浅析052型驱逐舰相控阵雷达可测隐身战机

舰载多功能相控阵雷达是舰载雷达的一个主要发展方向,具有探测目标精度高、抗干扰能力强、可靠性高、隐身性能好等诸多优点。相控阵雷达采用电子稳定平台,通过自适应调度雷达时间和能量资源,改变天线表面阵列所发出波束的合成方式来改变波束扫描方向,可同时完成搜索警戒、精确跟踪、目标敌我识别、导弹制导、目标引导等多种功能。相控阵雷达使用电子扫描方式,通过改变频率或者是改变相位的方式,将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描扫描速率高、改变波束方向的速率快、对于目标测量精确度高于机械扫描雷达。目前,中、美、日、俄、法、意、德、英等国家都装备或正在研制相控阵雷达,其中较为著名的有中国装备于052C导弹驱逐舰和“辽宁”号航空母舰上的346相控阵雷达和装备于052D型导弹驱逐舰上的346A型相控阵雷达;美国装备于阿利•伯克级驱逐舰上的SPY-1系列相控阵雷达;日本海军装备在“日向”级“护卫舰”上的FCS-3型相控阵雷达等。

多功能相控阵雷达虽然有着诸多的优点,但其与任何武器装备一样,有其利也有其弊。从造价上来说,相控阵雷达的造价普遍偏高,往往是普通雷达的数十倍乃至数百倍,这使得多功能相控阵雷达一般只能装备在一些高端主战舰艇上;从适装舰艇方面来说,由于多功能相控阵雷达的重量一般较重而体积较大,故此,只能装备于大型舰艇上。从能耗上来说,多功能相控阵雷达的功率较大,长时间开机对舰艇上宝贵的能源资源耗费厉害。在性能上,多功能相控阵雷达也有一些不足之处,如对杂波特别是海杂波抑制能力不足、探测隐身目标能力不足、在对抗自卫式噪声干扰能力不足、探测低空及掠海目标能力不足、在强杂波背景时性能下降等。

舰载多功能相控阵雷达既有预警雷达的远程警戒能力,又具有火控雷达的高精度。其警戒预警距离超过300千米,全空域搜索数据率在10至20秒。为满足舰载武器系统制导及火控的精度要求,雷达跟踪测量精度不能超过10分,而一般舰载警戒雷达的跟踪测量精度往往在几度以内。综合多方面性能上的考虑及目前的科技水平和经济性,舰载相控阵雷达雷达一般都以S频段作为工作频段。S频段与C频段和X频段相比较而言,波束宽,可用带宽窄,对海杂波的抑制能力不强。为了进行三坐标测量,该类型雷达都采用针状波束,为了提高可靠性,一般都采用工作在饱和放大模式的固态发射机。由于发射机输出功率不可调,故不能象普通对海雷达那样对发射波束进行赋形,导致在低空或掠海工作模式时海杂波更加强烈。在近岸工作时,如果蒸发波导等异常传播效应明显,会有大量远距陆地、岛屿等杂波出现,距离上的多重折叠会进一步增加杂波抑制的难度。而为了保证多任务和多目标能力,此时一般不采用MTD或PD等大量耗费雷达时间资源的工作方式,这就限制了雷达的杂波抑制效果。

雷达的对海探测为直线传输式,受地球曲率影响,探测距离一般为视距。俗话说,站得高看得远,要加大对海探测距离最好的办法是将雷达架高,但由于相控阵雷达的体积较大重量较重,架设高度对舰艇的初稳心影响较大,必须在架设高度和舰艇的稳性之间取得平衡,故此其对海探测距离是有限的。鉴于相控阵雷达的架设高度通常较低,工作波长较长,其盲区也更近更宽,故此会发生对海面目标跟踪不连续现象,因为雷达的工作带宽有限,故此也难以通过宽带工作减少这一现象。随着各国海军超音速反舰导弹的广泛使用,低空掠海导弹已经成为舰艇所面临的重大威胁,超音速和高超音速反舰导弹的出现,这种威胁显得更为严重,对舰载武器系统的反应时间要求更高,这就要求相控阵雷达具有更远的对海探测距离、更高的搜索数据率和更好的跟踪航迹精度,来满足武器系统反应时间和对火控数据质量的要求。这对于舰载多功能相控阵雷达已经难以胜任,有必要设置专用的、架设跟高的对海雷达并采用对海性能更优的频段,采用最佳的信号形式和处理方式,降低海杂波干扰,改善对掠海目标的观测性能。如2013年10月份下水的美国朱姆沃特级新型驱逐舰上,不但安装了SPY-3型多功能相控阵雷达,还安装了X频段的三坐标雷达,以解决低空掠海目标的探测问题。中国海军在安装了国产346型相控阵雷达的052C及052D导弹驱逐舰上也安装了366型多波段超视距雷达,其对海超视距探测距离可达100千米至数百千米。

舰载多功能相控阵雷达对隐身目标的搜索并没有优势,但在发现目标后可采用集能“烧穿”工作方式提高跟踪距离,为舰载武器系统提供更多的反应时间。隐身目标使舰载雷达的威力降低,使自己暴露在对方武器系统的威胁之下,对隐身目标而言,战场透明度要远远强于非隐身的一方。当警戒雷达发现并提供满足武器系统精度 要求的跟踪数据距离时,己方舰艇已没有足够多的武器反应时间,而对方早已可以实施导弹攻击。目前对隐身目标探测常用的手段是采用米波雷达、毫米波雷达或双 /多基地雷达,利用隐身目标在某些频段和视角时隐身效果下降的特点,增加对其探测距离。比如美军的F-117隐身战斗机,对于2至3厘米波长的雷达,其RCS雷达截面积约为0.1平方米,而对于米波雷达,其RCS雷达截面积约为1平方米。但由于米波雷达天线庞大,其旋回半径容易遮挡舰载武器的射界,导致有效射界减小,而毫米波雷达的威力有限等原因,双/多基地雷达成为主要选择。双/多基地雷达探测方式是利用隐身目标背侧向反射面积显著增加的特点,增加对其发现距离,以发挥舰载多功能相控阵雷达的优势。多平台协同工作即各平台进行实时信息交互、协调工作时序。多功能相控阵雷达除了具备各种雷达功能外,还具有实时宽带通信功能,为解决这一问题创造了条件。美国已经利用X频段多功能相控阵雷达成功进行了宽带通讯试验,实现了高达2Gbps的数据传输速率。多平台协同探测会引入新的误差因素,影响探测精度,进而影响到武器系统效能的发挥,故此,一般在多平台协同工作发现隐身目标后,利用相控阵雷达集能“烧穿”工作方式,改由单平台对其实施跟踪,在保证精度的情况下,增加跟踪距离。由于地球曲率影响,各舰载平台间的直线通讯距离为视距,或者在不具备多个舰载平台协同观测的条件时,也可由机载或地面观测设备为舰载多功能相控阵雷达提供隐身目标的引导信息,再由其采用集能“烧穿”工作方式对重点区域进行搜索和跟踪,增加对隐身目标的发现和跟踪距离。

自卫式噪声干扰由导弹或直接执行进攻任务的飞机施放,用于破坏对方的警戒探测系统,提高突防概率。相控阵体制雷达除了采用通常的低截获设计、副瓣匿影、重频抖动、频率捷变等手段进行干扰对抗外,还可通过自适应副瓣对消、自适应空间滤波(DBF)等方法提高反副瓣干扰性能;也可以通过随机扫描、回波信号统计与鉴别等手段应对主副瓣欺骗式干扰,但对从主瓣进入的自卫式噪声干扰并没有优势。即使采用“烧穿”工作方式,通过耗费时间资源对干扰源进行连续照射,其对典型干扰源所能实现的自卫距离也只有数十公里。这一距离己不能满足舰载武器系统反应时间的需要。由于干扰从虚瓣进入,雷达和干扰形成了直接的能量对抗关系。由于自卫距离和干扰功率的平方成反比,干扰机只要很低的辐射功率就可以完全掩盖目标回波,造成雷达难以对其实施正常跟踪。但因为自卫式噪声干扰主动辐射能量,故此可以通过无源探测,对干扰源进行连续的角度跟踪。相控阵雷达可以采用有源和无源方式同时对干扰源进行探测,在目标施放干扰时利用无源探测获得角度信息,在其暂停干扰时,利用有源探测获得目标的三坐标信息。而一般采用自卫式干扰的导弹或飞机距离不会太远,有了角度信息就可以利用反辐射导弹对其进行打击。如果没有反辐射导弹,也可使用多个平台上获得的干扰源角度跟踪信息对其进行交叉定位,为我方其它武器系统提供目标信息,以实施打击。但是这种定位方式精度不高,不能充分发挥武器系统的效能,在反制效果要比反辐射导弹差得多。如果舰艇配备了反辐射导弹,敌方将被迫放弃自卫式干扰这种引火烧身的做法。

舰载多功能相控阵雷达具备同时完成多种任务的能力,但其总的时间能量资源是固定的。在强杂波和干扰背景下,造成雷达波束在每个波位的驻留时间增加,能达到正常情况的数倍,为了保持对目标的检测概率需要采用多脉冲工作方式,以致消耗的时间资源成倍增加,雷达的数据率、跟踪目标批次数等性能都将有明显下降。当采用集能“烧穿”工作方式对付隐身目标或自卫式干扰时,消耗的时间能量资源将更为可观。这将造成其整体性能的显著下降,搜索数据率和跟踪目标容量都将明显恶化。此时,需要利用舰载其他传感器的工作以降低多功能相控阵雷达的工作负荷,从而保证相控阵雷达在重点方向和高威胁等级的目标上有足够的资源去遂行警戒、跟踪和制导等任务。

舰载多功能相控阵雷达具有突出的性能和优异的指标,故而被各国海军争相发展,多功能相控阵雷达正在成为世界海军强国的标准配置。但是,多功能相控阵雷达也不是万能的,同样存在自身的不足。随着相控阵体制技术的发展,其自身的不足也将被逐渐克服。而合理使用多功能相控阵雷达,发挥其优势、避开其不足才能实现最大的作战效能。


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