机载有源相控阵预警雷达及应用

摘 要:基于日益复杂的现代战场环境对预警机所带来的挑战,将有源相控阵雷达装备于预警机是一个提高预警机性能的有效途径。对相控阵雷达原理做了简要介绍,通过总结和分析有源相控阵雷达的特点,列举有源相控阵雷达在国外预警机上的应用实例和相关参数,指出机载有源相控阵预警雷达使预警机在时间能量管理、扫描跟踪速度、多目标处理能力、测量精度、抗干扰能力以及可靠性等方面都有了根本性的改善,可有效提高预警机现代战场上的生存能力和作战效能。

关键词:机载预警雷达; 有源相控阵; 雷达原理; 雷达特点; 应用实例

中图分类号:TN959-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)17-0020-03

Airborne Active Phased-array Early-warning Radar and Its Application

KONG Ting1,2,GONG Fang2,XIE Yan-hong1,ZHANG Yuan-yuan1

(1. Teaching and Research Department, Naval Flying College, Huludao 125001, China;

2. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Abstract: Based on the fact that the early-warning aircraft is challenged by the increasingly complex environment of the modern battlefield, it is an effective way to equip the early-warning aircraft with the active phased-array radar so as to improve it performance. Therefore, the principle of the phased-array radar isintroduced briefly.By summarizing and analyzing the characteristics of the active phased-array radar, and citing the applications of active phased array radar on early-warning aircraft in foreign countries and relevant parameters, it is pointed out that the airborne active phased-array early-warning radar can fundamentally improve the performance of the early-warning aircraft, such as time-energy management, scanning-tracking speed, multi-target handling capacity, detection accuracy, anti-jamming capability, reliability and so on. It can eventually embody the effective improvement of the survivability and fighting efficiency of early-warning aircraft in the modern battlefield.

Keywords: AEW radar; active phased array; radar principle; radar characteristic; application instance

0 引 言

海湾战争和科索沃战争表明,制空权是赢得现代高技术局部战争最后胜利的关键因素。预警机是装有远距离搜索警戒雷达(又叫预警雷达)、敌我识别/二次雷达、电子对抗、通信和导航、综合显控及指挥控制等完善的电子设备,用于搜索、监视、跟踪和识别空中和海上目标的作战支援飞机。现代预警机不仅能及早地发现和监视从300 ~600 km以外各个空域入侵的空中目标,而且还能引导和指挥已方战斗机进行拦截,所以又称预警指挥机,它是空中的指挥所,是现代高技术局部战争中争夺制空权的重要手段之一。预警机系统的核心是机载预警(AEW)雷达,它是预警机最重要的传感器和情报来源,这种雷达以高空飞行的飞机为平台,克服了地球曲率的影响,具有可视距离远、可检测远程低空飞行目标的优点,同时还具有很强的机动灵活性。正是由于预警机的强大功能,也使得它成为现代高技术局部战争中的重点进攻目标之一[1-2]。随着现代战争战场环境的不断变化,预警机也面临着反辐射导弹、隐身目标、超低空突防、综合电子干扰以及多方向、多批次、大密度饱和攻击的威胁。为此,20世纪90年代以来,一些国家在新一代预警机当中采用了功能更为强大的有源相控阵雷达[3],以期全面提高机载预警雷达的战术和技术性能,增强预警机在现代战场上的生存能力和作战效能。

1 相控阵雷达原理

“相控阵”,即“相位控制阵列”的简称。就是由许多辐射单元排成阵列形式构成的走向天线,各单元之间的辐射能量和相位是可以控制的。典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上各辐射单元的电流间的相位关系来实现波束在空间扫描,即电子扫描,简称电扫。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子馈电开关法。在一维上排列若干辐射单元即为线阵,在两维上排列若干辐射单元称为平面阵[4]。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上。这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点,能以一部天线实现全空域电扫。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等[5]。综上所述,相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。

相控阵体制有两种实现形式,一种是无源相控阵,一种是有源相控阵。无源相控阵由雷达发射机统一馈电,波束扫描由位于辐射单元后的移相器控制。而有源相控阵则把功率放大单元、双工器、低噪声放大器前端移相器等都集成在位于辐射单元后的收/发(T/R)组件中,这样,波束的扫描(包括功率辐射的幅度与相位)由T/R组件控制。相比于无源相控阵,有源相控阵在功率管理上更具灵活性,且由于采用了集成电路,其损耗更小,可靠性更高。随着固态有源器件的发展,有源相控阵技术近几年得到了迅速的发展,并在现代雷达中得到了更加广泛的应用,成为提高雷达在恶劣电磁环境下对付快速、机动及隐身目标的一项关键技术。

2 有源相控阵雷达的特点

有源相控阵雷达的特点如下:

(1) 扫描速度快,波束灵活可控,能对付多目标

机械扫描速度一般为6 r/min,即每秒36°。而相控阵雷达利用电子扫描无惯性的特点,与电子计算机相配合,形成多个独立波束,分时或同时实现多功能,完成对不同方向、不同高度的多批目标的搜索、探测和跟踪。这样,一部雷达能起到多部专用雷达的作用,而且还远比它们能够同时对付的目标多。因此,特别适用于多目标、多方向、多层次空袭的作战环境[6]。