艦艇近程防空反導雷達發展研究

王 磊

(海軍裝備部信息系統局，北京100841)

0 引 言

艦艇近程防空反導雷達是水面艦艇作戰系統的重要組成部分，是水面艦艇不可或缺的探測傳感器，隨著作戰對象和作戰場景的不斷變化，以及雷達技術理論和雷達元器件生產工藝的發展，艦艇近程防空反導雷達向更強的能力方向發展。

當前艦艇近程防空反導雷達承擔著深海作戰、瀕海搶灘、對陸打擊等作戰使命任務，作戰場景復雜，面對從低空到高空、從慢速到超高速、從海面到空中、從空中到陸地的目標分布，尤其對隱身反艦導彈、制導炸彈、潛望鏡、火箭彈等突發性威脅目標預警，為提高功能集成優化和抗全方位飽和攻擊能力提升，各個國家針對不同的水面艦艇平臺發展了相應的近防雷達[14]。反艦目標的示意見圖1。

目前反艦導彈對艦船構成的嚴重威脅，已引起美國海軍高度重視，針對防空反導任務使命，美國海軍建立了由“標準”、“海麻雀”、“海拉姆”及“密集陣”艦炮武器系統4個層次組成的防空武器系統，形成多層防御圈以確保對反艦導彈攔截成功。美國艦艇防御層次圖如圖2所示。

美軍還構建了由AN/SPY-1 系列雷達為核心的宙斯盾系統。AN/SPQ-9B 雷達是美國艦艇自防御系統(SSDS)的重要組成部分，兩者構成了美國防空反導的組成裝備。同時歐洲也組成了相似的遠程雷達結合近防雷達承擔防空反導的架構形式。

圖1 反艦目標

圖2 美艦艇防御層次圖

本文主要針對目前國際上水面艦艇近防反導雷達的裝備和發展脈絡進行分析，介紹低空反導雷達的發展歷程、技術特點、裝備，并對新一代艦載近防反導雷達的發展趨勢進行了分析。

1 美國艦艇近防反導雷達

美軍水面艦艇近防反導系列雷達經歷了幾個階段，下面分別陳述。

1.1 AN/SPQ-9雷達

AN/SPQ-9系列雷達(見圖3)定位是近距離探測雷達，靠著較快的轉速來提高目標更新速率，作用是近距離補盲與追蹤。經過多年發展與批量裝備，SPQ-9雷達先后經歷了SPQ-9A、AN/SPQ-9B的發展歷程。第一代SPQ-9A 采用傳統拋物面天線，裝在一個球型罩里，轉速是60 r/min。

AN/SPQ-9B雷達發展開始于20世紀80年代末，由于近海亞音速或超音速掠海飛行反艦導彈威脅的不斷增加，水面艦艇急需裝備一種能在強雜波環境下有效探測反艦導彈的雷達。因此美海軍研究實驗室雷達分部于1991 年提出研制AN/SPQ-9B雷達，要求這種雷達能夠提供一種全新的低成本高效低空探測能力，而且可提供比AN/SPQ-9 A 雷達更強的對海探測能力，能夠更好地支持MK86火控系統和實現海上導航。AN/SPQ-9B是一種多波形、X 波段、窄束脈沖多普勒雷達，可以發現并跟蹤低空飛行的反艦導彈；采用背靠背天線，數據率高，反應速度快，轉速降為30 r/min，動目標改善因子達到80 dB，海雜波影響小，虛警率低；雷達在偵察、跟蹤水面目標和與燈塔通信的同時，亦可識別危險目標。

美海軍SSDS MK2艦艇自防御系統配備了X波段AN/SPQ-9B自防御系統作為專用低空搜索雷達，其主要技術指標如表1所示，SPY-1相控陣雷達則承擔抗飽和攻擊和遠程防空的能力。

表1 AN/SPQ-9B雷達主要技術指標

作為巡洋艦現代化項目的一個部分，該雷達將與航空母艦和兩棲攻擊艦上的艦船自防御系統、宙斯盾作戰系統結合在一起。SPQ-9B雷達目前及未來被美國海軍極度重視，裝備在美國海軍的新造艦及替代現裝備各級艦上。

截止目前該雷達已裝備尼米茲級航母、提康德羅加級巡洋艦、黃蜂級兩棲攻擊艦、圣安東尼奧級兩棲運輸艦、海上安全巡邏艦，未來即將裝備阿利伯克Ⅲ型驅逐艦，以及出口澳大利亞和日本的阿里伯克級驅逐艦。

從查閱的資料來看，SPQ-9B 雷達僅負責低空，這與目前多功能雷達的作戰能力有差距，下面我們來分析一下，美國為什么把SPQ-9B 如此定位。以“提康德羅加級”導彈巡洋艦為例進行分析。

美國已把“提康德羅加級”導彈巡洋艦的艦艇自防御系統更新為SSDS MK2，其上武器配備：“戰斧”巡航導彈、“標準2”艦空導彈、“魚叉”反艦導彈；雷達配備：AN/SPY-1B 相控陣雷達、AN/SPS-49(V)對空搜索雷達、AN/SPS-55 對海搜索雷達、AN/SPQ-9B搜索雷達、AN/SPG-62照射雷達。從“提康德羅加級”導彈巡洋艦的雷達選配和武器選配中可以發現SPG-62照射雷達的存在，說明SPY-1B相控陣雷達并沒有用于目標照射功能，而且仍然配備了SPS-49(V)對空搜索雷達、SPQ-9B搜索雷達，說明SPY-1B相控陣雷達資源仍然不能夠兼顧遠程與近程防空，它既要完成遠程防御與進攻，又要完成低空反導，對于掠海飛行的反艦導彈，由于要濾除海雜波和電子干擾的影響，需要足夠的目標信息量，并且反艦導彈來襲方向是全方位的，近程反導要求目標更新數據率高，而這些需要SPY-1B四面陣雷達以高數據率、多脈沖數掃描海面低空，損耗了大量的雷達時間資源，以至于和遠程警戒與打擊有沖突，也說明經美海軍論證后發現：SPY-1B相控陣雷達要達到抗飽和攻擊和遠程防空的能力，還需要配備SPQ-9B 低空搜索雷達，專用于掠海導彈探測，這樣“宙斯盾”防空系統的核心——SPY-1B 雷達可以有更多的資源用于空域防空與目標打擊。

所以在美海軍SSDS MK2艦艇自防御系統中，配備了X波段SPQ-9B自防御系統專用低空搜索雷達。

1.2 綜合射頻集成階段

以DDG1000驅逐艦為代表的新型驅逐艦(見圖4)采用了全陣面化設計，以AN/SPY-4+AN/SPY-3構建全艦防御雷達系統，其中SPY-3為X 波段，承擔原AN/AN/SPQ-9B 雷達的功能任務。因成本過高，該雷達未正式裝備。

1.3 新型低空反導雷達

隨著艦艇綜合集成、導彈照射等新需求出現，以及Ga N 組件、數字波束合成等新技術的發展，現有AN/SPQ-9B雷達采用無源相控陣體制和機械旋轉方式，不能滿足艦艇需求，美軍啟動新一代AN/SPQ-9B雷達的研發工作，即FXR 雷達。

2015年10 月，海軍水面戰中心——達爾格倫分部發布了一份聲明，就一款新型X波段FXR 雷達采用AESA 體制進行RFI(征求意見)，尋求未來艦載自防御X 波段雷達項目的相關技術。

從ONR 要求的使命任務來看，新型X 波段雷達將取代SPY-3、AN/SPQ-9B、SPG-62、MK95 等雷達，其主要功能和特點如表2所示。

表2 FXR 雷達主要性能

2018年美國國防部宣布，正式授予雷聲公司1 999.7萬美元的成本加固定價格研發艦載“下一代X 波段雷達”等新一代艦載雷達的合同，預計合同規定工作將于2020年6月8日完成。

2 歐洲艦艇近程反導雷達

歐洲典型的艦艇末端防御系統為“守門員”系統(如圖5所示)，該系統的自備式搜索雷達主要用于近距離反航空器，特別是對抗反艦導彈，“守門員”系統可以在探測和跟蹤目標后開火，并能同時對幾個目標做出毀傷評估。其連續搜索和邊掃描邊跟蹤方式保證了系統在多目標情況下，可自動操作、快速轉向下一個最有威脅的目標，即使在強雜波和干擾下，也能及時探測到小型超音速目標。

圖5 守門員近防系統

隨著技術和裝備發展，“守門員”系統列裝逐漸減少，下面陳述幾型典型的低空反導雷達。

2.1 TRS-3D 雷達

如圖6所示，TRS-3D 雷達是G頻段3D多模監視和武器指示雷達，提供三坐標指示信息，能在嚴重雜波和干擾環境中自動探測和跟蹤海面以及空中目標。TRS系列雷達定位于中小型的護衛艦、輕巡洋艦、導彈快艇及登陸艦，在實現對空對海監視和搜索狀態下，可為武備系統提供目標指示。TRS-3D雷達的主要參數如表3所示。

圖6 TRS-3D 雷達

表3 TRS-3D 雷達主要參數

目前全球共有60部這種雷達在海軍和海岸警衛隊服役，裝備于丹麥Flyvefisken 級多用途軍艦(14艘，TRS-3D)、Niels Juel級護衛艦(14艘，TRS-3D)；德 國Bremen 級 護 衛 艦(8 艘，TRS-3D/32)、“K130”級輕巡洋艦(5 艘，TRS-3D)；美國LCS(支援登陸艦)以及芬蘭、馬來西亞和西班牙艦船。

2.2 TRS-4D 雷達

Cassidian公司在TRS-3D雷達基礎上進一步創新發展，推動了最新型TRS-3D/NES以及下一代艦載雷達TRS-4D 的開發。

TRS-4D 型雷達作為艦載中距離雷達系統，可裝備于巡邏艦至護衛艦大小的艦艇，在開放海域和復雜的海岸地區開展各種探測任務，同時具備追蹤大量目標的能力。與傳統雷達相比，該型雷達擁有更高的精度和更快的系統，可探測的目標種類更多，因此可保護艦船免受非對稱攻擊的威脅。TRS-4D的關鍵設計單元可解決新型作戰需求。

TRS-4D 是TRS-3D雷達的下一代發展型，是一種C波段艦載有源相控陣空海監視和目標捕獲雷達，在2011年9月14日召開的倫敦防務與安全裝備國際展覽上首次亮相。該雷達發射機采用氮化鎵(GaN)半導體技術的T/R 組件，可分為旋轉陣面和非旋轉陣面2種，旋轉陣面若保持靜止可覆蓋一個50°的帶狀區域，非旋轉陣面采用4個固定天線面板實現全方位覆蓋。

TRS-4D 具有用于體監視的多波束能力，可實現3D 對空對海監視，包括高速水平搜索、扇區搜索以及類似指示航跡(針對高優先級目標)的電掃能力；具備快速(低于1 s)起始航跡能力，可與多目標(達1 000個)航跡綜合。

TRS-4D 是第一種完全使用先進主動電子掃描陣列(AESA)的監視雷達，這種陣列基于大量獨立的發射器(即固態有源相控陣體制)。這使得雷達具備了空前的探測性能，還可提供機械旋轉單陣列天線的版本。

TRS-4D 雷達的性能參數如表4 所示，外形如圖7所示。德國的F125護衛艦明確裝備固定陣TRS-4D雷達。2014年10月底，空客防御與空間公司從美國海軍獲得合同，向其交付TRS-4D 先進海上雷達，這是美國海軍濱海作戰艦(LCS)項目的一部分，該新型雷達是德國FI25護衛艦上裝備的TRS-4D 固定陣有源電掃陣列(AESA)雷達的旋轉改型。

表4 TRS-4D 雷達參數

圖7 TRD-4D 雷達

2.3 “海上長頸鹿”AMB雷達

“海上長頸鹿”靈活多波束(AMB)多用途海軍監視雷達隸屬于薩伯公司研制的“長頸鹿”雷達系列，定位于中小型的護衛艦、輕巡洋艦、導彈快艇及登陸艦，在實現對空對海監視和搜索狀態下，可為武備系統提供目標指示。雷達同時還具有反電子干擾的能力，以及對噪音干擾和欺騙性干擾的反電子戰能力，能夠滿足現在與將來日趨復雜的電子戰環境需要。“海上長頸鹿”AMB雷達參數如表5所示，外形如圖8所示。裝備“海上長頸鹿”AMB 裝備的戰艦有瑞典海軍的“維斯比”隱身護衛艦、阿聯酋Baynunah 輕型護衛艦、波蘭Orkan輕型護衛艦和美國海軍瀕海戰斗艦。

表5 “海上長頸鹿”AMB雷達參數

圖8 “海上長頸鹿”AMB雷達

2.4 泰勒斯MRR-3D 雷達

泰勒斯MRR-3D 型雷達是專為小型艦艇設計建造的，主要用來為艦艇提供監視、自防御和目標指示能力。MRR-3D NG型雷達加裝了全電子(輔以機械)穩定天線分系統，并集成了敵我識別(IFF)天線，桅桿頭部的重量減輕約20%。泰勒斯MRR-3D雷達雷達參數如表6所示，外形如圖9所示。

表6 泰勒斯MRR-3D 雷達參數

圖9 MRR-3D 雷達

目前，卡塔爾海軍的4艘巴贊級快速攻擊艇和科威特海軍8艘Garoh級快速攻擊艇上都裝備了早期的MRR-3D 型三坐標多功能雷達，此外，韓國海軍的4艘MEKO A-200新型輕護艦也即將裝備該型雷達。

2.5 I-MAST 系列綜合桅桿

泰勒斯公司推出了I-MAST 系列綜合桅桿(如圖10所示)，已經有4套I-MAST400型設備安裝在“荷蘭級”巡洋艦上。該綜合桅桿集成了雷達、通訊等功能于一體，所有的軍用電子系統都集成在桅桿內，各傳感器之間按垂直空間分層布置，保證了設備之間電磁兼容問題。

I-MAST 系列得益于泰勒斯公司新一代非旋轉傳感器系列。其核心產品是SEA MASTER100(IMAST100較400明顯小和輕，主要裝備小平臺)和400系列對空對海監視雷達、SEA WATCHER100海面監視和直升機引導雷達，本文主要介紹SEA WATCHER100雷達，其參數如表7所示。

2.6 APAR 雷達

1993年，德國、荷蘭開始合作開發新一代的艦載防空系統APAR雷達(如圖11 所示)，2002 年服役。

圖10 I-MAST400布局

表7 SEA WATCHER100雷達參數

圖11 APAR 雷達Block 2

2016年5月，Thales荷蘭分公司稱，其開發的APAR Block 2改用氮化鎵(Ga N)T/R 組件。不僅雷達本身擁有更好的性能，而且也能與IMAST 桅桿系統進行配合。APAR Block 2是基于現有APAR 架構上，透過插入新技術的硬件組合(含前端天線、后端控制與信號處理等)來改善雷達性能。

其主要特點是：

(1)全數字化；

(2)數字波束合成，GaN 的組件；

(3)商用(COTS)技術的處理機柜。

SEA WATCHER100雷達參數如表8所示。

1999年，APAR 開始裝艦測試，2002年4月隨荷蘭海軍LCF首艦七省級開始服役，是全世界上首個實用化的有源艦載相陣雷達系統。APAR Block 2尚未正式裝備。

表8 SEA WATCHER100雷達參數

3 新一代艦艇低空反導雷達發展趨勢

從美軍新一代低空反導雷達發展以及歐洲國家同類雷達發展來看，新一代艦艇低空反導雷達的發展趨勢如下：

(1)任務多樣化，具備對海、低空搜索跟蹤、導彈中繼等功能。

(2)硬件商用化。原來AN/SPQ-9B 雷達為無源相控陣，其裝備價格為960萬美元，FXR 雷達目標裝備價格不超過3 000萬美元，而SPY-6雷達費用約1.7億美元，必然需要采用大量商用成熟貨架技術。APAR Block 2后端處理部分采用現成商用(COTS)技術的處理機柜，提高處理性能并使得后續使用維護更經濟。

(3)陣面數字化。隨著先進數字信號處理、波形產生、A/D 芯片、數字波束合成技術的發展，相控陣雷達數字化向前端推進，采用數字化成為必然趨勢。

(4)構件模塊化。模塊化的開放式系統軟硬件結構可擴展，內部功能軟件模塊化設計，提高維護水平。

(5)器件新型化。以GaN和SiC 寬頻帶組件為代表的先進功率器件最近幾年迅速發展成熟，并在AN/SPY-6等新型雷達上應用。

4 結束語

本文首先介紹了美軍艦艇低空反導雷達在不同階段的發展歷程、裝備情況、性能特點等，接著介紹了歐洲典型的艦艇低空反導雷達，最后分析了新一代艦艇低空反導雷達的發展趨勢。

新型近程防空反導雷達需應對多種目標和作戰場景，實現自適應地形匹配處理、低截獲波形、編隊協同探測與抗干擾等關鍵技術，可實現在復雜電磁環境下對反艦導彈、制導炸彈、火箭彈、迫擊炮、無人機、潛望鏡等威脅目標的有效探測，為軟硬武器提供信息保障，為防空艦炮系統、防空導彈系統、有源干擾系統、對陸打擊電磁炮等武器提供目標打擊信息。

編隊作戰能力是提升近防雷達發展的重要技術途徑，要求新型近程防空反導雷達具備編隊信息自協同能力，編隊態勢感知融合，編隊對海探測資源、對空探測資源、對陸探測資源、火力打擊資源按需分配，完成編隊協同探測和抗干擾，實現編隊協同超地平面防空反導，為水面艦艇編隊提供快速反導能力和更加強大的抗飽和攻擊能力。