機載雷達：銳利的空中“鷹眼”

　　因此，戰(zhàn)機配備什么樣的雷達成為衡量其作戰(zhàn)能力的重要標準之一。如俄羅斯的蘇-57戰(zhàn)機，據(jù)稱裝備有多部雷達，擁有環(huán)場視野，具備跟蹤打擊多個目標的能力。其中機頭位置安裝的前視X波段雷達，最大探測距離達350-400千米。由法佐特龍雷達研究院研制的“甲蟲”-AME有源相控陣雷達與米格-35戰(zhàn)機的“合體”，才使后者“達到完全體狀態(tài)”。

　　前不久，美國一家公司研發(fā)出一款緊湊型機載有源相控陣雷達，重量約為50千克，重量輕，成本低，有望安裝到包括無人機和直升機在內(nèi)的多種飛行器上。這預示著，當前和今后各國在這方面的研發(fā)與角逐仍將繼續(xù)。

　　機載雷達：銳利的空中“鷹眼”

　　■劉傳武 羅 釘 張 昊　　

米格-35戰(zhàn)機的“甲蟲”-AME雷達

　　不斷進化的機載雷達讓戰(zhàn)機“耳聰目明”

　　機載雷達,被形象地稱為空中“鷹眼”。

　　世界上第一臺機載雷達出現(xiàn)在英國。為應對敵方潛艇，英國于1937年進行了首次雷達空中試驗，該雷達也可用來協(xié)助載機在軍艦上起降。

　　經(jīng)過80余年發(fā)展，世界各國已經(jīng)發(fā)展出多種具有不同體制和用途的雷達，其功能早已突破最初測距、測速、測向的范圍，完成了向高分辨率地圖測繪、氣象探測、目標識別和電子對抗等功能拓展。

　　按照其功能和載機平臺的不同，機載雷達一般分為以下幾種：

　　氣象導航雷達：通常配裝運輸機、直升機等，主要用于雷暴、湍流、風切變等危險氣象探測，引導載機進行規(guī)避飛行。

　　預警雷達：一般配裝大型預警指揮機，用于戰(zhàn)場遠程早期預警和空中指揮引導。

　　搜索監(jiān)視雷達：通常配裝大中型運輸機、無人機等，多用于對海面目標的搜索和監(jiān)視，部分具備搜潛功能。

　　成像偵察雷達：主要配裝大中型運輸機、無人機等，通過合成孔徑雷達(SAR)成像，對陸海戰(zhàn)場進行成像偵察和監(jiān)視地面、海面目標，部分雷達兼具對空中動態(tài)目標的監(jiān)視功能。

　　多功能火控雷達：通常配裝戰(zhàn)斗機、轟炸機等，一般具備多目標搜索跟蹤、地圖測繪、氣象導航等功能，主要用于對空中、地面和海面目標的搜索、跟蹤和武器制導。

　　其中，機載火控雷達的性能高低與戰(zhàn)機攻擊時的“臨門一腳”成效緊密相關(guān)。

　　最初的機載火控雷達采用的是脈沖體制，依靠發(fā)射微波脈沖信號和對回波脈沖的檢測，確定目標是否存在及距離。由于下視時地面回波強度遠大于空中目標的回波強度，因此簡單脈沖體制的機載火控雷達不具備下視和引導武器下射能力。另外，這種方式易受敵方干擾，精度也不高。

　　20世紀50年代，脈沖多普勒火控雷達現(xiàn)身。這種雷達運用脈沖多普勒效應，利用飛行狀態(tài)下所感知的運動目標回波和地面回波頻率的差異，來抑制地面回波，檢測被掩蓋的運動目標回波，從而具備下視發(fā)現(xiàn)低空飛行目標的能力。

　　之后，脈沖多普勒火控雷達經(jīng)歷了從反射面天線到低副瓣平板縫陣天線，從模擬信號處理到數(shù)字信號處理及數(shù)字化操控顯示的發(fā)展過程。具有高、中、低脈沖重復頻率全波形和數(shù)字化信號處理能力的戰(zhàn)機火控雷達的出現(xiàn)，使戰(zhàn)機擁有了全向探測和同時多目標搜索、跟蹤能力。

　　典型的脈沖多普勒雷達包括配裝F-16系列飛機的AN/APG-68雷達，配裝F-18系列飛機的AN/APG-73雷達，配裝阿帕奇武裝直升機的AN/APG-78“長弓”雷達，以及意大利的Grifo系列雷達、歐洲雷達集團的Captor雷達、俄羅斯的“甲蟲”系列雷達等。

　　脈沖多普勒雷達能夠制導中距空空導彈實施攻擊，還具備對地面、海面目標搜索跟蹤和引導攻擊以及對地面目標進行高分辨率成像的能力，但受到天線機械掃描、發(fā)射機功率和工作帶寬等限制，脈沖多普勒雷達的發(fā)展也有瓶頸，難以在探測距離、多目標跟蹤、可靠性和抗干擾方面再進一步。為此，有源相控陣雷達應運而生。

　　有源相控陣雷達與脈沖多普勒雷達的天線不同。其天線的核心是成百上千個收發(fā)組件(T/R組件)，每個T/R組件都包含了一組小型發(fā)射機、接收機和移相器等。

　　通過分別調(diào)整每個T/R組件中移相器的發(fā)射、接收信號的相位，就可以實現(xiàn)雷達波束掃描。這種掃描沒有機械掃描的慣性限制，因此可以實現(xiàn)波束掃描的捷變(跳變)，提升多目標跟蹤性能和抗干擾能力。受行波管發(fā)射機的限制，脈沖多普勒雷達的工作帶寬難以超過1吉赫，而現(xiàn)在有源相控陣雷達的工作帶寬可以達到4吉赫水平，大幅提高了抗干擾能力。

　　一些四代機的雷達也因此獲得電子戰(zhàn)偵察、干擾和數(shù)據(jù)鏈制導武器的能力。例如，在進行電子戰(zhàn)時實施高增益電子支援(偵察)和高功率電子對抗(干擾)，傳統(tǒng)機載電子戰(zhàn)系統(tǒng)只能對對手的雷達主瓣信號進行截獲偵察，一些四代機雷達則可以截獲、偵察遠距雷達副瓣信號。在對敵方雷達進行遠距大功率壓制干擾時，傳統(tǒng)機載電子戰(zhàn)系統(tǒng)干擾有效功率只能達到百瓦量級，一些四代機雷達干擾有效功率可達1兆瓦以上?！　?/p>

米格-35戰(zhàn)機

　　新的作戰(zhàn)方式正在將雷達性能推向極致

　　現(xiàn)代空戰(zhàn)正沿著超視距作戰(zhàn)方向發(fā)展，強調(diào)先發(fā)現(xiàn)、先攻擊。

　　新的作戰(zhàn)方式，正在將雷達性能推向極致。

　　當前，在超視距空戰(zhàn)理論中，空空作戰(zhàn)區(qū)域已被細分為態(tài)勢感知、交戰(zhàn)/回避決策、超視距攻擊、威脅回避、威脅對抗等不同區(qū)域，每個區(qū)域都有明確的邊界和對傳感器的要求。

　　為此，工程師專門設(shè)計了多種有針對性的雷達工作模式，以充分發(fā)揮有源相控陣火控雷達的技術(shù)優(yōu)勢，比如空中優(yōu)勢模式、先進空-空模式、先進打擊模式、電子對抗模式等。這些工作模式中又包括一些子模式。如空中優(yōu)勢模式又包括搜索加跟蹤、近距格斗子模式，先進空-空模式包括邊搜索邊測距、邊掃描邊跟蹤、單目標跟蹤、入侵群目標分辨子模式等。

　　空中優(yōu)勢模式是自動化程度較高的空戰(zhàn)模式，通常用于激烈的空戰(zhàn)對抗階段。這種模式下，雷達在指定空域搜索目標，自動截獲、發(fā)現(xiàn)目標并轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，可以有效降低飛行員在空戰(zhàn)中操作雷達的工作壓力。

　　先進空-空模式下，飛行員的操作選擇較多，主要用于遠距態(tài)勢感知，為激烈的空戰(zhàn)對抗做好準備。

　　先進打擊模式是為地圖導航、偵察測繪和對地/海目標打擊設(shè)置的。飛行員操作雷達對指定區(qū)域進行搜索，發(fā)現(xiàn)目標后進入截獲跟蹤，并制導導彈、炸彈等攻擊固定目標或運動目標。

　　隨著當前戰(zhàn)斗機更加注重多軍種和多機種協(xié)同作戰(zhàn)，機載雷達也在這方面被賦予更多更強的能力，以支持戰(zhàn)機通過共享戰(zhàn)場信息實現(xiàn)高度協(xié)同。

　　預警指揮機搭載的早期預警雷達與戰(zhàn)斗機、攻擊機、轟炸機所配備多功能火控雷達的組合較為常見。一些預警機的早期預警雷達對中型戰(zhàn)斗機的探測距離可達400千米以上，處理目標數(shù)量超過2000批次，可以提早發(fā)現(xiàn)敵方來襲飛機。

　　為實現(xiàn)作戰(zhàn)飛機編隊內(nèi)多機、多機種間的協(xié)同，新一代機載雷達正在發(fā)展“協(xié)同探測”“協(xié)同干擾”和“協(xié)同攻擊”等能力?！　?/p>

蘇-57戰(zhàn)機

　　未來空中戰(zhàn)場呼喚更善協(xié)同的機載雷達

　　未來戰(zhàn)場的一大特征是伴隨著強度高而復雜的電磁對抗。

　　這種基于體系化架構(gòu)下的博弈，需要功能、性能更加強大和抗電磁攻擊能力更強的機載探測感知系統(tǒng)。

　　未來機載雷達的發(fā)展將不只是對單個機載雷達性能的追求，而是更加注重雷達與外界平臺的協(xié)同。

　　與其他電磁傳感器相融合。機載的電磁傳感器除雷達以外，還有電子戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈和光電探測跟蹤系統(tǒng)等。今后，機載雷達與其融合的方向包括協(xié)同探測、探測信息的融合和物理實體的一體化等。

　　通過異構(gòu)多傳感器的協(xié)同探測和探測信息的融合，可以增加信息的獲取源，增加信息的維度和可信度，減少輻射信號被截獲的可能，提高抗干擾能力。物理實體的融合可以極大地降低傳感器系統(tǒng)的體積、重量和功耗等，這對于載機平臺來說非常重要。

　　一些先進的四代機上，已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的電磁傳感器相融合。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：運用先進的射頻電子技術(shù)、總線技術(shù)等，將傳統(tǒng)上各自獨立的雷達、電子戰(zhàn)和通信導航識別等傳感器綜合設(shè)計為一體，構(gòu)成一個多頻譜、多手段、自適應的綜合一體化航空電子系統(tǒng);按區(qū)域、分頻段實現(xiàn)天線共用，減少天線的數(shù)量，既滿足載機隱身要求又降低重量、體積和成本開銷;減少模塊的種類，實現(xiàn)模塊共用，降低維護保障的費用;采用集中統(tǒng)一的核心處理機，有利于信息融合和對備份處理能力的共享。

　　與分布式目標感知網(wǎng)絡相融合。體系化作戰(zhàn)的主要特征之一，是多平臺分布式目標探測、情報獲取和電磁對抗，以及網(wǎng)絡化的協(xié)同作戰(zhàn)與信息分享。今后機載雷達只有進一步融入分布式目標感知網(wǎng)絡，才能借力多平臺分布式探測的優(yōu)勢，更好地對抗隱身飛機和電磁干擾，還可以降低對單臺雷達綜合性能的要求，適應未來有人無人協(xié)同和無人機蜂群作戰(zhàn)等新的作戰(zhàn)樣式。

　　與載機平臺機體相融合。以雷達功能為核心的機載綜合電磁傳感器，正在通過超薄輕量化來實現(xiàn)與飛機蒙皮的共形。這種設(shè)計可以擴大天線面積、降低雷達散射面積。今后，這種融合將逐步走向“智能蒙皮”;通過機體上分布多天線的布局，實現(xiàn)探測的全頻譜和全角域覆蓋。

　　與人工智能相融合。人工智能的應用是機載電磁傳感器發(fā)展的重大助推力。它有助于大幅提升機載雷達的認知探測能力，即能通過對信號環(huán)境和目標的認知，自適應地改變探測或干擾的波形與行為，以降低環(huán)境對信號的干擾。

　　人工智能機載雷達的下一步發(fā)展與應用方向，是在戰(zhàn)場環(huán)境中實現(xiàn)自主學習，減少對飛行員干預的需求，使飛行員能夠把精力放在更需要關(guān)注的地方。

　　供圖：陽 明　　

蘇-57戰(zhàn)機的N036“松鼠”有源相控陣雷達。資料圖片