欧亚国家机载有源相控阵雷达发展扫描

王朝家有宠物·作者佚名  2007-01-16
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英、法、德联合研制的多功能固态有源相控阵雷达(AMSAR)雷达

瑞典制造的的S100B预警机

美国在AESA雷达技术领域起步早,投入大,目前在世界上保持着很大的领先优势。俄罗斯、欧洲(国际合作)、法国、瑞典、以色列和印度等国也都在努力跟进。

欧洲的机载有源相控阵(AESA)计划已接近装备阶段。英、法、德联合研制的多功能固态有源相控阵雷达(AMSAR)雷达将首先装备在"台风"战斗机上。公开的数据显示,这部雷达将使用1500个T/R模块。法国"阵风"战斗机也可能装备AMSAR系列雷达。

以色列Elta公司已经公布了一系列可用于AESA的X波段GaAs MMIC芯片的数据,但是Elta没有披露公司产品的具体情况。

俄罗斯雷达设计局正在致力于AESA雷达的设计工作,尽管我们并不清楚其中的细节。俄罗斯的AESA雷达必须使用他们国产的GaAs MMIC芯片,但俄罗斯工业在这方面的基础薄弱。大量由国际市场采购X波段AESA T/R模块的芯片,在近期仍然不大可能实现。

装备AESA后,战斗机的作战性能会有极大改进。如果一架战斗机在未来10年仍要服役,那么进行AESA升级就显得十分必要。

可以预见的是,西方国家将在未来十年内对大量战斗机进行AESA升级。用于AESA技术的投资将在中/长期得到充分回报。

关于美国的AESA发展情况,各方面报道较多,本文主要就美国以外的一些国家正在进行的AESA计划进行简要地介绍。

1 俄罗斯

·俄罗斯Tikhomirov NIIP设计局和印度雷达开发实验室(LRDE)联合开发了Irbis有源相控阵机载雷达,雷达研制成本1.6亿美元。2010年前,该雷达将装备于印度的苏-30MKI战斗机,取代现有的NO11M Bars相控阵雷达(一种无源相控阵雷达)。

·Zhuk-MSF(Sokol)是法兹特隆设计局设计的新型雷达。设计局表示,Sokol采用非等距的雷达阵元分布,它不同于传统的等距阵元三角形栅格排列,是传统相控阵雷达成本的1/5。雷达天线直径980mm(增益37dB),重275公斤;可同时跟踪24至30个目标,并攻击其中的6至8个。在水平/垂直方向,雷达电子波束扫描的覆盖范围均为±70o。雷达峰值输出功率为8kW,平均功率为2~3kW。Sokol雷达具备高可靠性、低截获概率、反电子干扰和频率捷变功能。法兹特隆设计局称,Sokol雷达可在空空和空地模式实现隔行扫描。作用距离的相关数据如下:

速度搜索:245km(迎头战斗机目标)

边测距边搜索,上视模式:180至190km(迎头战斗机目标)

80km(尾追战斗机目标)

下视模式:170km(迎头战斗机目标)

60km(尾追战斗机目标)

边跟踪边扫描模式:150km(迎头战斗机目标)

轰炸机或AWACS飞机等大型目标,Sokol雷达的探测距离超过300km。

·Koyopo-F AESA雷达仍在研制中,成本有望比Koyopo-M降低50%。

Koyopo-F的重量更轻、可靠性更高,共有3种型别,分别提供小/中/大探测距离。天线直径440mm,适用于头部较小的飞机或作为苏-30/苏-34系列战斗机的后向探测雷达。雷达发射机的峰值输出功率为4kW,平均功率为0.4kW。据报道,俄罗斯已经将Koyopo-F雷达提供给了印度LCA(轻型战斗机)。

2 以色列

·Elta公司的EL/M-2052雷达特征如下:

a) 多于1500个T/R模块(F-22雷达有2000个)

b) 跟踪多达64个目标

c) 使用空海模式时,能够探测并跟踪160海里以外的地面目标

d) 具有高可靠性、同时多功能、良好的抗干扰能力等特点

e) 可以配装F-15、幻影2000、米格-29、苏-27/30和印度的LCA

·以色列的"费尔康"(PHALCON)是全球技术最为先进的机载预警和控制系统。

系统由Elta公司生产,采用有源相控阵技术。"费尔康"预警机系统的基本组成包括4个传感器系统:相控阵雷达、相控阵IFF(敌我识别)系统、ESM(电子支援措施)/ELINT(电子情报)和CSM(通信支援措施)/COMINT(通信情报)。独特的融合技术能够连续处理来自不同传感器的数据。当其中一个传感器发现目标后,系统自动启动其它传感器进行搜索。

相控阵雷达系统提供360o的探测范围,能够跟踪高机动目标。雷达可全天候、昼夜探测几百公里外的低空飞行目标。波束灵活性降低了雷达虚警率。跟踪启动时间也由原来的20~40秒降低为2~4秒。

IFF系统采用固态相控阵技术,具备询问、解码、目标探测和跟踪功能。系统将单脉冲技术应用于方位角测量。IFF数据与相控阵雷达数据能够自动融合。

ESM/ELINT系统接收、分析并定位雷达信号,覆盖范围360o;具备高截获概率,方位角测定精度高。系统采用窄带超外差接收机和宽带瞬时测频(IFM)技术,提供高精度、高概率对机载/地面发射机信号截获功能。通过到达时间差(DTOA)测量,系统可提供全部接收信号的高精度方位角信息;还可以搜集并分析电子情报数据。

CSM/COMINT系统可接收超高频、甚高频和高频信号,快速搜索和锁定机载、舰载或地面目标信号。DF(定向)功能可定位目标。探测到的敌方信号能够瞬间传输给监听接收机。系统大量使用了计算机技术,减少了飞行员的工作负荷。

俄罗斯Sokol有源相控阵雷达

3 欧洲国际合作

1993年,为弥补"台风"战斗机现有CAPTOR雷达的诸多缺陷,英、法、德三国联合启动了机载多模固态有源相控阵雷达(AMSAR)项目。AMSAR将装备于"台风"和"阵风"(目前"阵风"装备的是RBE-2无源雷达)战斗机。随后,三方成立了GTDAR(GEC-汤姆森-DASA机载雷达)合资公司专门从事AMSAR的研发工作。

AMSAR项目的开发分为3个阶段,预计11年完成。前两个阶段将分析新一代有源阵的可行性和需求以及生产MMIC模块的新方法。模块的目标价格定为400至500欧元(目前为几千欧元)。GTDAR公司通过建造小型相控阵以论证项目的总体可行性。1998年,GTDAR公司完成了144个模块阵列的测试,标志着项目前两个阶段的顺利完成。

144个模块阵列的演示非常成功,投资方随即宣布项目进入第3阶段。该阶段采用装备1000个模块的全尺寸设备,在BAE系统公司的航空电子测试机上进行飞行测试。

第3阶段目前仍在进行之中,如果项目进展顺利且成本适中,AMSAR即可装备战斗机。系统将极大地改进"台风"战斗机的性能,并降低"台风"被敌方探测到的概率。此外,项目还引进了几个欧洲的合作伙伴(如英国的FOAS项目),加强阵列与飞机的综合,即所谓的保形智能蒙皮(smart skin)阵列。由于使用了高速宽带光学链路和中央处理系统,整个飞机更像一个巨型的综合传感器。尽管这对"台风"战斗机意义不大,但对于项目的深入进展和FOAS项目实现可能会有些帮助。4 荷兰

荷兰的TNO物理和电子实验室开发了一种很有特色的、采用AESA体制的小型合成孔径雷达(SAR)如图所示,该雷达体积小、重量轻、精度高,并具有对地面慢动目标检测(GMTI)能力,可用于环境监测和各种军事用途。分辨力达5cm(spotlight)。

工作模式:??带状地图、Spotlight、GMTI、干涉SAR

主要参数如下:

·为低高度无人机和有人驾驶平台使用

·分辨力:0.3~1 m (带状地图);0.05 m (spotlight)

·最低检测速度(MDV):3km/h;精度为:0.7km/h

·同时SAR和GMTI,为其它探测传感器提示目标位置

·提供地形图:精度为 0.4m(垂直)×1m(水平)

·重量小于50kg

·采用有源相控阵体制,工作在X波段天线由3块印制板组成(每块宽度为15cm),可以根据不同需求增减尺寸。

有源相控阵T/R模块采用的功率放大器:

·两级放大器:输出平均功率:6.1 W;效率(PAE):36%;增益:21 dB;X-波段相对带宽:40%;

·三级放大器:输出平均功率:6.5W;效率(PAE):29%;增益:29 dB;X-波段相对带宽:30%

5 瑞典

瑞典的有源相控阵(AESA)计划命名为NORA, 其英文含义即"不仅仅是雷达",NORA还同时具有电子战和数据通信的功能。还将采用最新的空时自适应信号处理(STAP)技术。在瑞典国防部支持下于1994年项目启动;一个约有1000个T/R模块的AESA计划2004年进行试飞。研制成功后极有可能对本国的主力战斗机"鹰狮"目前装载的雷达PS-05进行改装。

事实上,瑞典研制的有源相控阵体制的预警雷达PS-890早在1994年即已开始在其空军的小型运输机Saab 340上装备,共装备4架。雷达工作在S波段,相控阵由200个固态收发模块组成,对战斗机目标的探测距离可达300km。长9m的平衡木形状的相控阵天线重达900kg。

6 法国

+#在西北欧新一代三大主力战机中,"阵风"战斗机是唯一迄今未在外销战场上有任何斩获,法国为了增加自家宝贝的卖点与吸引力以向外推销,可以说无所不用其极,也因此成为欧洲各国中,最积极、也是最早一批进入研究发展战斗机AESA火控雷达行列的国家。

目前装备"阵风"战斗机配装的雷达型号是RBE-2,采用无源相控阵体制。可以在进行地形回避或地形跟随(TA/TF)的同时,同时搜索和跟踪空中目标;或是在搜索特定空域区域的同时,跟踪位於另外空域的空中目标。

Thales集团於1999年正式提出RBE-2 雷达AESA升级方案,并於2002年4 月间在RBE-2 雷达上开始研制DRAA有源相控阵雷达技术演示样机,该样机採用从美国引进的技术,作出由1000个GaAs T/R模块组成的的AESA天线。2002年12月,欧洲第一部战斗机载AESA火控雷达原型技术演示样机装在一架试验机上进行测试,并且在2003年5月间正式安装於"阵风" B301 上试飞。 主要目地是验证未来把RBE-2换装AESA天线时,能达到"即插即用" 。即将RBE-2 雷达的原有的无源相控阵天线拆下换成 DRAA有源相控阵天线,只需要不到3个小时,这是一个其他还在使用机械扫描雷达的竞争者所难以达到的成就;除此之外,根据当时参加测试的试飞员还表示:"换装DRAA AESA天线后,极大幅度地提高了RBE-2 雷达的探测距离"。

不过DRAA验证样机所使用的GaAs T/R模块是自美国引进的,无论是自用还是外销竞标都不适宜,因此DGA 与Thales集团签协,於2004年7月间正式开展新一阶段的DRAAMA(D émonstrateur Radar àAntenne Active Modes Avancés,or Advanced Modes Active Array Radar Demonstrator)演示计划,将採全新的AESA制作工艺,且所有元器件均由欧洲自主独立开发,预定在2007至2008年间完成验证, 如有需要,可 以自2010年以后起进行AESA阵列天线的换装升级,预计届时其阵列天线上将会拥 有1000 至1200 个GaAs T/R模块,对空探测距离可望较目前的无源相控阵雷达RBE-2提高至少50% 以上,雷达水平搜索角度则可从±60o度提高至±70o,整体雷达性能水准当与AN/APG-79 相当。

法国在2000年初期竞标韩国与新加坡的F-X 未来攻击战机计划时,曾想效法美国替阿联酋开发F-16E/F BLOCK60 的先例,提出所谓的"阵风" MK2超级战斗机计划:但要求用户出资7亿美元协助开发,到了2006年后,达索便能将使用AESA雷达,M88-3 涡扇的超级"阵风"战机双手奉上。

可惜法国的面子远没美国大,韩国与新加坡都不愿冒此风险,"阵风" MK2超级战机计划最后无疾而终,THALES集团也只好 静待法国政府出资,完成所有研发与测试计划后,于2010年以后起开始推动"阵风"战斗机雷达的AESA换装升级。

法国的机载AESA雷达计划显得平实无华。雷达就是雷达,不去追求兼有电子战和通信等其它先进功能,也不去搞加装驱动马达或侧视阵列等新潮花样(如瑞典的NORA),换装机体也不搞任何结构大改工程,只是单纯的把旧天线拆下,再换上新的AESA天线就大功告成了。 这样的设计方法,不免在无法充分发挥AESA应有潜力有遗 憾,不过其好处也显而易见:技术风险小,研发成本低,换装快且方便,日后飞行员和后勤维护人员在操作/维修训练上也可以大多沿用原有教材与经验,对於大多数中、小国家空军而言,也许这样简单就是美的理念设计才能真正符合其国情所需。

以色列研制的机载有源相控阵雷达

7 印度

印度是我们的近邻,同时也是发展中国家。印度近年来在国防科研方面发展迅速。印度国防研究与发展局(DRDO)下属的雷达研究发展实验室(LRDE)以及电子与雷达研究所(ERDE)已经研制出了几款相控阵雷达(如Rajendra 3D雷达等)。

印度在制造有源相控阵的T/R模块方面也取得了重大进展,目前的工作重点是如何生产出机载AESA雷达。LCA项目的"教父"Harinarayana博士透露,印度在1998年就已经完成了T/R模块的部分工作。

从2003年印度航展得到关于AESA雷达部分的信息如下:

·印度正在为LCA(目前装备MMR脉冲多普勒雷达)开发AESA雷达;

·印度正在为本国的AWACS飞机(载机为ERJ-145)开发探测距离达300km的AESA雷达。预计,全部工作将于2008年完成。

印度的预警机开发已经经历了一个很长的过程,在经历了一次严重的事故后印度又重新启动了1999年取消的机载预警和控制系统(AEWACS)项目。

机载系统中心(CABS)主管K.U.利玛耶(Limaye)表示:"我们已经就'AEWACS装备下一代有源相控阵雷达'提交了相关建议。新雷达将装备在更小的飞机(巴西制造的ERJ-145)上。"利玛耶同时是LRDE的主管。新型AEWACS通过MIL-STD-1553B数字数据总线综合了任务航电设备和传感器,软件具备战术支持、提示和报警功能。任务系统提供自动雷达控制、自动探测和跟踪启动,可以降低虚警率,改进跟踪连续性以及传感器与数据融合性能,并实现现代化的通信设备管理。系统还可以提供自适应跟踪性能、快速的跟踪数据更新率、可靠的局部状态显示和计算机辅助决策功能。LRDE开发的是安装在机背的S波段有源相控阵、脉冲压缩多普勒雷达。天线不需转动,旁瓣水平低,AESA由200个T/R模块组成。水平方向上的最大探测范围达150o(此有效范围外的前/后方探测性能下降)。系统探测距离达243海里,对战斗机尺寸大小的目标的探测距离在190海里左右。与传统的机械扫描雷达相比,新雷达的电子扫描波束由智能化能量管理系统控制,因此优化了波束位置,提高了探测灵敏度,增大了探测距离,并改进了对目标(尤其是高机动性目标)的跟踪性能。项目预期于2008年完成。

这里还要提到1999年以前进行的机载监视平台(ASP)的一些有关情况。系统的雷达采用圆形的天线罩(rotodome),早在1991年就在Avro HS-748双发涡桨飞机上完成了带罩首飞。1994年,LRDE和Bharat电子有限公司(BEL)完成了ASP雷达的开发与制造。相关电子设备和新技术的评估与飞行测试已经开始。DRDO为此提供了2.5亿卢比的资金支持。1996年中期,AWACS项目的基本完成。在一次技术演示中,雷达成功探测到了300km外以M1.5速度飞行的目标。不幸的是,1999年1月,进行ASP技术演示的飞机坠毁,造成8人死亡。项目也因此暂停。(摘自2004年4月的《Force Magazine》)

去年(2004)印度和以色列签署了价值11亿美元的"费尔康"AWACS合同后,印度方面在两个月内就重新启动了前面所提到的本国的AWACS项目。该项目名为小型机载预警和控制系统(Mini-AWACS),是1999年因事故中断的项目的继续。拟投资4亿美元的DRDO计划为小型AWACS装备相控阵雷达。该雷达目前正在测试中。

此外,如果印度方面购买"超级大黄蜂"战斗机(合同总额90亿美元),还将寻求美国方面对该机AN/APG-79 AESA雷达的技术转让。

结语:

AESA技术是目前提高国防实力的重要因素之一,美国不仅在正在研制的军机上采用AESA技术,而且在所有现役战斗机和轰炸机上也都立项采用AESA技术进行升级换代。欧洲等发达国家也都在跟进研发AESA技术,甚至我们的近邻印度也在这个领域中取得了很大的进展。(作者:中国航空工业发展研究中心技术所许鑫家许伟武)(责编 洪山)

 
 
 
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