美國“宙斯盾”系統及主要傳感器進展分析

練學輝，郭琳琳，莊　雷

(1.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室；南京 210003；2.中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

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美國“宙斯盾”系統及主要傳感器進展分析

練學輝1，郭琳琳2，莊雷2

(1.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室；南京 210003；2.中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

介紹了美國“宙斯盾”系統的組成、特點和作戰過程，列表分析其防空系統和彈道導彈防御(BMD)能力的升級演進過程及其現代化進程的技術路線，最后介紹了其主要傳感器AN/SPY-1和AMDR雷達的最新進展。

“宙斯盾”系統；防空反導；AN/SPY-1雷達；AMDR

0　引　言

“宙斯盾”(AEGIS: Airborne Early-warning Ground Integrated System)作戰系統是空中預警與地面整合系統，是一種全天候、全空域艦載防空系統，用來保衛航母編隊或驅護編隊。該系統從1969年12月起正式開始研制，1973年完成樣機，于1981年正式裝艦，1983年在“提康德羅加” 巡洋艦正式服役。該系統體現了美國80年代的科技水平，并在此后經歷了30多年的升級改進現代化過程,使得系統將來能夠進行先進技術升級以及未來供應商產品即插即用。現已衍生出10個版本(基線0～9)，目前最新版本基線9實現防空能力和彈道導彈防御能力的整合，成為美國海軍巡洋艦和驅逐艦防空反導一體化作戰的核心系統，其BMD能力從版本3.6發展到5.0/5.1/5.2版本。到2014年年中，“宙斯盾”已被部署在84艘艦船上，包括22艘“提康德羅加”巡洋艦(CG)和62艘“阿利·伯克”驅逐艦(DDG)(其中21艘Ⅰ型，7艘Ⅱ型，34艘ⅡA)。2015年，美國部署于羅馬尼亞的陸基“宙斯盾”反導系統“上線”，另一個在波蘭的陸基“宙斯盾”導彈防御系統有望于2018年開始運行。

1　系統介紹

1.1系統基本組成

“宙斯盾”作戰系統主要由6個分系統組成，分別是MK1指揮和決策分系統、MK1武器控制分系統、AN / SPY-1系列多功能相控陣雷達或AMDR分系統、MK99火控分系統、MK41或MK26導彈發射分系統、MK1戰備狀態測試分系統和作戰訓練分系統。

1.2系統特點和作戰過程

(1) 反應速度快

相控陣雷達從搜索方式轉為跟蹤方式僅需50 μs, 能夠攔截高性能飛機和超音速反艦導彈。

(2) 威力強

相控陣雷達具有360°全方位全空域內自動跟蹤200批目標的能力，以及能同時攔截空中12～16批目標。

(3) 抗干擾能力強

系統可以在嚴重的電子干擾(包括無源和有源干擾)、海雜波以及惡劣氣象環境下正常工作。

(4) 可靠性高

系統能夠在無后勤保障的情況下在海上可靠地持續工作40～60天，并且采用模塊化結構，配置靈活[1]。

“宙斯盾”系統防空作戰時，AN/SPY-1A雷達首先對全空域進行搜索，發現目標后自動轉入跟蹤，并將目標探測與跟蹤數據送給MK-1指揮決策系統和武器控制系統。MK-1指揮決策系統進行敵我識別、威脅估算，制定作戰方案，并傳遞給MK-1武器控制系統。武器控制系統根據己艦的武器狀態進行武器分配，并決定攔截方式和導彈發射。武器控制系統通過多功能相控陣雷達天線向SM-2導彈發出修正指令。導彈接收后形成控制量控制導彈飛向目標。該系統共擁有4個作戰模式：自動模式、自動專屬模式、半自動模式和事故模式。

2　防空系統升級演進

“宙斯盾”作戰系統隨著科學技術的發展和作戰需求的變化不斷地升級發展，現已擁有基線(Baseline)0～9共10個版本，其中基線0和基線2現已不用，基線9正在進行試驗驗證。各基線采用技術和設備變化的詳細情況如表1所示。基線7之前是作戰指揮系統升級的循序漸進的過程。基線8使用可升級的商用現貨計算機和開放式體系結構來替換原有UYK43為基礎的軍事標準計算環境。基線9是“宙斯盾”系統的最新版本，將提供3個主要作戰能力的改進，包括“海軍防空反導一體化(NIFC-CA)”作戰能力、一體化防空反導(IAMD)、增強彈道導彈防御。

表1　“宙斯盾”系統基線演變發展

3　彈道導彈防御(BMD)升級演進

與“宙斯盾”防空系統升級相對應的是BMD系統升級。2002年，美國國防部導彈防御局(MAD)立項在“宙斯盾”作戰系統基礎上研制具備反導能力的作戰系統，其BMD系統剛開始和基線版本同步發展。但是，由于美國“反介入/區域禁止”的擴散，BMD開始單線發展。

目前，大部分 “宙斯盾”艦配備的BMD版本是3.6.1和4.0.1。美國導彈防御局和海軍計劃在未來數年將其升級到更高性能的版本：5.0版本、5.1版本和5.2 版本。表2給出了其詳細的版本性能情況，表3給出了其升級的主要方面[2]。

表2　“宙斯盾”BMD系統版本性能詳情

表3　“宙斯盾”BMD系統版本升級主要方面

4　“宙斯盾”升級改造現代化進程技術路線

為了使“宙斯盾”系統滿足未來作戰需求,在未來發展中具有更強的兼容性和適應性, 美國海軍進行了不斷的升級改造現代化進程。基線7之前都是循序漸進的升級改造,之后就是進行現代化進程,采用商用現貨技術對軟件和硬件分別升級，平均每兩年升級一次軟件、每4年升級一次硬件，并且采用了海軍第3方企業的軟硬件解決方案。用于“宙斯盾”系統現代化改進的主要技術包括：計算機系統采用商用現貨(COTS)技術，聯合航跡管理對準技術將NIFC-CA與“標準-6”用于“宙斯盾”系統，將導彈防御局開發的“宙斯盾”BMD與“標準-3”用于“宙斯盾”系統。其現代化升級的詳細技術路線如圖1所示[3]。

圖1　“宙斯盾”系統現代化升級路線圖

為提升“宙斯盾”系統的海軍一體化火控防空(NIFC-CA)能力，美國海軍在海軍“綜合作戰系統”(IWS)計劃指導下通過3個階段實施“先進能力構建”(ACB)計劃(包括正在進行的ACB 12，即基線9，以及未來將要實施的ACB 16和ACB 20)，以提升部隊的協同作戰能力。這使“宙斯盾”系統具備“遠程交戰”(EOR)能力、“海基末段”(SBT)攔截能力，最終具備武器與傳感器聯合協同能力，以及先進的防空與導彈防御任務規劃能力。

ACB 12計劃中針對“宙斯盾”作戰系統的發展項目包括：(1)采用“宙斯盾”開放式體系架構，(2)引入“宙斯盾” BMD5.0和NIFC-CA，(3)采用“技術嵌入-12”(TI-12)相關技術，(4)采用“改進型海麻雀”(ESSM)、“標準-2”、“標準-3”Block1A/1B和“標準-6”導彈，(5)任務規劃系統使用“宙斯盾”BMD5.0的任務規劃編制器。

ACB 16主要應對中期威脅，提升部隊協同作戰能力。其實現途徑為使用多傳感器協同、擴大BMD交戰距離、多艦協同交戰、聯合傳感器組網、應用先進電子戰系統及協同跟蹤。此階段的“宙斯盾”系統將加裝SPQ-9B雷達，改進作戰身份識別，采用具備“遠程交戰”(EOR)能力和“海基末段”(SBT)攔截能力的“宙斯盾”BMD5.1版本，采用“標準-3”2A導彈。

ACB 20主要應對遠期威脅，提升武器與傳感器協同能力，依靠先進的作戰資源管理(雷達/電子戰)、綜合電子與主動防御、一體化防空反導任務規劃及聯合的一體化火力控制。系統采用新型防空反導雙波段雷達AMDR、BMD6.X系統、多傳感器集成、傳感器協同和“技術嵌入-20”設備，具備先進的防空與導彈防御任務規劃能力。

5　“宙斯盾”系統之主要傳感器——AN/SPY-1雷達和AMDR

5.1AN/SPY-1 雷達

“宙斯盾”作戰系統主傳感器是洛克希德·馬丁公司研制的S波段AN/SPY-1三坐標多功能相控陣雷達。該雷達可執行水平搜索和半球搜索、多目標跟蹤與指示、導彈制導等任務。每一部SPY-1雷達包含了4部直徑3.7 m、共4350個單元的天線。該天線呈45°傾斜安裝在艦船的上層結構。

為滿足從大型軍艦到小型艦艇的各種作戰需要，SPY-1雷達家族已有多種型號，詳情如表4所示。其中SPY-1B/D型雷達的主要特點是采用分布式微處理器系統，具有較強的多任務處理能力，以實現快速信號處理。與SPY-1B相比，SPY-1D具有更高的平均功率和更低的噪聲，以及更多的脈間、相位和幅度穩定性。動目標顯示器的雜波對消系統可讓計算機選擇2～7個脈沖以減輕雜波。更寬的凹口濾波器可拒絕鳥類等的航跡。使用不同相對航速增強雜波(陸地雜波和雨)對消能力。自動自適應模式允許系統自動選擇優化的MTI搜索波形。在高雜波和箔條環境下，脈沖多普勒捕獲和跟蹤12～16個脈沖波形，比MTI提供更高的敏感性和雜波抑制能力，可補償瀕海雜波環境中敏感接收機產生的虛警概率。SPY-1D(V)型雷達采用新型行波管、目標篩選及雜波抑制算法，雷達探測跟蹤彈道導彈和巡航導彈的能力獲得了較大程度的提高。雙波束搜索能力使得雷達在雜波和嚴重干擾條件下依然擁有很高的數據率，增強了沿海作戰能力，同時針對海岸水域任務進行了優化，提高了抗干擾能力[4]。

表4　SPY-1各型號對比

5.2AMDR

2015年年初，3艘現役“阿利·伯克”級驅逐艦完成里程碑式升級改造，成功安裝和測試了最新的“宙斯盾”基線9作戰系統。“阿利·伯克”Ⅲ“宙斯盾”系統將采用防空反導雷達(AMDR)代替 AN/SPY-1D(V)雷達。

AMDR采用雙波段雷達體制，由升級的X波段水平搜索雷達SPQ-9B和新研制的S波段綜合防空反導雷達(AMDR-S)構成。兩部雷達通過雷達套件控制器(RSC)進行集成和系統管理，使AMDR作為一個整體有機工作，從而保證AMDR雷達在導彈防御、空中防御以及海面戰的不同角色中快速轉換。AMDR雷達共7個陣面，其中AMDR-S 4個陣面，SPQ-9B 3個陣面[5]。

AMDR-S是AMDR的核心。它是一種全固態有源相控陣雷達，具有良好的抗干擾、濾雜波能力，能在惡劣海態、天氣下追蹤新一代低RCS空中目標。

每個AMDR天線陣列高4.298m、寬4.145m、深1.524m，外形依舊為類似AN/SPY-1的八角形，其結構和外形如圖2所示[6]。每個陣列由37個雷達模塊裝配件(Radar Module Assemblies，RMA)構成，每個RMA長寬均為60.96 cm，包含了多通道收/發模塊(TRIMM)第四代數字接收機激勵器及相關單元。每面天線擁有超過5000個T/R模塊。若干個T/R模塊構成一個可快速抽換的TRIMM模塊，且內部有液冷系統，能在不關閉液冷回路的情況下直接更換天線陣列上的TRIMM。雷達輻射組件與外罩(radiator/radome)采用模塊化設計，便于維修。AMDR每面天線的直徑比AN/SPY-1D(V)略高(后者3.66 m)，但質量與深度比AN/SPY-1D(V)增加不少。 AMDR后端系統的冷卻系統稱為冷卻設備單元(Cooling Equipment Unit，CEUs)。由于AMDR的T/R模塊都集中在天線上，因此需要更強的天線冷卻能力。為此，新型“阿利·伯克”級驅逐艦擴大了原本為SPY-1D雷達供應風冷的風扇室。

圖2　天線結構和外形圖

總之，AMDR具有以下特點:采用開放式體系結構和模塊化設計;系統可升級；采用新型氮化鎵材料，體積小功率高；采用數字波束形成技術，靈敏度更高。其先進的設計克服了SPY-1雷達的諸多限制，信噪比是SPY-1 的32 倍，探測威力是SPY-1 的2.4 倍，同時處理目標數是SPY-1 的30 倍, 具備對空中目標和彈道導彈目標遠程探測與跟蹤能力，其強大的功能將進一步提高“宙斯盾”系統的防空反導作戰效能。

6　結束語

“宙斯盾”系統是當今世界上性能最為先進的攻防兼備、軟硬兼施的全天候、全方位、全空域防空及反導系統。它集雷達、導彈、武器控制、電子對抗及發射裝置于一體，擔負著全面而綜合性的防御任務。隨著協同作戰(CEC)、海軍一體化火控防空 (NIFC-CA)作戰能力、一體化防空反導(IAMD)能力的具備、AMDR雷達的加盟，以及未來持續的升級改造，“宙斯盾”系統必將發揮更為強大的作用。

[1]方有培. 美海基“宙斯盾”技術發展分析[J].航天電子對抗, 2015, 31(5).

[2]石雯君. 橫跨海陸的堡壘——盤點“宙斯盾”一體化防空反導系統[J].裝備/技術，2015(1).

[3]Jamie Durbin, Richard W Scharadin. The Modernization of AEGIS Fleet with open architecture. http:// www.dtic.mil>cgi-bin>GetTRDoc>ADA557871.

[4]趙登平.世界海用雷達手冊[M]. 2版.北京：國防工業出版社，2012.12: 284-291.

[5]李源. 美國海軍下一代防空反導雷達(AMDR)介紹[J].技術研發，2015(9).

[6]TadDickenson.Air&MissileDefenseRadar(AMDR).http://www.Raytheonretirees.org>201507>AMDR.

Analysis on progress of American Aegis system and its main sensors

LIAN Xue-hui1, GUO Lin-lin2，ZHUANG Lei2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003;2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The composition, features and combat process of the Aegis system are firstly introduced, and then the evolution of its air-defense system and the BMD capability is analyzed in lists. Moreover, the technical roadmap of its modernization is presented. Finally, the new progress of its main sensors, namely AN/SPY-1 radar and AMDR, is introduced.

Aegis system; air and missile defense; AN/SPY-1 radar; AMDR

2016-04-16；

2016-04-28

練學輝(1965-)，男，高級工程師，研究方向：雷達總體技術；郭琳琳(1983-)，女，工程師，研究方向：翻譯及科技情報研究；莊雷(1984-)，男，工程師，研究方向：雷達總體。

TN95

A

1009-0401(2016)03-0014-05