機(jī)載雷達(dá)：銳利的空中“鷹眼”

　　因此，戰(zhàn)機(jī)配備什么樣的雷達(dá)成為衡量其作戰(zhàn)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。如俄羅斯的蘇-57戰(zhàn)機(jī)，據(jù)稱裝備有多部雷達(dá)，擁有環(huán)場(chǎng)視野，具備跟蹤打擊多個(gè)目標(biāo)的能力。其中機(jī)頭位置安裝的前視X波段雷達(dá)，最大探測(cè)距離達(dá)350-400千米。由法佐特龍雷達(dá)研究院研制的“甲蟲”-AME有源相控陣?yán)走_(dá)與米格-35戰(zhàn)機(jī)的“合體”，才使后者“達(dá)到完全體狀態(tài)”。

　　前不久，美國(guó)一家公司研發(fā)出一款緊湊型機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)，重量約為50千克，重量輕，成本低，有望安裝到包括無人機(jī)和直升機(jī)在內(nèi)的多種飛行器上。這預(yù)示著，當(dāng)前和今后各國(guó)在這方面的研發(fā)與角逐仍將繼續(xù)。

　　機(jī)載雷達(dá)：銳利的空中“鷹眼”

　　■劉傳武 羅 釘 張 昊　　

米格-35戰(zhàn)機(jī)的“甲蟲”-AME雷達(dá)

　　不斷進(jìn)化的機(jī)載雷達(dá)讓戰(zhàn)機(jī)“耳聰目明”

　　機(jī)載雷達(dá),被形象地稱為空中“鷹眼”。

　　世界上第一臺(tái)機(jī)載雷達(dá)出現(xiàn)在英國(guó)。為應(yīng)對(duì)敵方潛艇，英國(guó)于1937年進(jìn)行了首次雷達(dá)空中試驗(yàn)，該雷達(dá)也可用來協(xié)助載機(jī)在軍艦上起降。

　　經(jīng)過80余年發(fā)展，世界各國(guó)已經(jīng)發(fā)展出多種具有不同體制和用途的雷達(dá)，其功能早已突破最初測(cè)距、測(cè)速、測(cè)向的范圍，完成了向高分辨率地圖測(cè)繪、氣象探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別和電子對(duì)抗等功能拓展。

　　按照其功能和載機(jī)平臺(tái)的不同，機(jī)載雷達(dá)一般分為以下幾種：

　　氣象導(dǎo)航雷達(dá)：通常配裝運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)等，主要用于雷暴、湍流、風(fēng)切變等危險(xiǎn)氣象探測(cè)，引導(dǎo)載機(jī)進(jìn)行規(guī)避飛行。

　　預(yù)警雷達(dá)：一般配裝大型預(yù)警指揮機(jī)，用于戰(zhàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程早期預(yù)警和空中指揮引導(dǎo)。

　　搜索監(jiān)視雷達(dá)：通常配裝大中型運(yùn)輸機(jī)、無人機(jī)等，多用于對(duì)海面目標(biāo)的搜索和監(jiān)視，部分具備搜潛功能。

　　成像偵察雷達(dá)：主要配裝大中型運(yùn)輸機(jī)、無人機(jī)等，通過合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像，對(duì)陸海戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行成像偵察和監(jiān)視地面、海面目標(biāo)，部分雷達(dá)兼具對(duì)空中動(dòng)態(tài)目標(biāo)的監(jiān)視功能。

　　多功能火控雷達(dá)：通常配裝戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)等，一般具備多目標(biāo)搜索跟蹤、地圖測(cè)繪、氣象導(dǎo)航等功能，主要用于對(duì)空中、地面和海面目標(biāo)的搜索、跟蹤和武器制導(dǎo)。

　　其中，機(jī)載火控雷達(dá)的性能高低與戰(zhàn)機(jī)攻擊時(shí)的“臨門一腳”成效緊密相關(guān)。

　　最初的機(jī)載火控雷達(dá)采用的是脈沖體制，依靠發(fā)射微波脈沖信號(hào)和對(duì)回波脈沖的檢測(cè)，確定目標(biāo)是否存在及距離。由于下視時(shí)地面回波強(qiáng)度遠(yuǎn)大于空中目標(biāo)的回波強(qiáng)度，因此簡(jiǎn)單脈沖體制的機(jī)載火控雷達(dá)不具備下視和引導(dǎo)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(jì)50年代，脈沖多普勒火控雷達(dá)現(xiàn)身。這種雷達(dá)運(yùn)用脈沖多普勒效應(yīng)，利用飛行狀態(tài)下所感知的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波和地面回波頻率的差異，來抑制地面回波，檢測(cè)被掩蓋的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，從而具備下視發(fā)現(xiàn)低空飛行目標(biāo)的能力。

　　之后，脈沖多普勒火控雷達(dá)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(hào)處理到數(shù)字信號(hào)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(fù)頻率全波形和數(shù)字化信號(hào)處理能力的戰(zhàn)機(jī)火控雷達(dá)的出現(xiàn)，使戰(zhàn)機(jī)擁有了全向探測(cè)和同時(shí)多目標(biāo)搜索、跟蹤能力。

　　典型的脈沖多普勒雷達(dá)包括配裝F-16系列飛機(jī)的AN/APG-68雷達(dá)，配裝F-18系列飛機(jī)的AN/APG-73雷達(dá)，配裝阿帕奇武裝直升機(jī)的AN/APG-78“長(zhǎng)弓”雷達(dá)，以及意大利的Grifo系列雷達(dá)、歐洲雷達(dá)集團(tuán)的Captor雷達(dá)、俄羅斯的“甲蟲”系列雷達(dá)等。

　　脈沖多普勒雷達(dá)能夠制導(dǎo)中距空空導(dǎo)彈實(shí)施攻擊，還具備對(duì)地面、海面目標(biāo)搜索跟蹤和引導(dǎo)攻擊以及對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行高分辨率成像的能力，但受到天線機(jī)械掃描、發(fā)射機(jī)功率和工作帶寬等限制，脈沖多普勒雷達(dá)的發(fā)展也有瓶頸，難以在探測(cè)距離、多目標(biāo)跟蹤、可靠性和抗干擾方面再進(jìn)一步。為此，有源相控陣?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生。

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

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

　　一些四代機(jī)的雷達(dá)也因此獲得電子戰(zhàn)偵察、干擾和數(shù)據(jù)鏈制導(dǎo)武器的能力。例如，在進(jìn)行電子戰(zhàn)時(shí)實(shí)施高增益電子支援(偵察)和高功率電子對(duì)抗(干擾)，傳統(tǒng)機(jī)載電子戰(zhàn)系統(tǒng)只能對(duì)對(duì)手的雷達(dá)主瓣信號(hào)進(jìn)行截獲偵察，一些四代機(jī)雷達(dá)則可以截獲、偵察遠(yuǎn)距雷達(dá)副瓣信號(hào)。在對(duì)敵方雷達(dá)進(jìn)行遠(yuǎn)距大功率壓制干擾時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)載電子戰(zhàn)系統(tǒng)干擾有效功率只能達(dá)到百瓦量級(jí)，一些四代機(jī)雷達(dá)干擾有效功率可達(dá)1兆瓦以上?！　?/p>

米格-35戰(zhàn)機(jī)

　　新的作戰(zhàn)方式正在將雷達(dá)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(qiáng)調(diào)先發(fā)現(xiàn)、先攻擊。

　　新的作戰(zhàn)方式，正在將雷達(dá)性能推向極致。

　　當(dāng)前，在超視距空戰(zhàn)理論中，空空作戰(zhàn)區(qū)域已被細(xì)分為態(tài)勢(shì)感知、交戰(zhàn)/回避決策、超視距攻擊、威脅回避、威脅對(duì)抗等不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有明確的邊界和對(duì)傳感器的要求。

　　為此，工程師專門設(shè)計(jì)了多種有針對(duì)性的雷達(dá)工作模式，以充分發(fā)揮有源相控陣火控雷達(dá)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如空中優(yōu)勢(shì)模式、先進(jìn)空-空模式、先進(jìn)打擊模式、電子對(duì)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(shì)模式又包括搜索加跟蹤、近距格斗子模式，先進(jìn)空-空模式包括邊搜索邊測(cè)距、邊掃描邊跟蹤、單目標(biāo)跟蹤、入侵群目標(biāo)分辨子模式等。

　　空中優(yōu)勢(shì)模式是自動(dòng)化程度較高的空戰(zhàn)模式，通常用于激烈的空戰(zhàn)對(duì)抗階段。這種模式下，雷達(dá)在指定空域搜索目標(biāo)，自動(dòng)截獲、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)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(dá)的工作壓力。

　　先進(jìn)空-空模式下，飛行員的操作選擇較多，主要用于遠(yuǎn)距態(tài)勢(shì)感知，為激烈的空戰(zhàn)對(duì)抗做好準(zhǔn)備。

　　先進(jìn)打擊模式是為地圖導(dǎo)航、偵察測(cè)繪和對(duì)地/海目標(biāo)打擊設(shè)置的。飛行員操作雷達(dá)對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后進(jìn)入截獲跟蹤，并制導(dǎo)導(dǎo)彈、炸彈等攻擊固定目標(biāo)或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

　　隨著當(dāng)前戰(zhàn)斗機(jī)更加注重多軍種和多機(jī)種協(xié)同作戰(zhàn)，機(jī)載雷達(dá)也在這方面被賦予更多更強(qiáng)的能力，以支持戰(zhàn)機(jī)通過共享戰(zhàn)場(chǎng)信息實(shí)現(xiàn)高度協(xié)同。

　　預(yù)警指揮機(jī)搭載的早期預(yù)警雷達(dá)與戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)、轟炸機(jī)所配備多功能火控雷達(dá)的組合較為常見。一些預(yù)警機(jī)的早期預(yù)警雷達(dá)對(duì)中型戰(zhàn)斗機(jī)的探測(cè)距離可達(dá)400千米以上，處理目標(biāo)數(shù)量超過2000批次，可以提早發(fā)現(xiàn)敵方來襲飛機(jī)。

　　為實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)飛機(jī)編隊(duì)內(nèi)多機(jī)、多機(jī)種間的協(xié)同，新一代機(jī)載雷達(dá)正在發(fā)展“協(xié)同探測(cè)”“協(xié)同干擾”和“協(xié)同攻擊”等能力?！　?/p>

蘇-57戰(zhàn)機(jī)

　　未來空中戰(zhàn)場(chǎng)呼喚更善協(xié)同的機(jī)載雷達(dá)

　　未來戰(zhàn)場(chǎng)的一大特征是伴隨著強(qiáng)度高而復(fù)雜的電磁對(duì)抗。

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

　　未來機(jī)載雷達(dá)的發(fā)展將不只是對(duì)單個(gè)機(jī)載雷達(dá)性能的追求，而是更加注重雷達(dá)與外界平臺(tái)的協(xié)同。

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

　　通過異構(gòu)多傳感器的協(xié)同探測(cè)和探測(cè)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(hào)被截獲的可能，提高抗干擾能力。物理實(shí)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(duì)于載機(jī)平臺(tái)來說非常重要。

　　一些先進(jìn)的四代機(jī)上，已經(jīng)實(shí)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(gè)方面：運(yùn)用先進(jìn)的射頻電子技術(shù)、總線技術(shù)等，將傳統(tǒng)上各自獨(dú)立的雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信導(dǎo)航識(shí)別等傳感器綜合設(shè)計(jì)為一體，構(gòu)成一個(gè)多頻譜、多手段、自適應(yīng)的綜合一體化航空電子系統(tǒng);按區(qū)域、分頻段實(shí)現(xiàn)天線共用，減少天線的數(shù)量，既滿足載機(jī)隱身要求又降低重量、體積和成本開銷;減少模塊的種類，實(shí)現(xiàn)模塊共用，降低維護(hù)保障的費(fèi)用;采用集中統(tǒng)一的核心處理機(jī)，有利于信息融合和對(duì)備份處理能力的共享。

　　與分布式目標(biāo)感知網(wǎng)絡(luò)相融合。體系化作戰(zhàn)的主要特征之一，是多平臺(tái)分布式目標(biāo)探測(cè)、情報(bào)獲取和電磁對(duì)抗，以及網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同作戰(zhàn)與信息分享。今后機(jī)載雷達(dá)只有進(jìn)一步融入分布式目標(biāo)感知網(wǎng)絡(luò)，才能借力多平臺(tái)分布式探測(cè)的優(yōu)勢(shì)，更好地對(duì)抗隱身飛機(jī)和電磁干擾，還可以降低對(duì)單臺(tái)雷達(dá)綜合性能的要求，適應(yīng)未來有人無人協(xié)同和無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)等新的作戰(zhàn)樣式。

　　與載機(jī)平臺(tái)機(jī)體相融合。以雷達(dá)功能為核心的機(jī)載綜合電磁傳感器，正在通過超薄輕量化來實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)蒙皮的共形。這種設(shè)計(jì)可以擴(kuò)大天線面積、降低雷達(dá)散射面積。今后，這種融合將逐步走向“智能蒙皮”;通過機(jī)體上分布多天線的布局，實(shí)現(xiàn)探測(cè)的全頻譜和全角域覆蓋。

　　與人工智能相融合。人工智能的應(yīng)用是機(jī)載電磁傳感器發(fā)展的重大助推力。它有助于大幅提升機(jī)載雷達(dá)的認(rèn)知探測(cè)能力，即能通過對(duì)信號(hào)環(huán)境和目標(biāo)的認(rèn)知，自適應(yīng)地改變探測(cè)或干擾的波形與行為，以降低環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾。

　　人工智能機(jī)載雷達(dá)的下一步發(fā)展與應(yīng)用方向，是在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，減少對(duì)飛行員干預(yù)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(jī)的N036“松鼠”有源相控陣?yán)走_(dá)。資料圖片