未来战场的“上帝之眼”——中外机载雷达大比拼

2015-07-31 10:33 编辑视点   来源:中国测控网

导读中国1471雷达融合了合成孔径功能,具备良好的对地(海)面探测能力和对地面地形的多普勒波束锐化扫描/地图时事测绘功能,对地(海)面探测距离达120公里。歼-11B的机载雷达是目前国内最先进的战斗机机载雷达系统,雷达寿命和可靠性、可维护性是国内机载雷达中最好的。已经达到国际机载多谱勒机械扫描雷达的最高水平。  

机载雷达是装在飞机上的各种雷达的总称。主要用于控制和制导武器,实施空中警戒、侦察,保障准确航行和飞行安全。机载雷达的基本原理和组成与其他军用雷达相同,其特点是:一般都有天线平台稳定系统或数据稳定装置;通常采用3厘米以下的波段;体积小,重量轻;具有良好的防震性能。

五大类型

一、截击雷达,用于为空空导弹、火箭和航炮等提供目标数据。它与火控计算机、飞行数据测量和显示设备等组成歼击机火控系统。截击雷达一般有搜索和跟踪两种功能。在搜索时,雷达发现和测定载机前方给定空域内的目标,截获后即转入跟踪状态,连续提供瞄准和攻击目标所需的数据。

二、轰炸雷达,主要用来为瞄准轰炸、制导空地导弹和领航提供目标信息。它可单独工作,也可与光学瞄准具、计算机配合使用,构成轰炸瞄准系统。轰炸雷达按搜索方式可分为前视和环视两类。前视雷达的天线波束指向载机前下方,在一个扇形地区内搜索。环视雷达的天线波束成扇形,指向载机下方作圆周搜索。

三、空中侦察与地形显示雷达,用于提供地(海)面固定目标和移动目标的位置和地形资料。它通常是一种侧视雷达,具有很高的分辨力。其天线安装在机身两侧,波束指向载机左右下方并垂直于航线,随载机飞行向前扫瞄。侧视雷达分为真实口径侧视雷达和合成孔径侧视雷达两类。

四、航行雷达,用于观测载机前方的气象状况、空中目标和地形地物,保障飞机准确航行和飞行安全。有一类专门用来保障飞机低空、超低空飞行安全的航行雷达,叫地形跟随雷达和地物回避雷达,通常装在执行低空突防任务的飞机上。

五、机载预警雷达,是预警机的主要电子设备,用于空中警戒和指挥引导,也可用于空中交通管制。它已成为现代防空体系的重要组成部分。与地面对空情报雷达相比,它的盲区小,发现低空、超低空目标的距离远,机动性较强。

全球情况

世界上第一部机载雷达是由英国科学家爱德华·鲍恩领导的研究小组于1937年研制成功的。鲍恩等人从1935年开始研制机载雷达。在1937年年中研制出一部小型雷达,并把它安装在一架双发动机的 “安桑”式飞机上这架 “安桑”式飞机便成为最早载有雷达的飞机。

1939年第二次世界大战爆发后不久,面对纳粹潜艇战和对巩固空袭的威胁临近,鲍恩博士主持研制的ASVMK1型机载对海搜索雷达和A1型机载夜间载击雷达正式装备英国,成为世界上首批实用机载雷达。后来又对这两种雷达进行了多次改进,在打击德国潜艇和夜间轰炸机的战斗中发挥了重要作用。

在现代先进作战飞机上,雷达系统的的造价往往占飞机总造价的1/4─1/3,还出现了综合多种雷达作用的多功能机载雷达。先进机载雷达不仅能发现100多公里以外的敌机,还能对其中最具威胁性的对多个目标同时实施攻击。

第二次世界大战前夕,英国出于军事需要,加紧机载雷达的研制。1938~1939年,英国研制出第一批ASV型机载对海搜索雷达,主要用于搜索浮出水面的潜艇。同时,还研制了AI型机载截击雷达。当时机载雷达采用米波波段。1940年初,英国研制成功多腔磁控管,频率为3000兆赫,为微波机载雷达的发展创造了重要条件。

50年代中期至60年代,随着半导体器件的广泛应用和雷达理论的深入研究,采用了单脉冲跟踪、合成孔径、脉冲压缩和频率捷变等技术,使雷达的抗干扰能力、作用距离、分辨力和测量精度有了明显提高,应用范围也随之扩大,除控制航炮和投弹瞄准外,还用于制导空空、空地导弹。这一时期,还相继制成航行、地形跟随、地形回避等雷达。

70年代以来,由于微电子技术、大规模集成电路的发展,数字电子计算机、微处理机在机载雷达中的应用,提高了雷达的信息处理和自适应能力,出现了多功能、多目标雷达。机载脉冲多普勒雷达的装备使用,提高了雷达抑制地(水)面杂波的能力,使作战飞机具有下视下射功能,扩大了作战空域。较完善的机内自检系统和故障隔离装置,使雷达的可靠性、维修性明显提高。

中国进程

中国对机载雷达技术的研究起源于20世纪50年代,那时随苏联米格-17和米格-19战斗机引进的机载雷达系统,只能测量目标距雷达的距离,作用距离不超过两千米。20世纪50年代后期开始装备РП-1/5型及其改进型雷达,对图-4飞机的作用距离也不超过10千米。这一时期,机载雷达的加装,主要是满足夜间飞行员目视能力下降情况下的国土防空作战需要。

20世纪60至70年代,国外机载雷达技术迅速提高阶段,单脉冲技术、脉冲压缩技术已经成熟并在机载雷达上使用,脉冲多普勒技术则开始进入装备的试生产,而相控阵技术也已经起步。此时,由于中苏关系变化,中国机载雷达科研和生产单位失去技术支持,加上国内政治形势变化,最终导致机载火控雷达发展速度变慢。

60年代初,我国开始研制歼7。最早的机型采用苏联СРД-5A/5MK型雷达测距器的国产型CL-2,作用距离3千米—8千米;歼7系列的最早出口型--歼7A和此后的国内型号--歼7II则都采用国产的222型测距器。之后,为满足强5攻击机的使用需要,我国研制出了为317型雷达,长期装备强5飞机,为我国近海对海对面防卫发挥了突出作用。它采用单脉冲体制,具有空空上视搜索、跟踪功能和地形测绘、等高面测绘、地形回避和空地测距等多种功能。

1969年9月26日,中央军委发出了研制空中预警机的指示。为此,决定将当时先进的843地面雷达进行小型化后搬上飞机。其发射机重200多千克,除磁控管、显像管外,其它器件已经是半导体化。

1974年开始试飞,发现平原、沙漠或山区的地物回波都很强,雷达没有下视能力,但在青海湖面能发现低空目标,这说明湖面的回波强度比陆地小得多。在1976年3月进行了第一次海上试飞,在渤海湾能看到300千米左右的船只和220千米左右的低空飞机。

1976年下半年开始,项目组着眼于提高空警1号看海上目标的性能,同时继续采取措施,对陆地上空的下视能力做进一步试验。这一阶段,换装了更好的雷达发射机,进一步提高了接收机的灵敏度,加装了动目标显示装置,并且重返渤海湾进行了试飞。试飞结果表明,雷达在空中工作稳定,磁控管发射机无打火现象,抑制海浪杂波能力有所改善。

20世纪80年代,由于国家整体形势好转,我国在机载雷达领域奋起直追。1980年6月,中国开始从英国引进“空中巡逻兵”-7M型测距器,同时安排国内试制生产,并装备歼7B、歼7M和歼7MP等出口型号,而歼7P及此后的歼7PG则由巴基斯坦选用了意大利Grifio-7型单脉冲雷达,作用距离达55千米。

1980年,国内歼7型号--歼7III及歼7IIIA都开始采用国产JL-7单脉冲雷达。20世纪90年代以后,国内歼7飞机的最新型号歼7G则选用了以色列EL/M 2032型脉冲多普勒雷达的国内生产型号,最大作用距离超过60千米。同时,我国开始为歼8 II飞机立项研制机载脉冲多普勒火控雷达。

1987年,中方将两架歼8II飞机和1架1:1模型运抵美国。1988年底前,格鲁曼公司完成了航电系统的安装与测试,首先完成的便是加装AN/APG-66雷达。歼8II最初的火控系统采用单脉冲雷达体制,仅能对付中高空目标,这也是当时米格-23、F-104等典型第二代战斗机共同的特点。AN/APG-66雷达当时装备F-16A/B战斗机上,为脉冲多普勒体制,是当时最先进的机载雷达之一。

进入21世纪后,我国机载火控雷达进入了成熟应用阶段,机械扫描体制的火控雷达技术水平与先进国家相当。我军新型作战飞机装备的雷达系统以脉冲多普勒体制和平板缝阵天线为标志,已经由单纯的制空作战发展到了具备地形测绘、合成孔径、地形跟随等功能,具备较强对地、海目标作战能力,是现代化多功能火控雷达系统,目前已经全面装备包括歼11、歼10和“枭龙”在内的国产新型战斗机,可以满足为我国第三代战斗机配套的需要。与此同时,我国在机载预警雷达领域则处于世界先进水平。2010年2月,美国智库詹姆斯敦基金会发表文章称,中国人民解放军采用有源相控阵技术的空警200和空警2000预警机比美国E-3C和E-2预警机整整领先一代。

2015年2月26日,巴基斯坦空军隆重举行第四预警机中队ZDK-03/KE-03成军仪式。仪式在马苏尔空军基地举行,巴总统萨利夫参加仪式。巴总共订购了四架ZDK-03型预警机,该机以运-8F400军用运输机为基础研制,陕西飞机制造公司生产。巴还采购4架瑞典产萨伯-2000型“爱立眼”预警机。据美国战略之页网站报道,中国目前有11架“空警”-200服役,另外还有4架出口型(ZDK-03)出口到巴基斯坦。巴基斯坦购买ZDK-03的单价是3亿美元。包括空警-500这种新预警机在内,中国有两种“空警”预警机使用的都是运-8系列运输机。“空警”-500将补充并最终替代“空警”-200预警机。中国目前有11架“空警”-200服役,另外还有4架出口型(ZDK-03)出口到巴基斯坦。

盘点中外

美国AN/APG-77。F-22装备威斯汀豪斯/德克萨斯仪表(Westinghouse/TI)公司的AN/APG-77A电子扫描相控雷达(AESA),具有下视/下射能力,具有良好的空对空和空对地作战能力。休斯公司的通用集成处理器、洛克希德.马丁公司的雷达告警接受机、TRW公司的通讯/导航/识别(CNI)系统、以及通用电气/洛克希德.马丁公司的电子光学传感器系(EOSS)、桑德斯/通用电气公司的AN/ALR-94电子战子系统等。在1988年到1991年完成了配装F22战斗机的AN/APG-77雷达的飞行试验,该雷达有2000个T/R组件,对雷达反射面积为1平方米的目标,探测距离设计要求为120—220KM。

俄罗斯N007 SBI-16。1981年开始服役的米格-31A “捕狐犬”截击机是俄罗斯、也是全世界第一种采用相控阵雷达的作战飞机,机上装有一台莫斯科相位电子雷达集团的N007 SBI-16 “掩体”无源相控阵雷达,北约命名为“闪舞”。SBI-16 “掩体”无源相控阵雷达,可同时跟踪10个目标并攻击其中威胁最大的4个 该雷达的相控阵天线直径达到1100毫米,工作在9-9.5万吉赫兹( X 波段),具有3000个铁氧体移相器,并采用了跳频抗干扰错施。方位扫描极限角+/-70度或+/-120度(即具有后视能力),俯仰扫描范围-60度到+70度,对战斗机目标搜索距离为200千米,后半球探测距离90千米(上视)和69千米(下视),可同时跟踪10个目标并攻击其中威胁最大的4个。该雷达下视能力很强,使其可以拦截低空入侵的巡航导弹。米格-31的雷达也可以当成远程空中预警雷达使用,与此相适应的是米格-3l独特的APD-518 加密数据链信息系统,它可以在4 架米格-31之间实现探测情报共享,从而大大拓展每架飞机的态势感知空域,亦能使米格-31A 的持续高速性能在更大的空间得到有意义的发挥。

瑞典“诺拉”。这款机载火控相控阵雷达系统是一部有源多功能机载火控相控阵雷达,装备了完善的电子战系统,包括功能强大的电子干扰和数据通讯的嵌人模块。“诺拉”系统的一个重要作用就是为战斗机飞行员建立了强大的空战信息优势,“诺拉”有源相控阵雷达是瑞典JS39战斗机“鹰狮"(Gripen)安装的多功能机载脉冲多普勒火控雷达,具有如下特点: 主动电子扫描阵列,同时对目标跟踪和定位,主动和被动的精确跟踪多批目标。

法国RBE2 PESA。法国"阵风"战斗机是欧洲第一种装备电子扫描雷达(RBE2 PESA雷达)的战斗机,2011年,"阵风"战斗机将装备RBE2 AESA(有源相控阵)雷达。RBE2 PESA(无源相控阵)雷达能够同时提供空空和空地工作模式,省去了机械扫描雷达的液压驱动系统,并具备更高的可维护性和可靠性,但也存在探测距离不够远,且只能提供单一波束的缺点。此外,法国方面认为RBE2 PESA雷达影响了"阵风"战斗机的外销市场。最重要的是,RBE2 PESA雷达无法充分发挥"流星"(Meteor)超视距空空导弹的威力。基于上述原因,法国计划为"阵风"战斗机换装RBE2 AESA雷达,新雷达提供更远的探测和跟踪距离以及更强的态势感知和ECCM(电子反干扰)性能。此外,由于装备大量T/R模块,AESA雷达还具备"柔性降级"特征,大幅提高了雷达系统的任务可靠性。

日本J/ APG-1。F-2的火控雷达属于J/ APG-1有源相控阵雷达,它采用了当今世界上先进的有源相控阵技术,大约由800个3瓦砷化镑发射接收模块组成。这种雷达是世界第一种有源相控阵雷达,其特点是每个天线都可单独发射波进行电子扫描,不需要机械转动天线,搜索范围大,处理速度快,可靠高。该雷达由三菱电气公司研制,最大探测距离180公里,可同时跟踪10个以上目标。1991年初将4部样机交付日本防卫厅技术研究部,用于地面试验,适应性检查,以及可靠性和电子干扰试验。2001年在F-2上装备。据测试,该雷达对于驱逐舰大小的目标,其作用距离为148至185千米。日本生产的F-15J很可能也将换装这种雷达。

荷兰SAR。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),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)。

中国1471。歼-11B使用的是国产1471多谱勒机械扫描雷达。该雷达对空目标最大探测距离达350公里,可以同时跟踪20个目标并同时引导主动雷达制导超视距空空导弹攻击其中威胁最大的6个目标。而且具备极强的抗干扰能力。同时,1471雷达融合了合成孔径功能,具备良好的对地(海)面探测能力和对地面地形的多普勒波束锐化扫描/地图时事测绘功能,对地(海)面探测距离达120公里。歼-11B的机载雷达是目前国内最先进的战斗机机载雷达系统,雷达寿命和可靠性、可维护性是国内机载雷达中最好的。已经达到国际机载多谱勒机械扫描雷达的最高水平。

结语

综上所述我们不难发现,中国的机载雷达技术与其他高新科技一样,正在逐步接近和达到世界一流水平,在部分领域已经引领世界雷达发展趋势。但是因为国情和发展历史等客观因素,中国的科研人员正在赶超的路上。最后,让我们一起向奋战在科研一线的人们致敬,他们中有很多人耗尽一生心血钻研技术,最终却未必能获得至高的荣誉。但正是因为有了无数个这样的人在默默付出,我们的中华民族才能日益强大,虎视东方。

标签:  机载雷达[23]    有源相控阵[6]    多谱勒[2]
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