣雷達的數(shù)質(zhì)量,成為衡量軍隊武器裝備和防御網(wǎng)絡先進與否的一項重要指標。
那么,到底什么是相控陣雷達?相比傳統(tǒng)雷達,相控陣雷達有哪些進步與發(fā)展?未來又將有哪些應用前景?請看相關(guān)解讀。
作為雷達“集合體”的相控陣雷達
影視作品中,我們經(jīng)常見到雷達進行旋轉(zhuǎn)掃描,這種雷達大多是傳統(tǒng)的機械雷達。
雷達是英文Radar的音譯,意為“無線電探測和測距”,即利用電磁波對目標(飛機、船舶、坦克等)進行探測、定位和識別的電子裝備。就像探照燈一樣,雷達發(fā)射一束電磁波,碰到物體以后反射回來,被接收機接收到,于是就能探測到物體。
機械雷達在工作過程中要一邊轉(zhuǎn)動天線一邊發(fā)射電磁波,這需要一系列特殊的裝備,導致雷達的結(jié)構(gòu)復雜、體量龐大。
轉(zhuǎn)動總有時間差,加上轉(zhuǎn)動盲區(qū)大,所以傳統(tǒng)的機械雷達偵察能力與它的體量并不匹配,與現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求差距越來越大。
這時,相控陣雷達應運而生。廣義上來講,相控陣雷達就是許多小型傳統(tǒng)雷達的“集合體”,里面每一個小型傳統(tǒng)雷達就是一個陣元。
我們可以將它比作“蜻蜓之眼”。眾所周知,蜻蜓的眼睛是復眼,每只復眼由無數(shù)個單眼組成,每個單眼都能完整成像,這就使蜻蜓比人眼能看到的范圍大了許多,從而為自身提供更廣闊的眼界。
與之相似,相控陣雷達的天線陣面也是由無數(shù)個接收單元和輻射單元組成,很多個小雷達“綁”在一起,構(gòu)成陣列天線。
同時,與傳統(tǒng)機械雷達依靠天線物理上的機械轉(zhuǎn)動進行掃描不同,相控陣雷達可以發(fā)射出很多的波束,邊掃描邊跟蹤,故而具有了許多機械雷達無可比擬的優(yōu)越性。
——目標容量大。相控陣雷達電掃描靈活性、快速性等特點可以讓其眼觀八方,同時捕捉到多批目標,敵方在其火眼金睛下很難遁形,可控制多枚導彈對多個目標進行打擊。
——功能多、機動性強。相控陣雷達能同時形成多個獨立控制的波束,分別完成搜索、探測和制導導彈等功能,一部雷達就能完成多部專用機械雷達的工作,大大提升了系統(tǒng)的機動能力。
——指向靈活、數(shù)據(jù)率高。相控陣雷達天線無需做指針式圓周轉(zhuǎn)動,擺脫了傳統(tǒng)意義的天線掃描方式。電掃描使其波束指向靈活,大大縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞等所需的時間,因此具有更高的數(shù)據(jù)率。
——抗干擾能力強。相控陣雷達輻射單元多,發(fā)射功率高,能夠合理地管理能量,根據(jù)方向的不同分配不同的能量并進行發(fā)射,易于對抗各種干擾。
——可靠性高。雷達的陣列組較多,且并聯(lián)使用,即使有少量組件失效,仍能正常工作。
當然,相控陣雷達也有一些缺點。一方面,相控陣雷達造價昂貴,典型的相控陣雷達造價是普通雷達的10倍左右;另一方面,相控陣雷達波束掃描范圍有限。其最大的掃描角度為90~120度,如果要做到360度全范圍掃描,需要幾個相控陣雷達才能實現(xiàn)。
目前,多功能相控陣雷達已廣泛應用于機載系統(tǒng)、艦載系統(tǒng)和地面遠程預警系統(tǒng),典型的如俄羅斯C-300防空武器系統(tǒng)的多功能相控陣雷達等。
從“無源相控陣”走向“有源相控陣”
就像從“功能手機”到“智能手機”的跨越,相控陣雷達也實現(xiàn)了從無源相控陣雷達到有源相控陣雷達的升級。
時間回溯到二戰(zhàn)時期,德國在“愛神”雷達的基礎(chǔ)上研制升級成最初的無源相控陣雷達,其產(chǎn)生的波束在垂直面可控,且全部采用一個電磁波發(fā)射機,在雷達陣面上不產(chǎn)生電磁波。
進入20世紀60年代以后,相控陣雷達的發(fā)展進入了高潮。美國和蘇聯(lián)相繼研制和裝備了多部地面相控陣雷達,多用于彈道導彈防御、外空目標監(jiān)測及衛(wèi)星觀測。
20世紀70年代開始,隨著人們對相控陣雷達的不斷研發(fā),相控陣雷達得到更廣泛的應用。80年代以后,砷化鎵等半導體器件的出現(xiàn)更是讓相控陣雷達的發(fā)展如雨后春筍般突飛猛進,并漸漸地開始從無源相控陣雷達走向有源相控陣雷達。
從外表上看,有源相控陣雷達和無源相控陣雷達并沒有太大的區(qū)別,都是由很多小單元組成,每一個小單元的天線都能發(fā)射和接收信號,也都能通過電磁干涉來控制電磁波束的方向,高速掃描目標空域。
但從“無源”到“有源”,有源相控陣雷達的優(yōu)勢顯而易見。
性能的進化——
無源相控陣雷達只有一個發(fā)射機和接收機,一次只能產(chǎn)生一個波束,只能通過迅速轉(zhuǎn)移波束掃描多個目標,而且精度較差。如果發(fā)射和接收環(huán)節(jié)出了問題,整個雷達都不能使用。
而有源相控陣雷達則是每個輻射器都安裝了發(fā)射和接收的組件,整個雷達可以擁有成千上萬個這樣的輻射器,就算其中有些輻射器壞了,也不會影響其他輻射器的正常運行;同時,有源相控陣雷達的每個天線元件接收和發(fā)射信號都有單獨的控制開關(guān),當工作任務量不大的時候,可以只啟動部分天線元件工作,從而降低雷達功耗。
戰(zhàn)略威懾性強——
無源相控陣雷達工作時必須要啟動所有的天線元件,系統(tǒng)功耗相對較高。信息處理能力也相對較弱,一般只能在同一時間執(zhí)行單一任務。
有源相控陣雷達的組件既能獨立發(fā)射雷達波,也能接收回波信號,大幅提高了掃描速度。除了傳統(tǒng)的搜索跟蹤功能外,有源相控陣雷達還具有更加強大的跟蹤目標能力,可以同時跟蹤多個方向的幾百個目標,進行電子對抗干擾和遠程通信等。
第一代有源相控陣雷達系統(tǒng)接近定型的有美國裝備F-22和日本裝備FS-X的雷達,英、法和德國共同研制的AMSAR項目也確定使用先進的有源相控陣雷達技術(shù),為其后續(xù)的歐洲戰(zhàn)斗機雷達的升級改裝做準備。
此時“有源”勝“無源”。有源相控陣雷達的出現(xiàn),在技術(shù)層面上要比無源相控陣雷達更加先進,在提高掃描精度和壓縮雷達體積等方面,都具有無可比擬的優(yōu)勢。
未來可期的數(shù)字相控陣雷達
對戰(zhàn)機和軍艦來講,雷達就是眼睛?,F(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境復雜多變,給戰(zhàn)機、軍艦執(zhí)行多項作戰(zhàn)任務帶來了巨大挑戰(zhàn),性能優(yōu)越、更易攜行的相控陣雷達也由此成為舉足輕重的存在。比如,由荷蘭泰利斯-NL公司、德國EADS公司和加拿大北電公司共同研制的APAR艦載多功能有源相控陣雷達,由4個固定的有源陣面組成,可覆蓋360度的方位面,同時完成連續(xù)水平搜索、多目標跟蹤、導彈制導支援、海面火控支援、目標攔截等任務。
在2004年,俄羅斯宣稱部署55Zh6ME Nebo-M數(shù)字相控陣雷達,在遠距離也可獲得分辨率極高的波束,有效地解決了雷達搜索距離和精確度的矛盾。
此后,數(shù)字相控陣雷達漸漸進入人們的視野。
數(shù)字相控陣雷達利用數(shù)字信號處理技術(shù),可以實現(xiàn)低功耗、高穩(wěn)定、高精度,具有快速的廣域掃描速率、高靈敏度、易于軟件化、更易實現(xiàn)共形技術(shù)等優(yōu)勢。
在應用的過程中,數(shù)字相控陣雷達以其獨特的優(yōu)勢廣受歡迎。它可以快速測量多目標的距離和速度,應用于導彈、戰(zhàn)機,可大幅提高預警系統(tǒng)與反導系統(tǒng)的靈敏度,擴大預警范圍,提高攔截能力;或可與地面裝備的火控、光電系統(tǒng)相結(jié)合,增強對目標的探測識別能力,提升火力打擊精確度。
但與此同時,有些暴露出來的問題也亟待解決。一方面,數(shù)字相控陣雷達采用“寬發(fā)窄收”的工作模式,通過發(fā)送一個寬波束,接收多個窄波束,雖然保證了匹配率,但也限制了發(fā)射陣面口徑的利用率。另一方面,發(fā)射多個波束也會側(cè)面導致能量較為分散,利用率低下。
不可否認的是,未來的戰(zhàn)場上,數(shù)字相控陣雷達可能會更加頻繁地出現(xiàn)在人們的視野之中。未來戰(zhàn)場對于雷達的需求,也逐漸向功能數(shù)字化、目標多樣化、環(huán)境復雜化的方向轉(zhuǎn)變。
從“看得見”到“看得清”再到“辨得明”,隨著科學技術(shù)的不斷進步,相控陣雷達仍將大放異彩,廣泛地應用于陸基、艦(船)載、機載等幾乎所有民用和軍用領(lǐng)域,“雷達之王”的地位目前不可撼動,其發(fā)展也將進入一個全新階段。(解放軍報)
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