[科普中国]-机载有源相控阵雷达

简要介绍

机载有源相控阵(AESA)雷达是目前国际上最为先进的一种火控雷达，其目标追踪/搜索能力、高分辨率、强电子干扰和高数据通信能力等优势，远远超过了传统机械扫描体制的雷达。可以预见，机载AESA 雷达的发展将会随着新型战机的不断推出而进入一个崭新的阶段， 其应用更被说成为未来军用飞机必备的标准配置， 以适应未来空战的需求。1

机载AESA雷达技术的未来将随着新体制、新技术的发展应用而更加日新月异， 其未来发展将是以有源相控阵技术为核心， 并综合应用数据链、光电子和计算机自适应雷达控制软件等有关高新技术， 使机载有源相控阵雷达的潜力得到更充分的发挥。2

作战优势提高复杂电磁环境下作战能力从雷达设计原理看， 决定雷达抗干扰性能的关键因素是带宽， 有源相控阵火控雷达的工作带宽可做到2000MHz～4000MHz(亦即2～4GHz)，是机械扫描体制火控雷达的10倍。宽带跳频能够有效地对抗储频式窄带瞄准式干扰； 宽带阻塞式干扰下的自卫距离较机械扫描体制火控雷达提高160%～260%， 较无源相控阵火控雷达提高40%～120%。

增强飞机隐身性能雷达天线对飞机总体隐身性能具有重大影响， 雷达天线的隐身设计是现代机载雷达需要考虑的重要方面。机械扫描雷达天线周期性地运动，与敌方的入射电磁波存在周期性的相交， 这对降低天线的雷达反射截面积非常不利； 机械扫描雷达天线及天线座又是一个强的反射体， 使雷达散射截面积增加。而有源相控阵天线在工作时不做机械转动， 敌方雷达只能在有源相控阵面正前方很小的空间角内收到反射波， 还可以通过合适的安装角度来有效降低其在主要威胁方向的雷达反射面积，从而提高隐身能力。2

实现复合多任务、提高多目标攻击能力有源相控阵雷达能在同一时间内完成一个以上雷达的功能， 也就是该雷达可用一部分T/R模块完成一种功能， 用另外一部分T/R模块完成其它功能； 也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行空面探测的同时，还可实现对空中目标的探测、跟踪等，在实现雷达功能的同时， 也可与载机对抗系统配合实现对敌干扰等。另外，通过对各波束进行功能划分，雷达还具有提供有源干扰、无源接收、射频通信等能力。在执行雷达、电子战、通信和定向能武器等功能时，可使其存储、分析和调用搜集到的电子情报数据，使军用飞机的电子对抗优势更加明显。另外，多目标攻击能力是体现现代战斗机实力的一个重要方面， 是衡量战斗机作战效能高低的重要因素之一。而有源相控阵天线采用电扫描体制，不存在机械扫描天线转动时的惯性， 所以它可以在毫秒级的时间内改变波束指向， 通过合理分配波束照射时间，不仅具有探测和跟踪距离远、多目标跟踪能力强等特点， 而且对大范围内多个高机动目标的跟踪具有独特优势。2

可靠性高由于有源相控阵火控雷达信号的发射和接收是由上千个T/R组件完成，相互之间存在冗余，因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明，有源相控阵天线中有10%的单元失效时， 对雷达总体性能无显著影响，不需维修。30%的辐射器失效时，系统增益降低3dB，但系统仍可维持基本工作性能。一般情况下，有源相控阵体制雷达的任务可靠性(MTBF 指标达500h)是无源相控阵和机械扫描体制雷达可靠性(MTBF指标一般为200h)的2～3倍。

作用距离大幅度增长雷达T/R模块中的射频功率放大器同辐射器紧密相连， 而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内射频低噪声放大器， 这就有效地避免了干扰和噪声叠加在有用信号上， 使得叠加到处理器的信号更为清晰， 这就使得雷达的微波能量馈电损耗大大减少，进而使作用距离大幅度增长。2

军事应用AN/APG-77雷达AN/APG-77是美国第一代AESA机载火控雷达，安装在F-22原型机上。它除具有传统雷达功能外，还集成了情报侦察监视收集、地图测绘、更强的电子对抗能力和使用Linkl6 数据链等功能，并支持无源探测。它的每个T/R 模块内部都有一个功率放大器、一个低噪声放大器和相位控制电路。以前分别由飞机雷达天线、通信天线、干扰天线完成的射频功能，现在有源相控阵和计算机强大处理能力的控制下几乎可由有源相控阵雷达同时完成。该雷达具有跟踪30个空中目标、16个地面目标的多目标跟踪能力， 可以实现“先敌发现、先敌发射、先敌命中”，以及进行瞬间变频、快速扫描，敌方很难监测和定位，同时还可以完成电子情报搜集、实施电子干扰，以及监视或通信等功能。2

AN/APG-79雷达F/A-18E/F飞机原来配装了APG-65/73雷达。该雷达作用距离更远，隐身特性、多目标跟踪与高分辨SAR地形测绘等能力更加强大。该雷达可同时跟踪20个以上的目标，并能对所跟踪的目标自动建立跟踪文件，边扫边跟，用交替技术可同时完成空/空和空/面功能， 而不必再对雷达工作方式或扫描方式进行选择。即使某一目标逃出了当前扫描区域，该雷达还可重新探测到该目标，并使用一个单独波束对其进行跟踪。目前，已实现的工作方式有高分辨率合成孔径雷达图像(SAR)、地面动目标(GMT)探测和跟踪、海面目标搜索、空对空跟踪、空对空和空对面目标交替搜索、合成孔径雷达与动目标合成搜索等。2

AN/APG-80雷达F-16E/F飞机配装了AN/APG-80有源相控阵电扫雷达。该雷达具有同时跟踪20个目标并提供6个目标用于显示的能力， 其任务可靠性高(MTBF可达500h)。目前，空空模式下主要功能有边测距边搜索、搜索高度显示、边速度搜索边测距、边跟踪边搜索、单目标跟踪(STT)、边扫描边跟踪(TWS)、空战机动、远程搜索、战情提示和通过凹口跟踪保持等； 空地模式下主要功能有地图测绘(RBM)、扩展(EXP)、多普勒波束锐化(DBS)、固定目标跟踪(FTT)、地面动目标显示(GMTI)、地面动目标跟踪(GMTT)、信标(BCN)和超高分辨率合成孔径成像； 空海模式主要功能有SEAl、SEA2和海面扩展等。2

AN/APG-81雷达F-35战斗机装备的雷达型号为AN/APG-81它是一部含电子战功能的世界上最先进的真正意义上的多功能机载有源相控阵雷达， 采用了最先进的有源相控阵天线、高性能的接收机/激励器和最新的T/R模块结构技术， 将发射模块集成到一个元件中， 大量减少了元器件和内部连接器的数量，降低了产生的热能和模块连接点温度，也降低了对系统冷却降温的需求。T/R模块表面为针状突起，用来发射和接收电磁波，既易于冷却，又减少天线系统的有效散射面积， 并最终提高飞机的隐身性能。主要功能包括：空对空搜索和跟踪、空对地攻击、超高分辨率合成孔径成像、单脉冲地图测绘和高增益电子支援(ESM)与电子对抗(ECM)等。2