陳楠楠,宮尚玉,劉小平
(1.海裝駐上海地區(qū)第八軍事代表室,上海 200083;2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)
隨著各種遠(yuǎn)程精確打擊與信息化武器裝備技術(shù)的不斷發(fā)展,以及水下智能作戰(zhàn)水平的不斷提高,各國海軍都更加重視復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境下海上作戰(zhàn)能力的提升。護(hù)衛(wèi)艦是當(dāng)代各國海軍建造數(shù)量最多、分布最廣、參戰(zhàn)機(jī)會(huì)最多、設(shè)計(jì)最靈活的一種水面艦艇,承擔(dān)著反潛、護(hù)航、巡邏、警戒、偵察、反水雷以及登陸支援作戰(zhàn)等任務(wù)。近年來,美、英、法、意等主要西方國家為完善航母作戰(zhàn)體系、提高復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境下的海上作戰(zhàn)能力,在既有護(hù)衛(wèi)艦項(xiàng)目取得新進(jìn)展的同時(shí),不斷提出新的護(hù)衛(wèi)艦發(fā)展項(xiàng)目,護(hù)衛(wèi)艦成為發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)[1]。
護(hù)衛(wèi)艦的雷達(dá)使命因護(hù)衛(wèi)艦在編隊(duì)或獨(dú)立作戰(zhàn)的定位不同而有所差異,基本承擔(dān)著中近程監(jiān)視、跟蹤、武器制導(dǎo)等功能。新型護(hù)衛(wèi)艦的發(fā)展,都伴隨著新型艦載雷達(dá)裝備的設(shè)計(jì)和運(yùn)用。各國海軍的新型護(hù)衛(wèi)艦都普遍裝備了較先進(jìn)的有源相控陣?yán)走_(dá),本文介紹了主要國家新一代護(hù)衛(wèi)艦及其雷達(dá)裝備概況,總結(jié)分析了雷達(dá)發(fā)展特點(diǎn)和護(hù)衛(wèi)艦平臺(tái)設(shè)計(jì)的內(nèi)在聯(lián)系。
2019年10月24日,法國“中型通用護(hù)衛(wèi)艦”FDI首艦舉行剪鋼儀式,預(yù)計(jì)2023年交付法國海軍,共計(jì)制造5艘。FDI護(hù)衛(wèi)艦是FREMM計(jì)劃的延伸,大量利用了法國在FREMM和“地平線”兩型艦上的優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果,通過模塊化和隱身化設(shè)計(jì),使得艦體外形緊湊干凈,自衛(wèi)和遠(yuǎn)程作戰(zhàn)能力有顯著提升。從外表上看,F(xiàn)DI的最大亮點(diǎn)是采用獨(dú)立組裝的全景傳感器與智能模塊(PSIM),這實(shí)際上是一種集雷達(dá)、光電、電子戰(zhàn)、通信設(shè)備于一體的綜合桅桿。其中,桅桿中的雷達(dá)將配置還在開發(fā)當(dāng)中的“海火500”(Sea Fire 500),如圖1所示。

圖1 “海火 500”雷達(dá)
“海火 500”是泰勒斯公司為法國開發(fā)的首款固定陣面有源相控陣?yán)走_(dá),由空中監(jiān)視模塊、水面監(jiān)視模塊、彈道導(dǎo)彈監(jiān)視模塊、“紫菀”(ASTER)導(dǎo)彈火控模塊、水面火炮系統(tǒng)支持模塊以及反火箭彈、火炮、迫擊炮模塊(C-RAM)組成,可以執(zhí)行遠(yuǎn)程三維監(jiān)視、水平搜索、水面監(jiān)視、火控引導(dǎo)與支援等多重功能,對(duì)包括慢速低多普勒效應(yīng)目標(biāo)、低RCS目標(biāo)和超音速高機(jī)動(dòng)目標(biāo)等具有良好的追蹤能力[2]。其技術(shù)特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):
(1) 采用數(shù)字陣列接收和GaN高功率放大器技術(shù),單元級(jí)數(shù)字波束形成同時(shí)產(chǎn)生100個(gè)以上的瞬時(shí)波束,在軟件控制之下,這些波束能根據(jù)環(huán)境和任務(wù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
(2) 瞬時(shí)超寬帶特性提高了距離分辨率,因而能探測(cè)與評(píng)估快速攻擊。在提供初始導(dǎo)彈位置信息的前提下,可應(yīng)對(duì)600 km級(jí)別的反艦彈道導(dǎo)彈。
(3) 獨(dú)立通道和“故障弱化”設(shè)計(jì)提高了雷達(dá)可靠性,降低了維護(hù)需求,即便雷達(dá)陣列中10%~20%的模塊發(fā)生故障,也不會(huì)顯著影響雷達(dá)的性能。
(4) 采用模塊化設(shè)計(jì),具備軟件定義的功能,擴(kuò)展性強(qiáng)。
英國26型護(hù)衛(wèi)艦堅(jiān)持實(shí)用至上的設(shè)計(jì)原則,定位為模塊化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、運(yùn)行成本低的平臺(tái),能執(zhí)行反潛、對(duì)陸、支援兩棲作戰(zhàn)、反水雷作戰(zhàn)等任務(wù)。因此,26型護(hù)衛(wèi)艦的雷達(dá)裝備并沒有創(chuàng)新,沿用裝備“伊麗莎白女王”級(jí)航母、23型護(hù)衛(wèi)艦上的Artisan 3D雷達(dá)。2017年7月20日,26型護(hù)衛(wèi)艦(滿載8 000噸)首艦“格拉斯哥”號(hào)正式開建,計(jì)劃在2020年代中期服役,首批預(yù)計(jì)建造3艘。
Artisan 3D雷達(dá)如圖2所示,由BAE系統(tǒng)公司開發(fā),為一款S波段空海監(jiān)視與目標(biāo)指示雷達(dá),其采用模塊化設(shè)計(jì)、開放式結(jié)構(gòu),在開發(fā)過程中結(jié)合了ARTIST、Commander、SAMPSON、TYPE 996等上一代雷達(dá)的部件和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)[3]。該雷達(dá)采用先進(jìn)的數(shù)字自適應(yīng)波束形成(12個(gè)同步接收)、數(shù)字脈壓以及自適應(yīng)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)濾波等處理手段。通過對(duì)比探測(cè)性能、雜波濾除、跟蹤精度指標(biāo)可以看出,Artisan 3D相較以往雷達(dá),在小型、高速、低飛目標(biāo)以及大型遠(yuǎn)程目標(biāo)探測(cè)上有較大幅度的提升,能夠適應(yīng)近海雜波和強(qiáng)干擾環(huán)境下的小型快速目標(biāo)的檢測(cè)需要。此外,除監(jiān)視和提供目指外,該雷達(dá)還擁有航母空管、二次導(dǎo)航、火炮支援、干擾壓制、敵我識(shí)別等功能,具有功率孔徑積大、反應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)率高、資源自適應(yīng)管理、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),適裝平臺(tái)類型豐富。

圖2 Artisan 3D雷達(dá)
英國31型多用途巡邏護(hù)衛(wèi)艦作為26型護(hù)衛(wèi)艦的補(bǔ)充,能夠執(zhí)行反艦、防空、反潛、兩棲支援、反水雷、特種作戰(zhàn)、反恐、反海盜、偵察監(jiān)視等任務(wù)。2019年9月,巴布科克公司聯(lián)合泰勒斯公司獲得31型護(hù)衛(wèi)艦的建造合同,首艦將于2021年動(dòng)工,計(jì)劃在2028年完成全部5艘建造。為滿足未來海上信息戰(zhàn)需求,提高艦艇防空反導(dǎo)能力,該艦將裝備先進(jìn)的TACTICOS作戰(zhàn)管理系統(tǒng),CEC協(xié)同交戰(zhàn)能力系統(tǒng)和NS-100/NS-200型雷達(dá)。
NS-100系列是市面上首款雙軸多波束雷達(dá),定位是滿足近海中小型水面艦艇的監(jiān)視需求[2]。該雷達(dá)吸收了Sea Master 400三坐標(biāo)雙軸多波束有源電掃陣列(AESA)技術(shù),在方位和俯仰上進(jìn)行全數(shù)字波束形成,能夠快速進(jìn)行前向和后向掃描,因而起始建航快、瞬時(shí)單脈沖精度高。
圖3所示為NS-100雷達(dá)。據(jù)泰勒斯公司的宣傳,NS-100雷達(dá)采用的是單元級(jí)數(shù)字化,相比子陣列結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)。NS-100雷達(dá)副瓣較低,多普勒處理可以實(shí)現(xiàn)60 dB雜波抑制,顯著提升了在近海雜波的背景下對(duì)小型目標(biāo)的感知能力。除雷達(dá)處理機(jī)柜外,其他所有硬件(雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器和天線控制系統(tǒng))都安裝在天線罩中。天線罩內(nèi)還能集成其他多種傳感器(敵我識(shí)別器、調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)、紅外相機(jī)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和相關(guān)監(jiān)視廣播),既節(jié)省甲板空間,還能為系統(tǒng)提供整體的探測(cè)性能。

圖3 NS-100雷達(dá)
NS-100雷達(dá)基本型有10個(gè)64通道接收模塊,根據(jù)發(fā)射瓦片數(shù)量和功率大小派生出3種型號(hào):NS-103(3個(gè)瓦片)、NS-106(6個(gè)瓦片)和NS-110(10個(gè)瓦片)。
2020年4月,美國海軍確定了下一代FFG(X)導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦(約6 000 t)的競(jìng)標(biāo)結(jié)果,最終意大利版“歐洲多功能護(hù)衛(wèi)艦”作為母型的設(shè)計(jì)方案中標(biāo),這也是美國首次采納歐洲海軍的艦船設(shè)計(jì)方案。根據(jù)該方案,艦載雷達(dá)武備將利用AMDR開發(fā)的架構(gòu)和技術(shù),預(yù)裝SPY-6(V)3型雷達(dá),為艦船提供全方位態(tài)勢(shì)感知和防衛(wèi)能力。無論是從艦船總體設(shè)計(jì)還是武器裝備,都體現(xiàn)出美海軍從追求先進(jìn)卓越到注重務(wù)實(shí)、效費(fèi)比和研制采辦進(jìn)度的轉(zhuǎn)變。
AMDR是美國海軍目前重點(diǎn)開發(fā)的下一代防空反導(dǎo)雷達(dá),作為未來宙斯盾系統(tǒng)的核心傳感器,取代使用了40多年的AN/SPY-1(V)雷達(dá)。完整的AMDR包含一部S波段雷達(dá)(AMDR-S)、一部X波雷達(dá)(AMDR-X)和一部雷達(dá)控制器,它采用全新的GaN大功率放大器與收發(fā)組件、有源相控陣物理結(jié)構(gòu)、分布式接收機(jī)/激勵(lì)器以及大孔徑子陣級(jí)數(shù)字波束形成等關(guān)鍵技術(shù)[4]。
AMDR-S通過眾多2英寸×2英寸×2英寸雷達(dá)模塊化組件(RMA)堆棧形成能力,每個(gè)RMA本身包含144個(gè)高功率GaN收/發(fā)模塊和第四代數(shù)字接收激勵(lì)器。根據(jù)任務(wù)定位和平臺(tái)大小,可以配置不同數(shù)量這樣的模組。SPY-6(V)3型雷達(dá),又稱為固定陣面版“企業(yè)級(jí)對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)”(EASR),由9個(gè)RMA堆構(gòu)成。出于降低開發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn),美國海軍計(jì)劃用SPY-6(V)3取代原SPS-48和SPS-49老式雷達(dá),裝備于“福特”級(jí)航母和未來護(hù)衛(wèi)艦項(xiàng)目。根據(jù)美國海軍SPY-1+0 dB的方案,SPY-6(V)3型雷達(dá)的探測(cè)距離不比當(dāng)前使用的AN/SPY-1(V)雷達(dá)遜色。圖4所示為旋轉(zhuǎn)陣面SPY-6(V)雷達(dá)。

圖4 旋轉(zhuǎn)陣面SPY-6(V)
F-125型護(hù)衛(wèi)艦(7 000 t)是集中了德國在全電力推進(jìn)、全艦隱身、集成天線等領(lǐng)域的最新成果。首艦“巴登·符騰堡”號(hào)于2011年11月開工建造,2014年3月31日下水,2016年7月交付德國海軍。該艦運(yùn)用全新的信息戰(zhàn)系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)海上編隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)、多層次區(qū)域防空、兼顧多用途功能,定位是充當(dāng)著德國海上網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的核心節(jié)點(diǎn)。因此,在雷達(dá)的配備上更強(qiáng)調(diào)性能,選用的是空客防務(wù)與航天公司開發(fā)的TRS-4D/NR(非旋轉(zhuǎn))雷達(dá),如圖5所示。

圖5 F-125艦載固定陣面TRS-4D雷達(dá)
TRS-4D雷達(dá)在2011年的倫敦防務(wù)與安全裝備國際展覽上首次亮相,是一款C波段多功能空海監(jiān)視和目標(biāo)捕獲雷達(dá),具備目標(biāo)監(jiān)視、跟蹤、自我防御、火炮打擊支援、飛行管控等多種工作模式,在海上或復(fù)雜的近海區(qū)域執(zhí)行不同的監(jiān)測(cè)任務(wù),最多能夠同時(shí)跟蹤1 000個(gè)目標(biāo)。
TRS-4D雷達(dá)基于固態(tài)GaN 收/發(fā)組件,采用新一代信號(hào)處理技術(shù)的接收通道和新型接收機(jī),支撐了數(shù)字波束形成和多接收波束的同時(shí)工作,所有波束采用脈沖多普勒處理,因而TRS-4D雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤能力較為突出,尤其是對(duì)小目標(biāo)擁有優(yōu)越的檢測(cè)性能,可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)截面積小于0.01 m2的目標(biāo),在嚴(yán)重雜波環(huán)境以及干擾機(jī)干擾的情況下保持優(yōu)越性能。TRS-4D雷達(dá)的特點(diǎn)還包括:對(duì)目標(biāo)快速進(jìn)行跟蹤啟動(dòng)和確認(rèn),反應(yīng)時(shí)間不超過1 s;具備網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)能力;采用靈活的軟件定義技術(shù);可重復(fù)編程;可靠性高,全壽命周期維護(hù)成本低等[2]。
根據(jù)天線類型,TRS-4D雷達(dá)分為旋轉(zhuǎn)和固定陣面2個(gè)版本,在結(jié)構(gòu)上這2種類型完全相同,不過固定陣面對(duì)單個(gè)目標(biāo)的跟蹤精度更高。TRS-4D/NR雷達(dá)天線孔徑按角度部署,四面陣為電子掃描天線,能覆蓋90°以上的掃描角,陣面通過矩形機(jī)械方式對(duì)齊,實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋,專門裝備德國海軍;而旋轉(zhuǎn)型裝備已經(jīng)在美國海軍瀕海戰(zhàn)斗艦(LCS)和智利的23型護(hù)衛(wèi)艦上使用。
歐洲多功能護(hù)衛(wèi)艦(FREMM)是法國和意大利聯(lián)合發(fā)展的面向21世紀(jì)海上作戰(zhàn)的多功能通用護(hù)衛(wèi)艦,也是全球最先進(jìn)、性價(jià)比最高的艦艇之一。由于法國和意大利的作戰(zhàn)需求不同,兩國除采用相同的船體、動(dòng)力系統(tǒng)外,上層桅桿、武器系統(tǒng)、平臺(tái)管理系統(tǒng)等方面具有較大差異,其中意大利版多功能護(hù)衛(wèi)艦注重區(qū)域防空能力,因而配備強(qiáng)大的EMPAR多功能雷達(dá)。意大利萊昂納多公司目前以EMPAR為基礎(chǔ),引入固態(tài)砷化鎵(GaAs)有源天線技術(shù),開發(fā)KRONOS Grand海軍型多功能雷達(dá),計(jì)劃裝備在后續(xù)的意大利版歐洲多功能護(hù)衛(wèi)艦(FREMM)“貝爾加米尼”級(jí)上。圖6所示為KRONOS 海軍型雷達(dá)。

圖6 KRONOS 海軍型雷達(dá)
KRONOS Grand海軍型雷達(dá)工作在C波段,包含2 200個(gè)T/R組件,可執(zhí)行空海監(jiān)視、立體搜索、多目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤和多枚導(dǎo)彈引導(dǎo)任務(wù)。主要特點(diǎn)有:
(1) 通過對(duì)威脅等級(jí)進(jìn)行評(píng)估,采取不同的跟蹤速率,高威脅目標(biāo)的更新周期是1 s;
(2) 多目標(biāo)主動(dòng)制導(dǎo)能力,能同時(shí)引導(dǎo)多達(dá)16枚“紫苑”導(dǎo)彈;
(3) 航跡初始化迅速,掃描一次確認(rèn)威脅,下一次掃描開始建航,因而可專門跟蹤小型、低可見以及突然出現(xiàn)的目標(biāo);
(4) 副瓣匿隱功能,副瓣低于40 dB;5)干擾選通探測(cè)與跟蹤;6)增加方位和俯仰單脈沖技術(shù),提高了對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)能力[2]。
表1給出上述幾型雷達(dá)的主要指標(biāo)參數(shù)。

表 1 幾種型號(hào)雷達(dá)主要指標(biāo)參數(shù)對(duì)照表[2]
新一代護(hù)衛(wèi)艦為適應(yīng)未來海戰(zhàn)對(duì)艦船提出的隱身需求和降低天線間的電磁干擾需求,大多采用優(yōu)化布局的綜合桅桿設(shè)計(jì)。綜合桅桿內(nèi)的有限空間限制了電子設(shè)備的安裝數(shù)量。而艦載AESA雷達(dá)的多功能特性與綜合桅桿的設(shè)計(jì)相契合,采用1部這樣的多功能雷達(dá)便可以替代以前多部傳統(tǒng)雷達(dá),同時(shí)執(zhí)行跟蹤、監(jiān)視、導(dǎo)航、火炮支援等多種功能。另外,新型護(hù)衛(wèi)艦的設(shè)計(jì)噸位水漲船高,客觀上基本滿足了相控陣?yán)走_(dá)的供電需要。從防空反導(dǎo)作戰(zhàn)上講,雷達(dá)從搜索到目標(biāo),到轉(zhuǎn)入精度跟蹤,再到武器發(fā)射,這個(gè)過程的反應(yīng)時(shí)間越短越好。縱觀主要國家新型護(hù)衛(wèi)艦的雷達(dá)體制,可以看出,艦載AESA多功能雷達(dá)集搜索、跟蹤和火控于一體,極大地縮短了防空反導(dǎo)的反應(yīng)時(shí)間,已經(jīng)成為護(hù)衛(wèi)艦雷達(dá)配置的普遍選擇,單雷達(dá)艦船成為了現(xiàn)實(shí)。
受防務(wù)預(yù)算的限制,多國的新型護(hù)衛(wèi)艦研發(fā)側(cè)重于多任務(wù)能力,實(shí)施艦艇模塊化技術(shù)、搭載不同的任務(wù)模塊,期望在不同的作戰(zhàn)環(huán)境下都能提供全域的態(tài)勢(shì)感知。美國海軍在分布式殺傷概念的推動(dòng)下,要求將護(hù)衛(wèi)艦納入航母編隊(duì)和兩棲遠(yuǎn)征打擊群內(nèi),為艦隊(duì)提供遏制或擊毀敵方軍艦與超視距反艦導(dǎo)彈的能力,并擁有基于艦隊(duì)網(wǎng)絡(luò)體系下,復(fù)雜海區(qū)的獨(dú)立作戰(zhàn)能力。因此,新型護(hù)衛(wèi)艦艦載雷達(dá)為應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境和提供綜合態(tài)勢(shì)感知的需要,都進(jìn)行了有針對(duì)性的改進(jìn)。這些改進(jìn)包括:
(1) 基于先進(jìn)的半導(dǎo)體元器件技術(shù)、采用高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的收/發(fā)技術(shù)、自適應(yīng)波束形成以及認(rèn)知技術(shù)等實(shí)現(xiàn)雷達(dá)工作帶寬、靈敏度、雜波抑制和抗干擾能力的提升,即便存在干擾情況下,雷達(dá)對(duì)小型慢速目標(biāo)、低飛目標(biāo)、突然出現(xiàn)目標(biāo)保持優(yōu)異的探測(cè)性能;
(2) 引入彈道導(dǎo)彈防御能力,加快雷達(dá)傳感器和作戰(zhàn)、指控系統(tǒng)一體化融合,基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)例如交戰(zhàn)能力(CEC),構(gòu)建起分布式的信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)與航母、驅(qū)逐艦和其他作戰(zhàn)單元的無縫對(duì)接和信息融合。
從以上各國新一代護(hù)衛(wèi)艦雷達(dá)裝備的情況來看,SPY-6(V)型、海火500型、NS-100型、Kronos型雷達(dá)都具有多個(gè)版本,可進(jìn)行天線尺寸縮放和配置數(shù)量調(diào)整以裝備不同平臺(tái),并非為某一型平臺(tái)專門設(shè)計(jì)。以模塊化的SPY-6(V)雷達(dá)為例,該雷達(dá)總共有4個(gè)版本,分別裝備在美海軍各種主戰(zhàn)水面艦艇上。其中四固定陣面SPY-6(V) 1將裝備于“阿利·伯克” Flight Ⅲ 型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦,每個(gè)陣面含37個(gè)RMA;旋轉(zhuǎn)型SPY-6(V) 2主要裝在兩棲攻擊艦和“尼米茲”級(jí)核動(dòng)力航母上,內(nèi)含9個(gè)RMA;三固定陣面SPY-6(V)3將裝在FFG(X)和“福特”級(jí)航母,每個(gè)陣面9個(gè)RMA;四固定陣面SPY-6(V) 4主要用于升級(jí)“阿利·伯克” FlightⅡA型驅(qū)逐艦雷達(dá),每個(gè)陣面24個(gè)RMA。這一型有源相控陣?yán)走_(dá)僅通過陣面以及雷達(dá)模組數(shù)量的變化,便可得到能力不同的雷達(dá),但又符合艦艇在艦隊(duì)的作戰(zhàn)定位。通過模塊化可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方式,可大幅縮短裝備研制的周期和成本,迅速形成作戰(zhàn)能力,還能降低后期的維護(hù)成本,已成為各國護(hù)衛(wèi)艦雷達(dá)配置的重要考慮因素之一。
本文從護(hù)衛(wèi)艦平臺(tái)發(fā)展及其雷達(dá)配置入手,簡(jiǎn)要梳理幾種新型艦載雷達(dá)裝備的性能特征,并分析其發(fā)展和平臺(tái)內(nèi)在聯(lián)系。未來海戰(zhàn)場(chǎng)的雷達(dá)裝備面臨的環(huán)境與威脅正快速變化,雷達(dá)傳感器將朝著更具靈活性、通用性架構(gòu)和超寬帶、多功能、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展,以提供更加全面精確的海上態(tài)勢(shì)感知能力。