相控陣?yán)走_(dá)之弊端

1、相控陣?yán)走_(dá)之弊端艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)是艦載雷達(dá)的一個(gè)主要發(fā)展方向，具有探測目標(biāo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、隱身性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。相控陣?yán)走_(dá)采用電子穩(wěn)定平臺(tái)，通過自適應(yīng)調(diào)度雷達(dá)時(shí)間和能量資源，改變天線表面陣列所發(fā)出波束的合成方式來改變波束掃描方向，可同時(shí)完成搜索警戒、精確跟蹤、 目標(biāo)敵我識(shí)別、 導(dǎo)彈制導(dǎo)、 目標(biāo)引導(dǎo)等多種功能。相控陣?yán)走_(dá)使用電子掃描方式，通過改變頻率或者是改變相位的方式，將合成的波束發(fā)射的方向加以變化。電子掃描掃描速率高、改變波束方向的速率快、對(duì)于目標(biāo)測量精確度高于機(jī)械掃描雷達(dá)。目前，中、美、日、俄、法、意、德、英等國家都裝備或正在研制相控陣?yán)走_(dá)，其中較為著名的有中國裝備于

2、052C 導(dǎo)彈驅(qū)逐艦和“遼寧”號(hào)航空母艦上的346相控陣?yán)走_(dá)和裝備于052D 型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上的346A 型相控陣?yán)走_(dá)；美國裝備于阿利?伯克級(jí)驅(qū)逐艦上的SPY-1 系列相控陣?yán)走_(dá)；日本海軍裝備在“日向”級(jí)“護(hù)衛(wèi)艦”上的FCS-3型相控陣?yán)走_(dá)等。多功能相控陣?yán)走_(dá)雖然有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但其與任何武器裝備一樣，有其利也有其弊。從造價(jià)上來說，相控陣?yán)走_(dá)的造價(jià)普遍偏高，往往是普通雷達(dá)的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，這使得多功能相控陣?yán)走_(dá)一般只能裝備在一些高端主戰(zhàn)艦艇上；從適裝艦艇方面來說，由于多功能相控陣?yán)走_(dá)的重量一般較重而體積較大，故此，只能裝備于大型艦艇上。從能耗上來說，多功能相控陣?yán)走_(dá)的功率較大，長時(shí)間開機(jī)對(duì)艦艇

3、上寶貴的能源資源耗費(fèi)厲害。在性能上，多功能相控陣?yán)走_(dá)也有一些不足之處，如對(duì)雜波特別是海雜波抑制能力不足、探測隱身目標(biāo)能力不足、在對(duì)抗自衛(wèi)式噪聲干擾能力不足、探測低空及掠海目標(biāo)能力不足、在強(qiáng)雜波背景時(shí)性能下降等。艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)既有預(yù)警雷達(dá)的遠(yuǎn)程警戒能力，又具有火控雷達(dá)的高精度。其警戒預(yù)警距離超過 300 千米，全空域搜索數(shù)據(jù)率在10 至 20 秒。為滿足艦載武器系統(tǒng)制導(dǎo)及火控的精度要求，雷達(dá)跟蹤測量精度不能超過 10 分，而一般艦載警戒雷達(dá)的跟蹤測量精度往往在幾度以內(nèi)。綜合多方面性能上的考慮及目前的科技水平和經(jīng)濟(jì)性，艦載相控陣?yán)走_(dá)雷達(dá)一般都以 S 頻段作為工作頻段。 S 頻段與 C 頻段和

4、 X 頻段相比較而言， 波束寬，可用帶寬窄，對(duì)海雜波的抑制能力不強(qiáng)。為了進(jìn)行三坐標(biāo)測量，該類型雷達(dá)都采用針狀波束，為了提高可靠性，一般都采用工作在飽和放大模式的固態(tài)發(fā)射機(jī)。由于發(fā)射機(jī)輸出功率不可調(diào)，故不能象普通對(duì)海雷達(dá)那樣對(duì)發(fā)射波束進(jìn)行賦形，導(dǎo)致在低空或掠海工作模式時(shí)海雜波更加強(qiáng)烈。在近岸工作時(shí)，如果蒸發(fā)波導(dǎo)等異常傳播效應(yīng)明顯，會(huì)有大量遠(yuǎn)距陸地、島嶼等雜波出現(xiàn)，距離上的多重折疊會(huì)進(jìn)一步增加雜波抑制的難度。而為了保證多任務(wù)和多目標(biāo)能力，此時(shí)一般不采用MTD 或PD 等大量耗費(fèi)雷達(dá)時(shí)間資源的工作方式，這就限制了雷達(dá)的雜波抑制效果。雷達(dá)的對(duì)海探測為直線傳輸式，受地球曲率影響， 探測距離一般為視距。

5、俗話說，站得高看得遠(yuǎn)，要加大對(duì)海探測距離最好的辦法是將雷達(dá)架高，但由于相控陣?yán)走_(dá)的體積較大重量較重，架設(shè)高度對(duì)艦艇的初穩(wěn)心影響較大，必須在架設(shè)高度和艦艇的穩(wěn)性之間取得平衡，故此其對(duì)海探測距離是有限的。鑒于相控陣?yán)走_(dá)的架設(shè)高度通常較低，工作波長較長，其盲區(qū)也更近更寬，故此會(huì)發(fā)生對(duì)海面目標(biāo)跟蹤不連續(xù)現(xiàn)象，因?yàn)槔走_(dá)的工作帶寬有限，故此也難以通過寬帶工作減少這一現(xiàn)象。隨著各國海軍超音速反艦導(dǎo)彈的廣泛使用，低空掠海導(dǎo)彈已經(jīng)成為艦艇所面臨的重大威脅，超音速和高超音速反艦導(dǎo)彈的出現(xiàn)，這種威脅顯得更為嚴(yán)重，對(duì)艦載武器系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間要求更高，這就要求相控陣?yán)走_(dá)具有更遠(yuǎn)的對(duì)海探測距離、更高的搜索數(shù)據(jù)率和更好的跟蹤

6、航跡精度，來滿足武器系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和對(duì)火控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量的要求。這對(duì)于艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)已經(jīng)難以勝任，有必要設(shè)置專用的、架設(shè)跟高的對(duì)海雷達(dá)并采用對(duì)海性能更優(yōu)的頻段，采用最佳的信號(hào)形式和處理方式，降低海雜波干擾，改善對(duì)掠海目標(biāo)的觀測性能。如2013 年 10 月份下水的美國朱姆沃特級(jí)新型驅(qū)逐艦上，不但安裝了SPY-3 型多功能相控陣?yán)走_(dá)， 還安裝了 X 頻段的三坐標(biāo)雷達(dá)，以解決低空掠海目標(biāo)的探測問題。中國海軍在安裝了國產(chǎn)346 型相控陣?yán)走_(dá)的052C 及 052D 導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上也安裝了366 型多波段超視距雷達(dá)，其對(duì)海超視距探測距離可達(dá)100 千米至數(shù)百千米。艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)對(duì)隱身目標(biāo)的搜索并沒有

7、優(yōu)勢，但在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后可采用集能“燒穿”工作方式提高跟蹤距離，為艦載武器系統(tǒng)提供更多的反應(yīng)時(shí)間。隱身目標(biāo)使艦載雷達(dá)的威力降低，使自己暴露在對(duì)方武器系統(tǒng)的威脅之下，對(duì)隱身目標(biāo)而言，戰(zhàn)場透明度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于非隱身的一方。當(dāng)警戒雷達(dá)發(fā)現(xiàn)并提供滿足武器系統(tǒng)精度要求的跟蹤數(shù)據(jù)距離時(shí)，己方艦艇已沒有足夠多的武器反應(yīng)時(shí)間，而對(duì)方早已可以實(shí)施導(dǎo)彈攻擊。目前對(duì)隱身目標(biāo)探測常用的手段是采用米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)或雙 /多基地雷達(dá)， 利用隱身目標(biāo)在某些頻段和視角時(shí)隱身效果下降的特點(diǎn)，增加對(duì)其探測距離。比如美軍的F-117 隱身戰(zhàn)斗機(jī)，對(duì)于2 至 3 厘米波長的雷達(dá)，其RCS 雷達(dá)截面積約為0.1 平方米，而對(duì)于米波雷達(dá)，其

8、RCS 雷達(dá)截面積約為 1 平方米。但由于米波雷達(dá)天線龐大，其旋回半徑容易遮擋艦載武器的射界，導(dǎo)致有效射界減小，而毫米波雷達(dá)的威力有限等原因，雙/多基地雷達(dá)成為主要選擇。雙/多基地雷達(dá)探測方式是利用隱身目標(biāo)背側(cè)向反射面積顯著增加的特點(diǎn)，增加對(duì)其發(fā)現(xiàn)距離，以發(fā)揮艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)勢。多平臺(tái)協(xié)同工作即各平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互、協(xié)調(diào)工作時(shí)序。多功能相控陣?yán)走_(dá)除了具備各種雷達(dá)功能外，還具有實(shí)時(shí)寬帶通信功能，為解決這一問題創(chuàng)造了條件。美國已經(jīng)利用X 頻段多功能相控陣?yán)走_(dá)成功進(jìn)行了寬帶通訊試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。多平臺(tái)協(xié)同探測會(huì)引入新的誤差因素，影響探測精度，進(jìn)而影響到武器系統(tǒng)效能

9、的發(fā)揮， 故此，一般在多平臺(tái)協(xié)同工作發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)后，利用相控陣?yán)走_(dá)集能“燒穿”工作方式，改由單平臺(tái)對(duì)其實(shí)施跟蹤，在保證精度的情況下，增加跟蹤距離。由于地球曲率影響，各艦載平臺(tái)間的直線通訊距離為視距，或者在不具備多個(gè)艦載平臺(tái)協(xié)同觀測的條件時(shí)，也可由機(jī)載或地面觀測設(shè)備為艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)提供隱身目標(biāo)的引導(dǎo)信息，再由其采用集能 “燒穿” 工作方式對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行搜索和跟蹤，增加對(duì)隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和跟蹤距離。自衛(wèi)式噪聲干擾由導(dǎo)彈或直接執(zhí)行進(jìn)攻任務(wù)的飛機(jī)施放，用于破壞對(duì)方的警戒探測系統(tǒng)，提高突防概率。相控陣體制雷達(dá)除了采用通常的低截獲設(shè)計(jì)、 副瓣匿影、 重頻抖動(dòng)、頻率捷變等手段進(jìn)行干擾對(duì)抗外，還可通過自適

10、應(yīng)副瓣對(duì)消、自適應(yīng)空間濾波 (DBF) 等方法提高反副瓣干擾性能；也可以通過隨機(jī)掃描、回波信號(hào)統(tǒng)計(jì)與鑒別等手段應(yīng)對(duì)主副瓣欺騙式干擾，但對(duì)從主瓣進(jìn)入的自衛(wèi)式噪聲干擾并沒有優(yōu)勢。即使采用“燒穿”工作方式，通過耗費(fèi)時(shí)間資源對(duì)干擾源進(jìn)行連續(xù)照射，其對(duì)典型干擾源所能實(shí)現(xiàn)的自衛(wèi)距離也只有數(shù)十公里。這一距離己不能滿足艦載武器系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間的需要。由于干擾從虛瓣進(jìn)入，雷達(dá)和干擾形成了直接的能量對(duì)抗關(guān)系。由于自衛(wèi)距離和干擾功率的平方成反比，干擾機(jī)只要很低的輻射功率就可以完全掩蓋目標(biāo)回波，造成雷達(dá)難以對(duì)其實(shí)施正常跟蹤。但因?yàn)樽孕l(wèi)式噪聲干擾主動(dòng)輻射能量，故此可以通過無源探測，對(duì)干擾源進(jìn)行連續(xù)的角度跟蹤。相控陣?yán)走_(dá)可以

11、采用有源和無源方式同時(shí)對(duì)干擾源進(jìn)行探測，在目標(biāo)施放干擾時(shí)利用無源探測獲得角度信息，在其暫停干擾時(shí)，利用有源探測獲得目標(biāo)的三坐標(biāo)信息。而一般采用自衛(wèi)式干擾的導(dǎo)彈或飛機(jī)距離不會(huì)太遠(yuǎn)，有了角度信息就可以利用反輻射導(dǎo)彈對(duì)其進(jìn)行打擊。如果沒有反輻射導(dǎo)彈，也可使用多個(gè)平臺(tái)上獲得的干擾源角度跟蹤信息對(duì)其進(jìn)行交叉定位， 為我方其它武器系統(tǒng)提供目標(biāo)信息， 以實(shí)施打擊。但是這種定位方式精度不高，不能充分發(fā)揮武器系統(tǒng)的效能，在反制效果要比反輻射導(dǎo)彈差得多。如果艦艇配備了反輻射導(dǎo)彈，敵方將被迫放棄自衛(wèi)式干擾這種引火燒身的做法。 艦載多功能相控陣?yán)走_(dá)具備同時(shí)完成多種任務(wù)的能力，但其總的時(shí)間能量資源是固定的。在強(qiáng)雜波和干擾背景下，造成雷達(dá)波束在每個(gè)波位的駐留時(shí)間增加，能達(dá)到正常情況的數(shù)倍，為了保持對(duì)目標(biāo)的檢測概率需要采用多脈沖工作方式，以致消耗的時(shí)間資源成倍增加，雷達(dá)的數(shù)據(jù)率、跟蹤目標(biāo)批次數(shù)等性能都將有明顯下降。當(dāng)采用集能“燒穿”工作方式對(duì)付隱身目標(biāo)或自衛(wèi)式干擾時(shí)，消耗的時(shí)間能量資源將更為可觀。這將造成其整體性能的顯著下降，搜索數(shù)據(jù)率和跟蹤目標(biāo)容量都將明顯惡化。此時(shí)，需要利用艦載其他傳感器的工作以降低多功能相控陣?yán)走_(dá)的工作負(fù)荷，從而保證相控陣?yán)走_(dá)在重點(diǎn)