國外航母雷達的現狀與發展*

戴征堅　嚴科偉　譚　昕

(海軍裝備研究院　北京　100161)

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國外航母雷達的現狀與發展*

戴征堅嚴科偉譚昕

(海軍裝備研究院北京100161)

摘要航母雷達通常需要同時擔負多種任務，受航母島式上層建筑上安裝空間等因素的限制，要求航母雷達盡量實現多功能一體化。論文在系統地分析國外現役航母雷達配置情況的基礎上，結合國外艦載雷達技術的發展趨勢，對國外航母雷達的未來發展方向進行了系統的研究。

關鍵詞航母; 相控陣雷達; 數字陣列雷達

Class NumberTN959.1

1引言

根據國外航母作戰使用特點，國外航母雷達通常需要擔負遠程對空警戒探測、為艦載機飛行監視和氣象保障提供探測信息、為艦載機指揮引導提供空中目標三坐標信息、為航空管制提供空中目標信息、為引導和控制艦載機全天候安全著艦提供著艦信息、對來襲反艦導彈和飛機進行搜索跟蹤與目標指示、對海搜索和為航母安全航行提供航海信息、敵我識別/飛行目標詢問等多種任務[1]。在遠程對空警戒探測方面，艦載固定翼預警機(或預警直升機)一般前突一定距離擔負編隊空中早期預警與指揮引導等任務，但由于艦載固定翼預警機(或預警直升機)數量少、滯空時間有限、使用和維護費用高等因素，不可能全天候和長時間、連續保障編隊戰時全方位預警和平時空中巡邏警戒的需要，因此航母本身必須具備較強的遠程對空警戒探測能力，在目前技術水平下，國外航母遠程對空警戒探測任務主要由大功率雷達擔負；在艦載戰斗機作戰指揮引導方面，國外航母艦載戰斗機一般以制空為主、兼顧對海/陸作戰任務，因此要求航母雷達為艦載戰斗機作戰指揮引導提供信息保障；在航空管制信息保障方面，為充分保障艦載機的飛行安全和在航母上起降的安全，要求航母雷達在艦載機主要活動空域內具備對空中目標保持連續、穩定、準確的探測和跟蹤能力；在對來襲反艦導彈和飛機搜索與跟蹤方面，為充分發揮航母近程和末端防空武器系統的作戰效能，航母雷達應具備對本艦視距范圍內中低空目標的快速搜索和跟蹤能力，應能及時提供滿足對空自防御武器系統使用要求的高精度三維(距離、方位、仰角)目標指示信息；在航空氣象探測保障方面，為確保艦載機飛行安全，航母雷達應能對艦載機飛行空域內的流云、雷暴、海霧、飛機顛簸、飛機積冰等航空危險天氣進行監視，航空氣象探測距離應能覆蓋艦載機的主要飛行活動空域；另外，為保障航母進出港和海上航行安全，航母雷達需要具備近程對海的連續搜索能力。可見，國外航母雷達同時擔負著諸多重要任務，本文在系統分析國外現役航母雷達配置情況的基礎上，結合國外艦載雷達技術的發展趨勢，對國外航母雷達的未來發展方向進行了系統的研究。

2國外現役航母雷達的主要配置情況

由于航母及其編隊在海上往往處于相對獨立的作戰狀態，國外航母編隊的對空、對海警戒探測任務主要是由艦載預警機和航母編隊內護航艦上配置的功能各類的雷達、光電、紅外等設備擔負，其中航母雷達主要是在復雜電磁環境和海洋環境下完成全天候、大范圍的搜索、跟蹤和識別海、空目標等任務。為滿足同時擔負多種任務的需要，國外現役航母一般都配置了多種不同功能的雷達。為保證雷達天線具有較好的視角，航母雷達一般都布置在島式上層建筑上；同時，為提高飛行甲板的可用面積，以便停放更多的艦載機，國外航母一般都采取盡量優化上層建筑的設計原則，這給雷達等射頻設備的安裝帶來一定的限制，即在有限的島式上層建筑上不可能布置太多單一功能的雷達，這就要求航母雷達除了要具有基本的功能和使用性能外，還要具有較高的集成度和較高的任務可靠性。另外，由于航母雷達一般都具有較強的電磁輻射功率，不可避免地對其它艦載射頻設備帶來一定的電磁干擾，同時，也不可避免地對布列在飛行甲板上的艦載機、航空彈藥和作業人員帶來一定的電磁輻射危害，因此一方面需要進行電磁兼容性設計以盡量減少對其它艦載射頻設備的電磁干擾，另一方面需要采取一定的防護措施來消除電磁輻射對飛行甲板上的艦載機、航空彈藥和作業人員等的危害。

目前國外有近20艘航母，如美國的尼米茲級核動力航母、俄羅斯的“庫茲涅佐夫”號航母、法國的“戴高樂”號核動力航母，以及英國、意大利、巴西、印度、泰國等國的航母。上述航母雷達的配置各具特色，美國現役尼米茲級核動力航母上配置了AN/SPS-48E三坐標雷達、AN/SPS-49(V)5二坐標對空搜索雷達、MK-23 TAS目標捕獲雷達、AN/SPS-67(V)1對海搜索雷達、AN/SPN-41飛機進場控制雷達、AN/SPN-43C空中交通管制雷達、AN/SPN-44飛機著艦測速雷達、AN/SPN-46飛機著艦控制雷達、AN/SPS-64(V)9導航雷達、MK 95火控雷達等；法國“戴高樂”號核動力航母配置了DRBJ 11B三坐標雷達、DRBV 26D二坐標對空搜索雷達、DRBV 15C二坐標對空/對海搜索雷達、DRBJ13飛機著艦引導雷達、1229導航雷達、Arabel火控雷達等；英國“無敵”號航母配置了Type 1022型二坐標對空搜索雷達、Type 996(I)型三坐標雷達、Type 1007導航雷達、Decca 1008對海搜索雷達、SPN 720(V)5著艦控制雷達等；意大利的“加富爾”號航母配置了EMPAR多功能相控陣雷達、RAN-40L對空搜索雷達、MM/SPN-753G(V)導航雷達、MM/SPN-753導航雷達、MM/SPN-41著艦控制雷達等；俄羅斯“庫茲涅佐夫”號航母配置了Sky Watch相控陣雷達、Tool Plate B三坐標雷達、Strut Pair對海搜索雷達、Fly Trap B空中交通管制雷達、Cross Sword火控雷達、Hot Flash火控雷達、Palm Front導航雷達等。可以看出，國外現役航母通過配置不同功能的雷達以實現遠、中、近和高、中、低空域及海面的全覆蓋。下面重點以美國現役尼米茲級航母為例，對其雷達的主要配置情況和使用特點進行分析。

2.1對空雷達

AN/SPS-49(V)5是二坐標遠程對空搜索雷達，采用高平均功率和自動目標監測技術，具有良好的抗有源干擾和無源干擾能力，主要用于遠程對空監視和跟蹤，最大作用距離約463km，并且對弱小目標具有較好的發現能力。

AN/SPS-48E是三坐標遠程搜索雷達，采用平面相控陣天線和多波束工作方式，通過頻掃實現仰角掃描；其主要功能是提供空中目標的三坐標信息，最大作用距離約407km；且能在復雜電磁干擾環境下對來襲的反艦導彈類目標進行預警，并完成自動搜索與跟蹤。

MK23 TAS目標捕獲系統由二坐標脈沖多普勒雷達、敵我識別器和計算機子系統組成，可在復雜氣象雜波干擾和電磁干擾環境中搜索、跟蹤低空和垂直俯沖的飛機或導彈，并按輕重緩急次序向北約“海麻雀”導彈等武器系統提供目標指示信息。

2.2對海搜索雷達

主要的對海搜索雷達為AN/SPS-67，備用水面監視功能可由AN/SPS-48E、MK23 TAS、AN/SPN-43C、AN/SPS-64(V) 9或 AN/SPS-73(V)12或17雷達提供。

2.3敵我識別設備

敵我識別設備的主要功能是與一次雷達配合使用，可詢問、識別水面平臺和裝備了選擇性識別特性(SIF)模式1、2、3A/C、4應答機的飛機。用于對己方或友方目標的身份、位置、高度等信息進行快速辨識，能夠為航母指揮官實施流暢的戰術作業和高效的作戰管理提供重要幫助。

2.4航母艦載機自動進近系統

美國航母對艦載機的控制范圍大體劃分為三層:最外層，即370km～93km之間由航母作戰指揮中心(CDC)控制；中間層(或稱空中交通管制區)，即93km～約10km處(著艦引導雷達捕獲艦載機的距離)由航母空中交通管制中心通過塔康戰術空中導航系統和航母空中交通管制雷達(或稱進場雷達)管制；最后一層(或稱著艦控制區)，即約10km以內則交由著艦指令官通過精確進近系統(PALS)和儀表航母著艦系統(ICLS)控制。其中艦載機從空中交通管制區的集合點飛至雷達捕獲窗的過程被稱為飛機的進場階段，從雷達捕獲窗到觸艦點的飛行是著艦階段。艦載機進入著艦階段后，精確進近系統是飛機著艦的主要手段，可有效地幫助飛行員完成穩定、可靠、精確的著艦任務；精確進近系統的核心為AN/SPN-46雷達，AN/SPN-46雷達是Ka波段脈沖跟蹤雷達，采用圓錐掃描天線，用于對飛機最后進場和著艦過程進行控制，當飛機進入雷達捕獲窗口時(通常在距航母7km處)，該雷達就鎖定飛機，然后一直在距離、方位和俯仰三維上對飛機進行跟蹤，直到觸艦，或禁降為止。儀表航母著艦系統主要為飛機駕駛員提供獨立的下滑路線和中線對準核對手段，屬于精確進近系統的輔助手段，通常在飛機距艦400m以內時由于精度不足而不再采用其數據。

AN/SPN-43C是一種二坐標空中交通管制雷達，作用距離從274m～93km，它作為標準的設備安裝在美國海軍航母上，主要與敵我識別器、飛機進場控制雷達等協同工作，這些設備的探測信息主要提供給航母空中管制中心(CATCC)的操作人員使用。

3國外航母雷達的發展趨勢

3.1國外艦載雷達技術的發展趨勢

現代艦載雷達面臨的威脅和環境日趨復雜，各種有源和無源干擾、反輻射武器、低空和超低空突防、低雷達反射截面積的隱身目標等都對傳統艦載雷達提出了嚴峻的挑戰，艦載雷達需要具備大動態、低副瓣、同時多波束、可重構、智能化等能力以應對上述威脅。從國外艦載雷達的技術發展來看，一是艦載相控陣雷達技術日益成為主流，二是由單平臺多傳感器向多功能綜合一體化發展，三是模塊化和開放式體系架構(MOSA)技術將得到廣泛應用[2～5]。近年來，艦載相控陣雷達技術已經從有源相控陣逐步發展到數字陣列階段，圖1所示的美國海軍多功能雷達技術演進歷程是典型代表[6～7]。

圖1　美國海軍多功能雷達技術演進歷程

傳統相控陣雷達采用模擬波束形成網絡、移相器、波控單元，而數字陣列雷達只采用多路直接數字合成器(DDS)。采用數字陣列雷達技術，具有以下主要優點[8～10]:

1)數字陣列與傳統相控陣最本質的區別是發射與接收波束形成方式不同，傳統相控陣雷達依靠移相器、衰減器和微波合成網絡來實現波束在空間掃描；數字陣列雷達用直接數字頻率綜合芯片代替移相器并省去波控網絡、用光纖代替大量金屬電纜，實現了發射波形產生與接收信號處理的全數字化處理，由此帶來的優勢包括:幅相控制精度高，易于實現超低副瓣，提升抗干擾和反雜波能力；通過波束控制可降低對艦甲板上人員與設備的電磁輻射強度；系統動態范圍大，探測小目標能力強；空間自由度高，收發均可同時對多個方向形成自適應零點，可提高抗干擾能力；同時多波束接收，可針對不同作戰任務靈活設置波束指向，以提升特定方向的空域覆蓋能力。

2)傳統相控陣雷達的特性在設計階段就已固定，而數字陣列雷達是由若干獨立的數字陣列模塊構成的系統，具有重量輕、體積小、可擴充、易升級等特點，可以在相同的硬件平臺上，通過軟件升級適應多樣化使用需求。

表1　數字陣列雷達與傳統相控陣雷達的主要性能比較

3.2國外航母雷達的發展趨勢

目前，國外在研和新近下水的航母主要有英國的“伊麗莎白女皇”號和美國的“福特”號等，這些航母的雷達配置體現了當前國外航母雷達的發展趨勢。與大多數航母的獨島型上層建筑不同，“伊麗莎白女皇”號航母上層建筑將采用“雙島型”設計,即分別設計成前、后兩個總體尺寸較小的“島”,也就是甲板艏樓和甲板艉樓,代替傳統的獨島型上層建筑；艦上所配備的雷達系統包括安裝于艏樓上的英國BAE系統公司基于Sampson雷達系統開發的先進目標指示、態勢感知與導航(ARTISAN)雷達和安裝在艉樓上的Type 1046(S1850M)對空監視雷達、SPN 720(V)5著艦控制雷達等；ARTISAN雷達采用數字自適應波束形成技術，工作于S波段，最大作用距離約200km，最大可跟蹤目標大于800批(海面和空中)；S1850M對空搜索雷達的工作頻率在1GHz到2GHz之間,多波束掃描的仰角可從0°到70°,可對半徑400km范圍內的目標進行自動搜索和跟蹤。美國“福特”號航母配置了雙波段雷達(AN/SPY-3、AN/SPY-4)、AN/SPS-73(V)對海搜索與導航雷達、MK95火控雷達等，雙波段雷達采用開放式體系構架和智能化、網絡化等設計理念，后端處理采用統一平臺，具備極強的多功能性和可靠性，可同時完成目標搜索、跟蹤、識別，以及飛機引導、武器制導等多種任務，集成了美國現役航母上配置的AN/SPS-48E、AN/SPS-49、AN/SPS-67、Mk23 TAS和SPN-41/46、SPN-43等多部獨立雷達的功能；其中，AN/SPY-3是固態有源相控陣雷達，將替代SPS-67、Mk23 TAS和AN/SPN-41、AN/SPN-46等雷達的功能，并與精確進近系統協同工作；AN/SPY-4可能采用了數字陣列雷達技術，能在受到嚴重干擾的海岸環境下工作，擔負遠程對空搜索、跟蹤和識別等任務，最大作用距離約463km。

從國外航母雷達的配置情況可以看出，隨著技術的進步，尤其是艦載相控陣技術的發展和普及，國外航母雷達的主要發展方向是采用多功能雷達技術，在提升能力的同時并減少雷達配置數量。但是，受技術和經濟性等因素的限制，各國航母在多功能雷達的體制選擇和技術實現上有一定的差異，例如美國因其技術優勢和較充足的經費投入，故選擇了固定陣列的有源相控陣雷達(或數字陣列雷達)；英國由于受限于成本等因素，選擇了比美國“簡單”的機械旋轉式雙面陣有源相控陣雷達。

4結語

國外航母雷達通常需要同時擔負諸多任務，因此航母上一般需要配置多種不同功能的雷達；但在航母有限的島式上層建筑上可安裝雷達的位置有限，這就要求雷達功能盡量集成和一體化；同時，從提高航母的隱身性、減少航母電磁兼容設計的難度、提高適裝性等因素考慮，也要求航母雷達應盡量多功能一體化，在實現能力提升的同時并減少雷達配置數量。近年來，國外艦載相控陣雷達技術已經從有源相控陣發展到數字陣列階段，數字陣列雷達具有對目標探測與抗干擾能力強、重量輕、體積小、易于適應多樣化使用需求等諸多優點，代表了國外先進航母雷達的發展方向。

參 考 文 獻

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Development and Status of Foreign Carrier Radar

DAI ZhengjianYAN KeweiTAN Xin

(Naval Academy of Armament, Beijing100161)

AbstractThe carrier radar usually takes on multitask.Multifunctional radar is the important choice for the limited superstructure of the carrier.The foreign active carriers’ radars are discussed, and their developing trend is given based on the radar technology of foreign naval vessel.

Key Wordscarrier, phased-array radar, digital array radar

* 收稿日期：2015年11月7日,修回日期：2015年12月30日

作者簡介：戴征堅，男，博士，高級工程師，研究方向：雷達工程、電子信息系統。嚴科偉，男，碩士，工程師，研究方向：電子信息系統。譚昕，女，高級工程師，研究方向：電子科技情報信息。

中圖分類號TN959.1

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.002