052D舰载雷达纵横谈
时间：2020-04-04 05:17:12 来源：千叶帆 本文已影响人
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本刊记者（以简称记）：从图片上可以看到，052D上各种雷达电子设备及其天线非常多，这些不同类这些不同类型雷达的电子天线，大致上包括哪些类型？
童跃（以下简称童）：大型水面舰艇的雷达系统是搜集空情、海情和进行武器控制的主要信息化装备，从类型上可以包括远程警戒雷达、低空警戒雷达、火控与引导雷达以及对海监视雷达等等。
八木天线雷达——052D的远程对空警戒雷达
记：远程警戒雷达有什么外在特征？具体到052D来说，其远程警戒雷达是什么样子？单从外形上能否判断其基书性能？
童：远程警戒雷达主要用于发现空中目标，因此通常也叫做“远程对空警成雷达”，强调发现目标距离要远，从而为防御措施提供充分准备时间，即只需要发现威胁目标的存在就可以了，至于威胁目标的具体位置则不是最为关心的，所以一般都采用二坐标雷达（即仅测定目标的距离和方位，不需要测定目标的高度信息）。
对于远程对空警戒雷达来说，由于雷达探测距离要求较远，采用米波频段（频率为400MHz左右，波长在75厘米至1米左右）的雷达，相比更高频段（如波长在25厘米左右的L波段，波长在10厘米左右的S波段以及波长在3厘米左右的X波段）的雷达波，其在大气中的传播损耗比较低（主要是水蒸气吸收导致能量衰减），利于雷达电波的远距离传输。而对于米波频段的雷达，采用八木天线则是最为普遍的做法，例如在有线电视进入千家万户前，我们在住宅楼顶上常常会架设一种天线，外观类似于鱼骨，南方人称为“鱼骨天线”，这就是八木天线。我国新型导弹驱逐舰052D舰上，可以看到有一部八木天线的雷达，它就是远程对空警戒雷达。
远程对空警戒雷达，其天线既有八木天线的，也有抛物面的，例如美国“提康德罗加”级导弹巡洋舰上配备的AN/APS-49雷达也是二坐标的，是美国海军最好的二坐标远程对空警戒雷达，也采用米波频段，其采用的就是抛物面天线，最大作用距离可达463千米。相比而言，八木天线和抛物面天线雷达，因为都是米波雷达，所以在作用距离上差别是不大的，052D舰的八木天线雷达作用距离，应该也在400到500千米之间。只不过，八木天线的结构和加工更简单一些，而且，在保证同样的天线面积的情况下，八木天线更轻一些。这就意味着，在同样重量的要求下，八木天线可以有更大的天线面积，这对于提高探测距离有利。
当然，远程警戒雷达也可以是三坐标的，此时不但能够发现目标的存在，还可以获得目标比较准确的位置，例如，美国航母和大部分巡洋舰、驱逐舰上都配备的AN/SPS-48E远程对空警戒雷达，就是三坐标的。
052D的对空/对海搜索雷达，架设位置最高
记：在052D舰的主桅杆顶端，可以看到有一部球形雷达，它具体执行什么任务？
童：水面舰艇的雷达，既要对空搜索，也要对海搜索，而对海面目标要看得远，雷达天线就必须架得高，所以舰船上的对海搜索雷达，一般都安装在舰艇的最高点，也就是主桅杆的顶端位置，这种雷达既用于对海搜索，也可以兼顾对空搜索，所以全称叫做“对空/对海搜索雷达”，052D主桅杆顶端的球形雷达，当然就是对空/对海搜索雷达了。
水面舰艇的主桅杆再高，也有一个限度，由于存在这种受架设高度的限制，对海面目标的探测距离一般只有100千米左右，所以，它是一种中程或近程雷达。由于海面的高度是已知的，不需要测定舰船高度，这种雷达都是二坐标的。
记：这种雷达，为何是球状的？
童：球状的雷达主要是出于优化天线罩气动外形的考虑。由于雷达安装位置比较高，而桅杆相对来说比较细，如果雷达的天线罩外形不做优化，有可能在转动时遇到很大的气动阻力，这对于作为支撑结构的桅杆来说不利。球形的天线罩既能保护天线旋转需要，在气动上也是有利的。
球形外罩内，不一定都是雷达
记：在052D舰上，球形外罩的装置还有很多，位置不一而同，都是雷达吗？
童：不能这么说，舰船上还有卫星通信天线，它通常需要同上空的卫星进行对准，所以，一般也会配置球形天线罩。例如，美国“提康德罗加”级导弹巡洋舰上配备的支持WSC-3UHF卫星通信的0E-82天线，也采用了近似球形的天线罩。要将其与球形雷达相区别，可以看架设高度，卫星通信天线原则上不需要安装在很高的位置，只要上方无遮挡，能够便于对星就可以了。
052D舰载雷达的最大亮点——四面平板相控阵雷达
记：052D舰上最醒目的雷达，无疑是四面天线阵列相控阵雷达，这种相控阵雷达与前面提到的对空警戒以及对海搜索雷达相比，功能上是否重叠？
童：重叠肯定是存在的。对空警戒或者对海搜索雷达，都是用于搜索，知道目标的大致方位就够了，采用宽波段，看得远。舰艇上另外还有些雷达，采用窄波段，因而可以“看得准”，能够提供目标的精确信息，用于控制火炮、导弹精确打击，控制火炮或导弹的雷达称为火控雷达，一般都是三坐标雷达，距离、方位和高度信息都需要知道。在舰载四面阵相控阵雷达应用之前，水面舰艇如果要对抗施放干扰环境下，雷达反射截面积较小而又掠海低空飞行的超音速反舰导弹，那么往往要配置3～4部雷达来分别执行搜索、跟踪、目标指示和火控照射任务。即使使用转得很快的机械扫描雷达，由于不同雷达之间存在任务交接时间，从搜索雷达发现目标到启动导弹发射予以打击，整个系统反应时间也要花费几十秒。而用舰载四面阵相控阵雷达，由于其波束扫描采用电子计算机控制，非常灵活，在发现目标后进行确认只需要波束按事先设定的时间再回扫一次，这个时间一般是零点几秒，并且由于相控阵雷达可以同时产生多个波束从而让一部雷达执行多部雷达的任务，既可以警戒，也可以引导，还可以火控，省去了使用多部雷达带来的任务交接时间，从而使航母舰艇编队系统的反应时间大大缩短。另外，由于相控阵雷达可以同时跟踪多个目标，支持多枚导弹发射，所以，对付掠海导弹的全方位饱和攻击，像航母、巡洋舰、大型驱逐舰一类的水面舰艇都特别需要使用舰载多功能相控阵雷达。最早采用相控阵体带IJ雷达的是美国“宙斯盾防御系统”中的AN/SPY-1型雷达，安装在“提康德罗加”级巡洋舰上，随后美国“阿利·伯克”级驱逐舰以及“尼米兹”级航母上都安装了这样的相控阵雷达，其搜索距离超过400千米，能够实现对空警戒和对海搜索，同时检测、识别和跟踪多达400批以上的目标，可同时对12枚“标准”型舰空导弹进行制导。我国052D驱逐舰也采用了类似的四面阵相控阵雷达，其基本性能指标应该与美国同类产品大致相似。
相控阵雷达与机械雷达功能有重叠。但不能将其取代
记：既然052D已经有了四而相控阵雷达了，岂不是对空警戒，对海搜索雷达就没有意义了，它们完全可以被相控阵雷达取代？
童：舰载四面阵相控阵雷达，理论上可以担负警戒搜索、目标引导、电子对抗等全能任务，但是在实际运用中并非如此简单，传统机械扫描雷达使用成本低，能够以较低的功率实现预警探测，而且可以保持连续开机状态，而相控阵雷达要实现类似作用，则需要较大的功率，如果长时间持续开机，耗电耗能大，器件损耗也很严重，综合来说就是使用成本会很大，因此二者虽然功能有所重叠，但并不能因为有了四面阵相控阵雷达，就说可以取代传统的对空、对海搜索雷达了。
有源相控阵雷达是当前趋势
记：对于052D的相控阵雷达，有说是无源的，也有说是有源的，您怎么看？
童：我想有源的应该是没问题的，现在舰载相控阵雷达从早期的无源相控阵正在迈向越来越多地采用有源相控阵。有源相控阵相当于把无源相控阵的一个集中式发射机化整为零，一个个小的发射机同时也是接收机（称为收发组件），每一个收发组件能够输出一定的功率，要提高总的发射功率，在空间允许的情况下，就可以增加收发组件的个数，因此功率可以做得更大，同时由于发射机不用工作在高压上，因此，可靠性大幅度提升。随着半导体技术的发展，收发组件的成本正在大幅下降，为有源相控阵的应用创造了条件。比如，日本第三代“秋月级”FCS-3型相控阵雷达采用了有源相控阵技术，天线阵面尺寸1.6米×1.6米，共有1600个收发组件。此外，装备英国海军的SPECTHR雷达、SAMPSON雷达，装备法国海军的DRBJ11雷达以及装备澳大利亚海军的CEA-FAR雷达等，都是有源相控阵舰用雷达。美国“宙斯盾”舰上采用的AN/SPY-1是无源相控阵雷达，目前美国已经在研制其升级产品AN/SPY-2和AN/SPY-3，都将是有源相控阵雷达，工作在X波段，天线阵列将包含2万～2.4万个收发组件。
052D相控阵雷达为何改成平面罩
记：052C的相控阵雷达，可以看到天线外表有一个弧形保护罩，而052D上则改为了平面罩，这种变化说明什么问题？
童：相控阵天线上分布有大量收/发组件，而收/发组件都是在高功率下工作，发热现象突出，需要冷却，通常采用气冷，即引入冷空气进行降温，在052C上，相控阵天线的保护罩呈现向外鼓凸的弧形，可能就是冷却技术不成熟的体现，可能是空气进入后散热效果并不明显，因此要在保护罩与天线中间预留一定的敞开空间，这样可以提高散热效果。052D的相控阵天线改用平面保护罩，说明收/发组件的散热问题已经得到很好解决，罩内不用预留空间照样能满足冷却需要。相控阵天线的保护罩当然是平面最好，有利于雷达波透射，弧面保护罩多少会影响雷达波的穿透效果。
舰载相控阵天线四边形和八边形差别
记：052D的相控阵天线是四边形，而我们看美国“阿利·伯克”级驱逐舰，其相控阵天线却是八边形，怎么理解这种形状上的不同样式？
童：在都采用四面阵的情况下，每一面天线阵应该想法设法加大天线的面积，道理很简单，因为在其他因素都相同的情况下，天线面积每增加1倍，探测距离可以增加2的4次方倍。八边形和四边形的原因，可能在干舰艇内部所允许的安装空间不同。“阿利·伯克”级上其内部的安装空间可能不允许配置标准的四边形来保证足够的天线面积，通过采用八边形可以保证在一个四边形难以完整覆盖的那些地方仍然能够尽量布置天线，从而加大天线面积。另外，由于八边形和四边形中，天线单元的排列方式不同，意味着它们对从天线射出的电波能量在空间的分布会有着不同的贡献，也就是说，天线的四边形和八边形可能会导致不同的天线波束形状，这一点与雷达所要求的性能也是有关系的。因此，之所以存在四边形和八边形的区别，有可能也是出于雷达设计所要求的天线波束形状。
舰载相控阵雷达采用_--面天线可以吗
记：相控阵天线阵面的扫描角度可以覆盖120度，换句话说，舰艇上可不可以只安装三面相控阵天线就够了？
童：相控阵雷达的天线不需要旋转，但如果一块天线阵面的波束指向角偏离法线过大，将会导致天线性能极度恶化，所以一般来说，一块天线阵面的扫描角不会超过120度，覆盖全方位至少需要3块阵面。当然了，装四面无疑是更好的，因为这样每块天线的扫描角只需要照顾到最大90度，相比配备三块阵而每块照顾到120度，天线在大扫描角度上的性能更能够保证。但天线阵面更多的话，则会导致在同样空间下单块天线的面积过小，同样会造成天线性能不佧，会减少探测距离。因此在飞机上，特别是在预警机上，由于兼顾安装空间和人线面积，相控阵天线阵面一般不超过3块，而在舰船上，安装空间相对较大，即使是四面阵，每块天线的面积仍能保证足够大。
052D相控阵雷达的未来改进
记：日本“秋月”级驱逐帆上装备了两套相控阵雷达，有阴面大天线，四面小人线，一共八个大线阵面。这是不是舰载相控阵雷达发展的一个趋势？
童：“秋月”级舰上的两套不同规模的阵面代表了工作在两个波段的不同雷达。小阵面对应的雷达工作频率高，波长短，大阵面对应的雷达工作频率低，波长长。相控阵雷达从单波段向多波段发展，是未来趋势。为实现同时探测和跟踪来自弹道导弹、飞机和高超声速掠海反舰导弹，美国海军于2010年9月开始为未来水面舰艇发展新一代雷达系统，即舰载防空与导弹防御雷达一防空反导雷达（AMDR）。AMDR是为了满足一体化的防空反导需求，由X波段雷达、S波段雷达和一个雷达控制器（RSC）组成。其中，X波段主要用于中近程制导和火控，也可以用于较小范围内的搜索和跟踪（X波段的雷达波束非常细，要完成大范围的搜索，时间太长）；S波段则主要用于大范围的搜索和跟踪（S波段的雷达波束较粗），也可兼顾弹道导弹识别和远程制导。RSC负责协调和管理这两部雷达，从而保证AMDR在防空和反导以及海面不同作战的角色中快速转换。ADMR的X波段雷达是AN/SPY-3，采用四面有源相控阵体制，包含2万个收发组件，s波段雷达由于频率相对较低，容易采用更为先进的氮化镓半导体技术，并且全部实现收发组件的数字化，变得更轻更小，电能使用效率更高。
与AMDR项目类似的雷达系统是美国海军为下一代战舰DDG1000设计的双波段雷达（DBR）。DBR雷达结合X波段多功能雷达AN/SPY-3和S波段体搜索雷达AN/SPY-4以跟踪飞机、导弹和未来的岸基火炮。2010年5月，美国海军首次完成了DBR雷达跟踪目标的试验，可同时在X波段和S波段两个频率范围内跟踪目标，同时在深水和近海环境下提供先进的监视能力和反舰导弹防御能力，这是世界上最先进的海军雷达。该雷达将装备在DDG1000“朱姆沃尔特”级驱逐舰和“福特”级航空母舰，以取代6套传统雷达系统。然而，20lO年6月，双波段雷达中的S波段雷达设计被取消，美国海军有可能在DDG-1000舰船中使用AMDR雷达来代替DBR雷达，从而将两型设计进行统一，提高通用性，减少成本。
记：感谢您接受我们的采访。
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