预警机将雷达装上飞机,利用飞机平台的飞行高度克服地球曲率对观测视距的限制,减少雷达盲区,扩大低空和超低空探测距离,发现更远的敌机和导弹,为防空系统提供更多的预警时间,其雷达称为机载预警雷达。
由于机载预警雷达架设在高空飞行的飞机上,其优越性是地基雷达所无法比拟的。然而,雷达升空后,下视工作加平台运动带来了地杂波频谱扩展问题,雷达安装在飞机上对雷达系统也出了许多限制,如对雷达体积、重量和功耗的限制,技术难度很大,能够自主研制高性能机载预警雷达的国家屈指可数。
美国经过几十年的发展,形成了E-2、E-3两个系列的预警机,并在多次战争中发挥重要作用,美国还在不断对这两个系列的机载预警雷达进行改进以提高性能。此外,以色列、瑞典、俄罗斯、中国也发展了自己的预警机及其机载预警雷达。随着现代电子技术和飞行器隐身技术的迅速发展,机载预警雷达未来的主要作战对象将是隐身性能和飞行性能俱佳的新一代战机,以及低空高速飞行的低雷达散射截面巡航导弹。实际电子战环境中还存在着多种形式的干扰等,对下一代机载预警雷达技术的发展提出了更高的要求。
下面,我们以研制国家为区分,对全球主要机载预警雷达做一个概览介绍,主要涉及固定翼预警机机载雷达,预警直升机如俄罗斯卡-31和英国海王就不做一一介绍:
美国机载预警雷达
1、AN/APS-120/125/138/145及ADS-18雷达
预警机系统第一个飞跃是20世纪60年代初的E-2系列。最初与之搭配的是1971年GE(通用电气)公司推出的AN/APS-120雷达。该雷达采用动目标检测(MTD)技术,对每一距离单元上的信号进行多普勒频率滤波,以区别杂波和飞行目标。
美海军E-2C“鹰眼”预警机系统采用1977年GE公司推出的AN/APS-125雷达。该雷达选用UHF波段,低PRF。采用Rand公司生产的APA-171天线,安装在机背的旋转天线罩内。天线为双层背靠背八木端射阵列,由7800个组件构成。主天线一侧的前方装有Hazeltine公司制造的RT-988IFF天线(小型八木阵列)。主天线为水平极化,IFF天线为垂直极化。雷达天线(主天线)具有较低副瓣。采用偏置相位中心天线(DPCA)技术补偿平台运动,改善杂波影响。天线罩由玻璃钢材料制成,直径7.32米,厚0.76米,呈圆盘形。天线罩支撑在机背上,支撑架可伸缩。总重2吨。发射机为主振放大式,发射低PRF线性调频宽脉冲信号,有四个备选频率,末级为束射四极管7648。中心处理系统能自动保持对600个独立目标的跟踪。处理系统可提供40多个突袭任务和不同形式的截击。
1981年进一步改造为AN/APS-138。主要为改善副瓣电平,用全口径相位和幅度控制(Trac-A)阵列,以提高天线性能。发射机备选频率增至10个,工作方式多样化。到1984年全部已生产的E-2C雷达都改进为AN/APS-138。另外该雷达还被美国洛克希德马丁公司购买安装在P-3 反潜机上,改装成P-3预警机。
1990年后的E-2C换装AN/APS-145雷达。它综合了AN/APS-138和AN/APS-139雷达的优点,提高了抗干扰能力和自动化程度,对飞机目标的探测和确认距离为556公里以上。雷达的扫描包线为6百万立方英里。该雷达具有全发射孔径控制天线,可减少旁瓣引起的偏差干扰。
2003年8月,洛马公司根据一份价值4.135亿美元的转包合同,利用早期曾经投标澳大利亚“楔尾”计划的先进雷达设计方案,为E-2D预警机开发出新型ADS-18雷达。ADS-18雷达采用特殊技术,可以长时间跟踪主要的目标。
由L-3通信Randtron天线系统公司研制的新旋转天线罩内增加了电子扫描阵列,其具有持续的360°扫描能力。除了电子扫描天线外,ADS-18雷达还率先采用了目前最先进的数字式时空自适应处理(STAP)技术。这项技术实现了机载雷达对地面运动目标的跟踪。
ADS-18雷达系统的另一个关键技术是采用了全新设计的旋转耦合器。它构成了机内电子设备和旋转天线之间的接口,将来自旋转天线的各种无线电频率信号转发到机身内部的固定电缆中。
2、AN/APY-1/2雷达
1963年,美空军提出“陆地上空雷达技术”计划。1970年,Westinghouse公司完成新的雷达试验样机,定名为E-3A。
AN/APY-1是Westinghouse公司专门为E-3A“望楼”预警机设计的预警雷达。它安装在B707-320B飞机上,协同工作的共有八大组成系统:载机、监视雷达功能组、敌我识别功能组、导航与制导功能组、数据处理功能组、计算机程序功能组、通信功能组、数据显示和控制功能组。
此外还包括维护和监控、发电和动力、环境控制、自卫和后勤保障等。它主要对付低空目标,如高速轰炸机,巡航导弹等。它有三个突出特点:良好的下视能力;远探测距离;良好的抗干扰性能。为此,雷达系统采用以下技术措施:甚低副瓣天线;超高稳定性信号产生和处理技术;先进数字式数据处理技术。该雷达数字化程度高达90%。先进的软件设计使系统具有很高的灵活性和可靠性。
1977年,AN/APY-1雷达在增加海上工作方式后改称AN/APY-2。该雷达工作于 S 波段,全方位覆盖,具有脉冲和脉冲多普勒两种体制和5种工作方式。同时还采用了高脉冲重复频率、低旁瓣天线和先进的数字处理 技术等,从而使该雷达具有良好的下视能力、抗干扰能力、高可靠性和灵活的多功能性。除了美军E-3C预警机外,出口至日本、韩国的E-767预警机也搭载AN/APY-2雷达。
3、AN/APY-3雷达
AN/APY-3雷达是E-8“联合星”预警机(严格说,E-8应该叫战场监视飞机,主要用于探测地面目标)的核心组成部分,由Norton公司于20世纪80年代研制。
E-8飞机的前机身下部有一个12米长的独木舟形的雷达天线罩,里面装有一付AN/APY-3相控阵雷达天线。AN/APY3雷达设备重1900公斤,其多个发射机通过一个组合的大功率放大器将能量馈送到天线,这样做可增大雷达的探测距离,提高雷达系统的性能。该雷达天线可从飞机的任一侧对战场进行监视,在平面方位采用电子扫描,扫描范围可达到正负60°;而在俯仰方向则采用机械扫描,可提供目标数据和战斗控制数据。根据这些数据,操作人员可向飞机、导弹或火炮发出指令,进行火力支援。
AN/APY3相控阵雷达系统有多种工作模式,其中广域活动目标监视指示模式(WAS/MTI)是该雷达的基本工作模式。用这种模式,可对地面机动目标和直升机等慢速移动目标进行探测、定位和识别。对于地面固定目标的监视,使用的是合成孔径雷达/固定目标指示模式(SAR/FTI),这种模式可获得高分辨率的敌方阵地和地面固定目标的图像和照片,如桥梁、港囗、机场和静止车辆,以及诸如“飞毛腿”等导弹的发射架等,都可以在很远的距离以很高的概率探测到,并获得高清晰度图像。
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