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标题: 国外机载火控雷达技术的最新发展 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 20:24
标题: 国外机载火控雷达技术的最新发展

战斗机机载雷达技术的进步正在扩大攻击机的作战优势并扩展系统新的用途。
正如机枪射击协调器对1914～1918年第一次世界大战期间的空战带来革命性影响一样，以有源电子扫描阵列(AESA)技术为基础的战斗机火控雷达系统技术的发展必将给21世纪作战飞机的作战性能带来同样重大的飞跃。

　　AESA雷达技术的优势已经经受了实战检验，并展示出更高的可靠性和可维护性，这种雷达的个别部件发生故障时，雷达的性能虽然会有所下降，但仍能保持较高的工作性能。AESA雷达还可同时执行多种任务，除可进行目标探测外，还能发展成为高性能电子侦察、干扰和通信设备。此外，随着雷达元器件成本的不断下降，雷达经济可承受性不断提高，AESA雷达将成为当今及未来大多数战斗机的必备技术系统。然而，传统的机械扫描(或称“M-扫描”)技术也不可忽视，因为在可预见的将来，仍有数千部传统战斗机雷达在世界各国的战机上服役，这些雷达的技术保障也是一个庞大的产业。另外，由于工业和政治等多种原因，即便能够获得AESA雷达的军队也不会放弃机械扫描雷达。

美国机载火控雷达发展

美国在机械扫描雷达和电子扫描雷达的发展上都居于世界领先地位。当前在用的以及发展中的雷达系统有AN/APG-63(V)213、AN/APG- 68(V)、AN/APG-73、AN/APG-77、AN/APG-79、AN/APG-80、AN/APG-81、AN/APG-82，以及雷声公司的“先进作战雷达”(Raytheon Advanced Combat Radar——RACR)和诺斯罗普‘格鲁曼公司的“可扩展捷变波束雷达”(Scalable Agile BeamRadar——SABR)等。

APG-63系列
雷声公司的APG-63(V)2和(V)3　型AESA雷达是由F-15原先配置的APG-63机械扫描雷达发展而来。除了AESA雷达的前述特性外，(V)2雷达采用了增强型环控系统，并与BAE系统公司的先进敌我识别子系统相结合，使整个系统在与AIM-120“先进中程空空导弹”的配合使用方面得到了优化。(V)3型结合了AESA雷达波束转向控制组件，新的阵列电源以及原APG-63(V)1机械扫描雷达的低压电源、雷达处理器和模拟信号转换器及接收机/激励器，功能包括空空上视/下视，同步跟踪/定位和可选择搜索等。用于攻击任务时，还可提供空对地固定目标成像、高分辨率目标识别和武器支持成像、地面动目标探测，跟踪和海面目标探测，跟踪等工作模式。
APG-82雷达是APG-63(V)雷达家族的最后型号，又称APG-63(V)4。它将APG-63系列AESA雷达的前端与APG-79系统后端进行了组合，工作模式包括空地定位、合成孔径地面测绘，地面动目标指示(GMTI)、海面搜索、空空搜索跟踪(SWT)、空空指令搜索和武器支持，未来还可能增加带内有源干扰和通信等功能。到目前为止，APG-63(V)2已安装在美国空军18架-15战斗机上，而APG-63(V)3则用于装备新加坡空军的F-15SG，并已被美空军国民警卫队选定为F-15C/D的升级设备，而APG-82雷达将用于改进美国空军的F-15E攻击机。

　　
APG-68系列
诺斯罗普‘格鲁曼公司的APG-68(V)机械扫描雷达目前仍广泛用于世界各国后期型号的F-16战斗机上。自上世纪80年代在“F-16多国分阶段改进计划”(MSIP)中投入使用以来，该雷达已发展到最新的(V)5、(V)9和(V)10配置。其中(V)5用于F-16 BLOCK 50/52飞机，在其“可编程信号处理器”(PSP)中采用了超高速集成电路(VHSIC)技术。(V)9型用于最新制造的F-16 BLOCK 50系列战斗机，该雷达以前称为APG-68(V)XM，具有一系列新增的能力和改进的性能，包括增加了高分辨率合成孔径雷达(SAR)模式，提高了空空探测距离，使其可靠性提高2倍。为便于加装SAR模式，该雷达还采用了捷联式惯性测距组件，并采用了新的商业现成的开放式结构处理器，比原先的处理速度提高了10倍。从维护角度来说，该雷达已经不需要中级维护，并提高了故障隔离能力。更重要的是，(V)9支持高级空空作战模式，可与AIM-9X和 DAIM-120空空导弹、联合头盔瞄准系统、“J”系列灵巧弹药，Litening Ⅱ侦察吊舱和其他光电瞄准吊舱，以及AN/ALQ-131、AN/ALQ-165电子战系统相兼容。新的增程搜索模式(±60°扫描)取代了传统的空空扫描模式，具有多目标扫描能力，可同时捕获4个目标。APG-68(V)10是以(V)9基础，为美国空军的F-16BLOCK 50/52战斗机研制的，计划配备美国空军240架F-16。与(V)9相比，其空空探测距离增加了33％，同时具备更强的高分辨率地形测绘能力以及更高的可靠性。

APG-73
美国海军F/A一18C/D雷达的标准配置是雷声公司的AN/APG-73。它是较早前AN/APG-65雷达的全数字化升级型，采用了新的多功能数据，信号处理器、电源和接收机，激励器。其他改进内容包括增大了内存和带宽，实现了频率捷变，提高了模，数采样率，多普勒分辨率，增强了电子对抗能力。该雷达的可编程数据/信号处理器采用了双核1750A计算机，可提供模式和天线控制、目标跟踪和显示处理等功能，使系统能够通过更换软件适应新型武器和战术。以每秒200Ff指令工作时，具有200万字稳定数据存储和256K 16比特工作数据存储能力。信号处理器具有4M的大容量存储器，若使用多芯片门阵列，可使数据处理率提高到每秒60]5-次。APG-73雷达保留了 AN/APG-65的行波管(TWT)发射机和天线，而接收机/激励器的电路和输入/输出接口采用了集成AESA雷达所需的配置。如果该型雷达进一步配置运动感知子系统，展宽波形发生器和“特种”测试设备，仪表和侦察(SIR)模块，它即可生成高分辨率地形图，并可利用图像相关算法大大提高武器指示精度。目前，除美国海军/海军陆战队外，APG-73多模式雷达已广泛配备多个国家的战机，如澳大利亚、加拿大、芬兰，马来西亚、瑞士等国的F/A-18“大黄蜂”系列战斗机。

APG-79型AESA雷达
较新型号的F/A-18E/F“大黄蜂”战斗机以及EA-18G“咆哮者”电子攻击机配备的是APG-79型AESA雷达。该雷达系统由主动阵列天线、接收机，激励器、通用集成传感器处理器(CISP)、雷达电源和用于补偿孔径运动的运动传感器分系统(MSS)组成。其中，有源阵列采用了第六代
发射，接收模块(TRM)，这是一种宽带多功能组件，支持空空、空地和电子战模式等各种波形。APG-79雷达的接收机，激励器带有4个诵道和可编程波形生成功能，可提供很宽的带宽、频率捷变功能。据雷声公司称，其CISP是基于商业现成的Power PC模块设计，采用开放式系统架构和软件隔离技术，可延缓技术的过时。该雷达的特殊容错电源是专门为模块化收发机结构设计的。该雷达的空空探测性能据称可减轻机组的工作量，并可在很远的距离上截获目标，但具体技术细节尚未透露。空地模式包括高分辨率地形测绘，并可交错扫描。

其他APG雷达
APG雷达家族还包括诺斯罗普‘格鲁曼公司的APG-80雷达。它是专门为阿联酋空军的F-16E/F战斗机研制的，具有以下主要特点：探测距离远，探测范围达到140度，可自动地形跟踪，具备高分辨率合成孔径雷达成像能力，具有20个目标的跟踪能力和500小时的平均故障间隔时间。
F-22战机安装的诺斯罗普·格鲁曼APG-77雷达是美国第一代AESA战斗机雷达，而其改进型——最新配置的APG-77(V)1属于美国第四代 AESA雷达，雷达通过新的软件实现了空地工作模式。该软件包含自动目标探测与分类、成像地理重合(含数字地形高程数据，可提供三维视图并减小目标定位误差)，地面动目标探测和3米分辨率的远视合成孔径成像，以及综合空中跟踪更新设备(integral air-track update facility)。它综合采用了APG一80和APG-81雷达的技术元件，明显减少了组件数量，其中AESA雷达所使用的收发机模块数量减少了 75％，从而极大降低了生产和维修成本。
诺斯罗普·格鲁曼公司的APG-81雷达是专为F-35“联合攻击战斗机”设计的，代表了目前AESA机载火控雷达的领先技术。除常规雷达性能外，该雷达还具有电子战能力，与飞机的光电目标定位和分布式孔径系统一起构成了F-35综合传感器系统的主体。F-35飞机研发计划顺利完成后，至少将有 2000架机装备APG-81雷达。

RACR与SABR
美国的雷达产业界对AESA技术充满了浓厚兴趣，并不断加大对机械雷达到电子扫描雷达升级潜力的研究投资，特别将重点放在了F-16飞机配置的雷达上。为此，诺斯罗普·格鲁曼公司研制的“可扩展捷变波束雷达”(SABR)与雷声公司的“雷声先进作战雷达”(RACR)展开了激烈的市场竞争。
雷声公司的X波段RACR雷达销售广告宣称“可为第四代战机提供第五代传感器能力”，设计可安装于多种高速喷气式战斗机上，包括F-16A/B/C /D型和F/A-18A/A+/B/C/D型等。该雷达的研制是为了提供一种利用现有电源和其他子系统的插八式替换系统。RACR采用液体一空气热交换器的冷却方式。雷声公司声称，该雷达系统与现有的机械扫描雷达相比，总体性能提高了3倍，可靠性提高了10倍，并具有在主机平台全寿命内使用的能力。
诺斯罗普’格鲁曼公司的SABR雷达的初始设计目的是安装在新造的F-16飞机和对现有F-16 A-D型的改进上。公司声称其为“第六代”传感器，它将AESA组件和接收机/激励器，处理器集成为一体。该系统采用热交换器的冷却方式，并配置了相关的泵、过滤器以及天线电源转换器。如进行改装安装。要求拆除现有的雷达处理器、接收机/激励器、行波管发射机、天线组件和设备架。
据称，SABR雷达与F-16的规定电源和冷却包线相匹配，无需为支持现有的人机界面而进行结构性修改。其重量比所替换的雷达大大减轻。工作模式有自主空空探测设置，扇区和线形搜索、空战、多目标跟踪以及支持AIM-120空空导弹等。空地功能包括所有常规的地形测绘、地面动目标跟踪，表面散射和空地测距等，其他性能还包括辅助导航，系统健康与校准监测，以及电子战开放式增长路径(opening growth paths for electronic warfare)和高速率数据通信等。

欧洲火控雷达技术发展现状

欧洲目前有源电子扫描雷达技术的研究主要包括塞莱克斯-伽利略公司(Selex Galileo)的“维克森”(Vixen)雷达，以及达索“阵风”和欧洲战斗机“台风”的机械，无源电子扫描雷达到有源电子扫描雷达的改进。机械扫描雷达的研究项目主要包括瑞典PS-05/A雷达和泛欧洲“捕捉者”(Captor)雷扶

PS-05/A雷达
萨伯微波公司的PS-05/A雷达主要装备在JAS-39“鹰狮”战斗机上，其基本型由1个25千克的天线/平台组件，1部73千克的电源液冷行波管功率放大器，发射机、1个32千克的软件控制激励器/接收机和1部信号/数据处理器构成，均带有自检功能。PS-05/A雷达采用可编程式信号处理，使用包括低、中、高脉冲重复频率(PRF)和空地测距在内的多种波形，多普勒波束锐化，低。中、高脉冲多普勒等。它采用了一系列现代材料技术，包括砷化镓场效应晶体管芯片，氧化铝基板薄膜涂层，高密度模，数组件，多层厚膜元件，微波集成电路和专用集成电路等，其所获得的数据显示在平视和俯视显示器上。PS- 05/A历经多次反复发展为现有最新的MK-314配置。
PS-05/A　MK-3型采用了以“水星”处理器为基础的信号，数据处理器(替换了基本型D80处理器)，可提供包括空地测距，超视距导弹数据链、短距自动目标搜索、地面动目标探测，目标跟踪，海上模式、合成孔径雷达模式及多目标扫描跟踪(TWS)等一系列工作模式。其超视距导弹数据链功能可控制 AIM-120B和“流星”导弹，并与“鹰狮”战机的“作战飞行程序”(OFP)E18.3(匈牙利)、E18-7(捷克)和E18.9(瑞典)软件标准相匹配。据悉，出售给南非的“鹰狮”飞机配置了临时升级的空对地OFP软件标准E19。
PS-05/A　MK-4是仅为瑞典研制的型号，突出强调了空对地性能，尤其是精确打击和近距空中支援性能。它与“鹰狮”的E20标准OFP固定关联，对硬件和软件均作了改进，主要性能包括增强了信号处理能力、高频信号生成和改进了地面动目标探测，目标跟踪性能。

“捕捉者”(capcor)雷达
“捕捉者”雷达由欧洲多国联合研制，其中塞莱克斯-伽利略(英国)公司是主开发商，塞莱克斯-伽利略(意大利)公司、EADS防务电子公司和英德拉公司为合作商。该雷达是一种相干脉冲多普勒，多模式机械扫描雷达，也是欧洲战斗机“台风”的标准配置。
为了适应“台风”的空中优势性能，“捕捉者”雷达优化了探测、识别、优先次序确定，以及在比敌方武器射程更远的距离上和严重电子干扰条件下截
获目标的能力，并具有内置自检功能和“智能自动化”功能，可大大减轻单座飞机飞行员的工作负荷。该雷达采用了转换器-计算机结构，通过软件实现了两者复合，并使用针对特定任务自动优化的高、中、低脉冲重复频率(PRF)多种波形，还可自动运行多目标扫描跟踪(TWS)模式切换。
“捕捉者”雷达通过专门设计孔径发射，可确保最小的高功率波束损耗，并运行全部正常工作模式，包括空中单目标跟踪、海上搜索，地面动目标探测、空地搜索、实波束测绘、高分辨率测绘、地形规避、空地测距和精确速度更新等。
总的来说，“捕捉者”基本型雷达重193千克，由封装在6个外场可更换件内的61个工厂可更换件构成。该雷达采用表面贴装器件封装和超大规模集成/专用集成电路(VLSI/ASIC)技术，接收机集成了多通道、宽带频率捷变，波形疏散/表面声波波散/非波散滤波器以及处理器控制校准等功能。发射机采用嵌入式计算机，电子换向直流电动机驱动器、混合开关式电源、功率放大器和一个双陷集电极耦合腔行波管。雷达天线为开槽波导类型。

欧洲AESAT达
欧洲雷达工业联盟已开发了“捕捉者”有源电子扫描阵列雷达(CAESAR)技术验证型，将作为批次3“台风”战斗机及未来出口型飞机作战型雷达的过渡型。另一个改进项目是泰利斯公司的RBE2(双轴电子扫描雷达)AESA升级计划。RBE2雷达基本型由1部天线、1台行波管发射机、1个接收机和1个处理器组成，采用无源电子扫描方式和“独特的”波束转向透镜布局，由宽带照射灯(1个蛇形平面波导阵列)产生和限定雷达波束的焦点，具有空空，空地和海上搜索等工作模式。据泰利斯公司称，其AESA配置的探测距离比现有型号增加40％，并“显著提高”了维护性，具有高分辨率成像，电子对抗防护和非合作目标识别能力。
在所有西欧AESA火控雷达计划中，塞莱克斯·伽利略公司的“维克森”(Vixen)雷达被认为在使用和研发方面最为先进。“维克森”为可扩展X波段雷达，采用一整套通用技术，主要包括通用发射，接收模块和通用接收机，处理器。塞莱克斯公司自行设计和生产了发射/接收模块芯片组(使用砷化镓材料)，据称初次通过制造成功率达到97％。
塞莱克斯公司现已推出“维克森500”和“维克森1000”配置，前者已被美国国土安全部选定安装在海关和边境保护局的“塞斯纳-550”拦截飞机上，后者则成为“鹰狮”新一代武器系统组成部分的ES-05“乌鸦”AESA雷达的基础。“维克森”雷达没有互连波导，它利用直接数字合成产生的脉冲压缩波形，可与超视距导弹相兼容，并采用基于商业现成处理器卡的开放式结构和软件提取层。
为了使现有阵列面积最大化，同时降低雷达散射截面，“维克森-1000”AESA霍达向后倾斜30度，并安装在电动旋转斜盘上以最大限度地扩大覆盖范围。因此，“维克森-1000”阵列可提供±100°的方位覆盖，而固定板AESA雷达通常只能提供±60-的覆盖。该雷达的性能可以从“维克森 -500”的技术参数中略见一斑，其标称的平均关键故障间隔时间超过1000小时，合成孔径成像分辨率为3米，编队探测距离超过46.3千米，上视目标探测距离超过64.8千米，具有空空/空战/空地等多种工作模式和“近即时”波束切换能力。
　　
俄罗斯的机载火控雷达

俄罗斯新的米格-29/-35、苏-27/-30/-35等战斗机均已装备了先进火控雷达，并用其对现有飞机进行升级改进。两大生产厂商占据统治地位，其中NIIP公司生产N001“梅克”(Mech)系列雷达，北约名称为“翼缝背”(Slot Back)，Phazotron-NIIP公司生产“甲虫”(Zhuk)系列雷达。

N001“梅克”(Mech)系列雷达
N001的基本型为脉冲多普勒雷达，使用机械扫描“卡塞格伦”(Cassegrain)扭旋天线，提供中、高脉冲重复频率模式，平均故障间隔时间为 100小时，对雷达反射截面积3平方米目标的最大正面探测距离为100千米。已确定的载机平台包括“苏-27”。“苏-30MKK”(N001VE型)和 “苏-30MK2”(N001VEP型)。
NIIP公司还研发了X波段N135“雪豹”(Irbis)机械/无源电子扫描相结合的雷达，装备于“苏-27SM2”和出口型“苏-35”等飞机上。据称，它是“苏-30MKI”的N011M“雪豹”雷达的后继型，其性能取决于目标的雷达反射截面积。出口型“雪豹-E”配置采用了扫描跟踪模式，据称可同时处理多达30个目标，对雷达反射截面积3平方米目标的正面探测距离达400千米。

“甲虫”(Zhuk)系列雷达
“甲虫”雷达基本型又称N010，由开槽阵列平板天线组件、接收器、控制器、数据，信号处理器、同步器、电源、激励器、发射机和被称为“电视-形成器”单元等部件组成。该雷达可提供15种空空和空地工作模式，并与Kh-31A、R-27R1，R-27T1、R-37E和RW-AE等型导弹相兼容。后续型号包括“甲虫-ME/MFE”，“甲虫-MSE”以及“甲虫-AE”雷达，其中AE型为电子扫描阵列雷达，由1064个发射，接收模块组成，安装在 “米格-35”飞机上。
“甲虫”-ME/MFE雷达由开槽阵列(ME型)或电子扫描阵列(MFE型)天线，液冷行波管发射机、激励器、3通道微波接收机和可编程信号与数据处理器组成。“甲虫-ME”雷达的最初载机包括“米格-29K”和“米格-29SMT”，可同时处理多达4个目标，并提供至少18种空空和空地工作模式。 “甲虫-MSE”型现装备在“苏-30MKK3”飞机上，被认为是专门用于苏霍伊飞机的“甲虫-M”构型。该雷达采用平板式天线，可提供3米分辨率的合成孔径雷达成像和地形跟踪模式。
总之，战斗机雷达市场的竞争相当激烈，无论是改进旧飞机还是建造新飞机。针对未来印度空军的“中型多用途作战飞机”(MMRCA，需求量为126架飞机)、巴西的F-X2战斗机(多达120架飞机)和日本80架新一代战斗机的需求，世界各主要厂商将会展开一场异常激烈的竞争。

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