有源相控阵雷达优势及应用情况如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/09/21 13:21

有源相控阵雷达与无源相控阵雷达的区别在于天线单元是否能够收发能量。

相控阵雷达根据天线的不同分 为无源相控阵雷达(Passive Electronically Scanned Array,PESA)和有源相控阵雷达(Active Electronically Scanned Array,AESA)。“有源”的含义是辐射的功率在辐射组件内产生,AESA 的每个天线单元都配装有一个发射/接收 组件(T/R 组件),每一个 T/R 组件都能自己发射和接收电磁,而 PESA 仅有一个中央发射机和一个接收机,发射 机产生的高频能量,经计算机主动分配给天线阵的各个单元,目标反射信号也是经各个天线单元送达接收机统 一放大。因此,有源相控阵雷达在频宽、功率、效率以及冗余度设计方面均比无源相控阵有较大优势。

有源相控阵凭借多方面优势,成为雷达的发展趋势。当前,有源相控阵雷达凭借其作用距离长、抗干扰能 力强、多功能、多目标能力强、可靠性高等优势,正逐渐替代机械扫描雷达和无源相控阵雷达成为主流,并加 速替代单一功能雷达,向多功能有源相控阵雷达方向发展。

有源相控阵雷达可进一步分为数字有源相控阵雷达和模拟有源相控阵雷达,目前后者为主力。数字阵列不 再含有模拟的移相器,而是将接收机前移。上行波束合成,通过 DDS 移相产生不同相移的信号。数字相控阵雷 达进一步提升固态集成电路的占比,提升雷达的扫描频率、扫描范围以及抗干扰性,波束形成更灵活、且方便 实现多波束及多波束跟踪,但其成本和技术复杂度更高。模拟有源相控阵雷达在技术、成本、可靠性等方面仍 具有较多优势,依然是当前雷达装备的主力。

有源相控阵雷达导引头将成为弹载武器的倍增器。导引头作为精确制导武器的“眼睛”,可有效把导弹和目 标关联起来并输出它们之间的相对运动信息。导引头决定整个精确制导武器更新换代的方向,是价值量占比最 高的部分。根据《防空导弹成本与防空导弹武器装备建设》中关于导弹按价值量拆分的描述,导引头和动力装 置占据 40%~60%的成本。按照探测系统的不同,导引头主要可分为光学制导和雷达制导两大类,其中雷达制导 为中远程导弹的主流末制导方式。雷达导引头利用不同物体对电磁波的反射或辐射能力的差异来发现目标和测定目标的位置及速度,探测距离远,不受天时和气象条件限制,可全天候工作。雷达导引头的体制在不断迭代, 有源相控阵雷达导引头凭借灵敏度较高、信号处理能力较强、可靠性较高等特点,未来将逐步替代无源相控阵 雷达,成为弹载武器的倍增器。

装备更新换代的需求以及实战演练的频率提升推动导弹需求攀升。随着我国国防支出持续增加,主战装备 逐渐更新换代,导弹依靠其信息化技术可以实现对目标的精确打击,已成为各种军事装备的核心配套武器。预 计未来,我国将有更多的军事装备陆续交付、服役,依照满足各类装备对武器的需求,导弹需求量也将进一步 增加对新型武器装备的需求不断增加;此外,国家对军队的实弹训练要求不断提升,军事训练、演习等对导弹 的消耗量也将不断增加,双重因素推动导弹需求量攀升。

陆基有源相控阵雷达主要分为陆基战略预警雷达和防空雷达。前者用于战略导弹、飞机预警,后者用于防 空目标探测和导弹制导。陆基战略预警雷达在战略预警系统中具有关键作用,直接决定着系统的成败。目前美 国建立有完善的陆基战略预警雷达系统,且全部采用了相控阵雷达,预警雷达的探测距离远、覆盖角度大,故 部署数量较小,目前美国已将国内五部“铺路爪”雷达全部升级为 AN/FPS-132 型号,采用有源相控阵,天线阵 面尺寸达到 30 米、具有 2000 个发射阵源、对 10 平方米级目标最大探测距离超过 5000 千米、单次扫描时间 6 秒,具备对高超音速目标的探测跟踪能力。 防空雷达方面,采用相控阵雷达是新一代多通道防空系统的重要特点,是现代恶劣的空中威胁对防空系统 提出的必然要求。美国爱国者导弹系统配备 AN/MPQ-65 雷达,最大探测距离 170km,可同时追踪 125 批空中目 标,引导 18 枚导弹拦截,其以“营”为建制,每营有 6 个发射连,每连装备一部相控阵雷达,故一个营需要配 备 6 部相控阵雷达,对雷达的需求量较大。

机载有源相控阵雷达分为预警雷达和火控雷达,前者用于预警机战略/战术预警、指挥,后者用于战斗机探 测、跟踪和攻击目标。目前新一代的机载雷达系统均采用有源相控阵体制。 预警机是现代信息化战争作战体系的神经中枢,有源相控阵预警雷达能显著提升预警机的搜索能力和生存 能力。预警机是一种装有远距离搜索雷达、数据处理、敌我识别以及通信导航、指挥控制、电子对抗等完善的 电子设备,集预警、指挥、控制、通信和情报于一体,用于搜索、监视与跟踪空中和海上目标,并指挥、引导 己方飞机执行作战任务的作战支援飞机。而有源相控阵雷达可以提升预警机对隐身飞行器的探测能力及探测距 离,同时还能提高对大批量、高机动性目标的搜索能力,同时加强抗干扰能力,提高可靠性,显著提高预警机 的作战效能和生存能力。美国 E-2D 舰载预警机搭载的 AN/APY-9 雷达为有源相控阵雷达,工作在 UHF 频段,对 3~5 平方米的目标探测距离可达 500km。

机载火控雷达通常装配战斗机、轰炸机,有源相控阵雷达助力其向多功能发展。机载火控雷达是指用来搜 索、截获和跟踪空中目标,提供武器瞄准、射击和制导所需数据的机载雷达,通常装配于战斗机和轰炸机上, 有源相控阵雷达的特性使机载雷达从最初具备的简单空-空搜索、测距和跟踪功能,发展为具备空-空、空-地、 空-海、导航等四大类共几十种子功能的多功能雷达,一些四代机也因此获得电子战侦察、干扰和数据链制导武 器的能力,大幅提升了战斗机、轰炸机的作战性能。F-22 搭载的 AN/APG-77 有源相控阵火控雷达有 2000 个 T/R 组件,对 5 平方米的目标探测距离超过 300km。 舰载雷达可以帮助舰艇编队抵御多方面威胁,有源多功能相控阵雷达能够承担多项任务。舰艇需要面对来 自海陆空三方面的威胁,而且处于复杂电磁干扰环境下,舰载雷达不仅是现代舰船防御作战系统的重要组成部 分,而且还是舰船的关键探测装备。而舰载雷达性能的优劣对整个作战起到至关重要的作用,甚至会影响到全 部海域、空域作战体系的完备性。有源相控阵舰载雷达可以同时实现搜索、识别、跟踪、制导和探测等功能, 能同时监视和跟踪多个目标,抗干扰性能好,可靠性高,能够有效推进海军的信息化。美国伯克Ⅲ级驱逐舰搭 载 SPY-6 有源相控阵雷达,是“宙斯盾”的重要组成部分,单个阵面有超 5000 个氮化镓 T/R 组件,对战机的探 测距离超过 400km。

星载雷达又称天基雷达或太空雷达,是指以航天器为工作平台的交会雷达、合成孔径雷达或预警雷达。天 基雷达一般以卫星为载体,如高轨道星载雷达,它被设置在 36000km 高空的同步卫星上,利用直径 30m 左右的 天线把太阳能提供的发射功率辐射到地面上,再由地面上的相控阵多波束天线接收运动目标的信号,构成大面积的对空搜索范围。 雷达在导航、通信、遥感等卫星中均发挥了重要作用。导航方面,毫米波有源相控阵天线可以使卫星具备 更强的目标搜索和定位能力,进而能为各型武器系统、特别是弹道导弹提供定位服务。通信方面,卫星通信利 用人造地球卫星作为中继站转发或发射无线电波,实现两个或多个地球站之间或地球站与航天器之间的通信, 卫星通信由于覆盖面大、部署快,不受地面情况影响,因此一直被视为特殊地理位置和特殊场合的唯一通信手 段。随着以高频段(Ku、Ka 等)、大容量、高通量为特点的宽带通信技术的成熟,通过通信卫星实现互联网接 入已经成为可能。遥感方面,相对于传统的光学卫星遥感,雷达卫星遥感不受云层遮挡限制,具有全天候对地 观测的能力,合成孔径雷达卫星是目前卫星遥感的主流,载体可以设置在 3.6 万公里高的同步卫星上,也可以 设置在 200~600 公里高的非同步卫星上,覆盖面积相当于几十部相同规模的地面雷达,能够实现地面成像、高 程测量、目标检测等功能,甚至可以实现立体建模。有源相控阵雷达可以帮助星载雷达实现多功能、高分辨率、 多极化、多波段等功能。

在卫星领域中无论是空间段还是用户终端,大量的产品采用相控阵模式。在空间段,有源相控阵天线具有 体积小、质量轻、损耗少,同时满足多点波束、敏捷波束、波束重构和宽角扫描等特点,且通过电路控制波束 指向,无需任何活动部件,可以避免传统的卫星抛物面天线转动给卫星姿态控制系统带来的干扰,这一系列的 优势,使得有源相控阵天线成为卫星天线技术的重要发展方向之一。在用户终端则是看中其低轮廓、灵活波束 的处理能力等,上述技术都决定了有源相控阵体制在卫星领域的广泛应用。