F22的空中优势与弱点(转)

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导读: F-22机载雷达与空中优势 唐臻富 (电子对抗国防科技重点实验室 成都 610036) [摘要]F-22为代表的机载雷达与电子战设备,是为争夺制空权、获取空中优势 目的而设计研制的,有其独具远见的特点和性能。采用由T/R模抉组成的有源电扫 阵天线,使其作用距离大大延伸,并真正成为多功能射频系统。在跟踪识别干扰 目标时,自己并不容易被目标锁定,真正实现了低可观测性能。加上隐身和超音 速巡航两大特点,使F-22能够“先敌发现,先敌发射和先敌摧毁”,是21世 纪夺取

F-22机载雷达与空中优势


唐臻富


(电子对抗国防科技重点实验室 成都 610036)


[摘要]F-22为代表的机载雷达与电子战设备,是为争夺制空权、获取空中优势

目的而设计研制的,有其独具远见的特点和性能。采用由T/R模抉组成的有源电扫

阵天线,使其作用距离大大延伸,并真正成为多功能射频系统。在跟踪识别干扰

目标时,自己并不容易被目标锁定,真正实现了低可观测性能。加上隐身和超音

速巡航两大特点,使F-22能够“先敌发现,先敌发射和先敌摧毁”,是21世

纪夺取制空权的空中优势飞机。


关键词 机载雷达 AESA雷达 电子干扰 多功能射频系统 空中优势


0 引言


在未来任何战役中,不受损害地使用空、天,同时不让敌人具有同样的能力,

对于每个作战要素都是决定性的首要条件。没有这种能力,就会丧失由空中力量固

有的速度、范围和灵活性产生的优势。当武器的精确度和致命性提高时,只有获得

了空中优势,才能使我们可以观察敌人、跟踪敌人的行动、并以迅速和精确的方法

作出反应.


空中优势的基本前提就是压制或破坏敌人控制天空的能力.


随着科学技术突飞猛进的发展,进攻性空中飞行器和大规模杀伤性武器的威胁

程度日益增大,包括远距离发射的隐身巡航导弹、战区弹道导弹乃至计划和设计中

的超高音速GPS制导导弹,对安全构成极大威胁.于是刺激了对诸如高功率微波、

高能激光等对抗攻击飞机的非传统防御武器系统的需要不断增大。这反过来又促使

进攻方必须采取一切手段有效地压制敌人防空以获取空中优势,于是要求能探测、

定位和识别地(海)面的和空中的、固定的或移动的甚至隐蔽的目标,拦截并摧毁

这些目标,作战飞机都要有可靠的机载威胁告警系统和自卫系统。


以F-22 ATF 和 JSF 联合攻击战斗机为代表的机载雷达与电子战设备,以及正

在试飞的各种长航时无人机与历经近代局部战争并大显身手的空中监视与预警飞机

上的雷达侦察设备,都是为获取空中优势、争夺制空权的目的而研制的,同时也代

表了未来航空电子设备的发展方向。


1 F-22雷达:未来机载雷达典范


今后二三十年间,有人驾驶飞行器仍将是空中力量的主要支柱.航天资源将具

有主动和被动的反飞机能力,同样,飞机也具有主动和被动的反卫星能力.作为主

要探侧手段的雷达将具有丰富的多种探测技术。为21世纪设计的F-22 ATF 先进

F-22战斗机的重要探测设备雷达,与当今战斗机上用的先进雷达相比,更有其独具远

见的特点和优良性能。


F-22 的出众与神秘还不在于它的超音速与隐身性能,而在于为它研制的难于

检测和高度综合化的雷达与传感器系统使其探测和杀伤距离的大大延伸.这正是现

代在役各种先进战斗机所不能与之比肩的性能。


F-22 ATF 飞机计划引出了综合航空电子设备概念,基于这一计划过程的研究

开发的成果,尔后又提出了完全综合化即一体化航空电子设备新概念。F-22 航空电

子设备还不是一体化的,它是向一体化航空电子设备概念过渡的论证性先驱性平台.

然而,F-22 的先进性己远远超过了当今世界水平,它是美国为21世纪设计的空中

优势战斗机,反映了美国要在军事技术上处于绝对领先优势的霸权野心。


代号APG-77、由美国诺斯罗普格鲁曼公司电子传感器与系统分部研制的F-22 雷

达.是由两千个T/R模块构成的有源电扫阵(AESA)雷达.正是这一技术使 F-22 的

雷达能有超群的能力,也正是AESA技术实现了雷达功能与电子情报收集、ECM干扰、

监视和通信等功能的综合,也正因为 AESA 技术能如此集中地赋予一架隐身飞机众多

的射频功能,才使从前认为隐身飞机若辐射电子信号会暴露自己位置的陈固观念从

而被刷新。


事实上,说F-22 的APG-77 是个低截获概率雷达未免太小视它了,应该把它叫

做多功能射频系统更贴切。


1.1 远距离探铡、识别和拦截能力

F-22的APG-77 AESA 雷达靠其自身先进的天线孔径性能,可以无源地侦收到250

海里(460公里以上)以远的敌机载雷达的信号,真正具备了所说的“first look"

(先敌发现)能力。

当 APG-77 雷达要锁定目标时,它以猝发模式工作,避免威胁目标获得它的信

息.但 APG-77 雷达却可以对它发现的目标进行分类、跟踪. APG-77 雷达对目标的截

获距离超过120海里(220公里以上)。雷达在其频段范围内采取脉间跳频捷变,

因为是电扫阵天线,雷达发射机就可以在不同的频率点上把辐射能量分配到不同的

位置( 单元)上,表面上看起来是随机序列的,这样防止被检侧。阵面上的2000

个T/R模块每一块都可以使雷达在不同的时间上和不同的频率上发射信号。而且脉冲

与脉冲间波形不同,看起来像不同的雷达在不同的频率上发射,起支持作用和保障作

用的是该雷达所采用的先进高速处理器。F-22 飞机一旦锁定目标,在目标还未弄清

周围情况时,F-22 便可以启动空空或空对地导弹的发射了,所以,它具有

“first look"(先敌发现)能力。由于先敌开火,它的导弹对目标就真正构成了杀伤威胁,

所以就实现了“first kil"(先敌摧毁)的最终目的。


航空电子设备从技战术性能上支持飞机拥有上述“三先”能力,是使F-22成为21

世纪空中优势飞机进而获取空中优势最主要的因素之一。


表 1 F-22和其他作战飞机的雷达探测距离(单位:KM)

----------------------------------------------------------------------

飞机: F-22 JSF F-15C F/A-18 F-16/60 SU-27 F-15C MIG-29 F-16/50


雷达:(AESA) (AESA) (AESA) (AESA) (AESA) ( 传 统 雷 达 )


距离: >230 >170 >160 >140 >130 >110 >110 >80 >80

----------------------------------------------------------------------



1.2雷达与电子战功能的综合:多功能射频系统


F-22借助于 AESA 口径,首次实现了雷达、EW和通信多种射频功能的综合。

关键是AESA能同时产生多个波束。一些波束用于检测和定位空中或地面目标,引导

第二组波束干扰,第三组波束可与己方资源通信。也就是说,以前分别由雷达天线、

干扰天线和ESM接收机天线在计算机控制下完成的射频功能,现在可由这个AESA阵

几乎同时地进行。在F-22飞机上,AESA阵的前向视角被限定在120度, 而其他天

线则作为AESA的补充,提供飞机四周的射频和红外告警覆盖,为了削减成本,放

弃了曾经考虑的能大大扩展雷达视野的边装阵计划。


1.3致命的电子招式


由于F-22采用AESA阵列和先进性能的计算机处理器,不但使AESA雷达成为

射频多功能系统,还使F-22飞机能够采取致命的电子招式令敌雷达无所适从。


如前面所述,F-22 的雷达在探测和识别敌雷达目标时采用的是碎发工作模式,

在某一频率上发射的脉冲有它的波形,下个脉冲不但波形变了,而且频率也不一样,

让敌方看起来是另一部雷达。以后发射出来的脉冲进一步不同。这样,避免被敌方

检测,至少能迷感敌人。


假若对手真要通过与F-22 的电子招式过招来锁定F-22,它必须跟踪F-22的雷达信

号一定的时间,以使火控雷达或制导雷达锁定F-22 的信号.然而F-22 自身具有的

雷达干扰能力将使对手的任务执行起来十分艰难。F-22 的传感器系统和计算机能识

别敌方雷达信号,决定敌雷达建立起锁定状态所需时间长短,于是F-22 能确保它向

该敌机发射干扰波束的时间刚好使敌雷达解锁就够了。当敌雷达重新开始锁定时,

F-22 的千扰机则去干扰别的雷达去了,或者转为监视或分析任务,但它将继续及

时返回与这个敌雷达对垒,直到这个敌雷达处于F-22雷达的跟踪距离之外为止.


AESA中的部分T/R模块可以形成铅笔形波束的干扰信号,发射的千扰信号功

率受限但也是很强的,比EA-6B“徘徊者”的干扰信号还强,因为F-22的AESA雷

达天线仅仅只干扰很窄频带,而EA-6B却要把它的干扰功率分配于很宽的频带和很

宽的方位扇面内。之所以干扰功率受限,是因为它是隐身飞机,不能因辐射强大的

干扰信号而在相当大的范围内把F-22 暴露出来,只能使用有限的干扰功率,只能在

你需要的时间内用这点功率准确干扰想要干扰的领域,干扰辐射的时间长短以刚好

使敌人的地面制导雷达或火控雷达不能建立起锁定为准。


F-22同样使用经典的速度门拖引(VGPO)和距离门拖引(RGPO)干扰技术。


与此同时,F-22 能够分析敌人的电子战斗序列(EOB),即能够对敌人辐射源定

位、识别以及准确标示其位置。即使F-22 在跟踪空对空目标时,特别是正在跟踪从

空中射来的防空导弹时,也想知道下面的SAM威胁此刻有何举动,以便及时采取应

对的干扰措施。此时,F-22的低可观测性能与电子战结合起来,因为F-22是世界上

第一种能使传感器和处理机强大的计算能力结合起来这么做的隐身飞机。


2 设想与展望


按照计划,F-22 ATF飞机将于2004年正式装备美国空军,具备初始作战能力.

据美国空军的官员认为,若对F-22 的航空电子设备特别是多功能射频系统稍加一些

改进,如使其能存储、分析并调用它能够收集到的电子情报数据,F-22 将更具有威

慑力,更难与之抗衡。F-22 在了解空中威胁、避免被检测、先敌发射导弹以及作为

ELINT平台以建立敌人战场上的EOB等方面。大有潜力可挖。F-22还能够在千扰SAM

阵地的同时向该SAM阵地发射导弹将其摧毁.

F-22的APG-77 雷达稍加改进就具有空对地能力,例如防空压制、轰炸隐藏的目

标等.其中一项改进是从提高每块T/R模块的功率和效率、减轻冷却负担入手以提

高系统的总输出功率。另一项就是提高计算机处理能力和处理速度,以便能从噪声背

景中特别是在隐身飞机容易被发现的、拥挤的低频段范围内提取更多的目标。这

样改进后,F-22 的雷达作用距离会更远,能从嗓声背景中识别出级慢运动的较小目

标。将来,还能让AESA天线分出一个雷达波束搜索太空中的目标,以便与其他传感

器融合信息。有利的条件是,F-22的航空电子系统设计从一开始就为改雷达的性能

增强预留有富裕的冷却、空间和电力。


3 结语


科索沃战争结束后,美国空军发觉自他们把EF-111 和F-4G退役后,虽

然在联合作战中能够得到海军的EA-6B电子战飞机的支援,但空军自身的电子战能

力有所削弱,应付强度稍大的局部作战显得有些力不从心了.因此,空军正积极重

振其电子战能力,研究考察如何配置其在21世纪的电子战资源.其中一种倾向就是

利用F-22 开发电子信号侦察机,也有人提出让F-22 承担“野鼬”任务,执行致命

防空压制.


不管将来发生什么变化,F-22 作为21世纪美国空军夺取制空权的空中优势飞

机的地位是肯定无疑的.


参考文献


1 David A.Fulghum.New F-22 Radar Unveils Future.AW&ST,2000,152(6):50一51


2 David A.FulghumA. F-22 .JSF Designed for Distinct Rolls.

AW&ST,2000,152(6):52-54







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