美国防空雷达发展现状

地面防空武器 2006年第1期 美国防空雷达发展现状 赵 飞 1 前言 作为现代战争的主要信息源，雷达在预 警、跟踪、识别、制导、战场评估等方面都发挥 着重要的作用。现代战争中远程打击能力的 进一步增强对雷达技术提出了更高的要求。 在美国的导弹防御系统计划中，雷达技术不 断进步，靶场试验从未停止。本文分别就美 国弹道导弹防御系统和典型防空系统和雷达 的技术发展进行简要的介绍。 2 弹道导弹防御系统中的雷达系统 陆基中段防御系统，即原来的国家导弹 防御系统(NMD )，它是美国弹道导弹防御系 统的重要组成部分，目前已经进人部署阶段。 计划中的NMD系统中包括15部大型相控阵 雷达;6部早期预警雷达的工作频率为420 450MHz;9部X波段地基雷达的工作频率约 为IOGf。这些雷达能够探测到从朝鲜半岛 直到英国这样横跨欧亚大陆的地理范围。在 区域内，雷达能探测到目标的技术特征，同时 可利用雷达对弹道导弹所释放目标的角度位 置、距离、速度等参数进行测量和辨别。 2.1 美国地基上升段预警系统雷达 现在的上升段预警雷达包括位于阿拉斯 加、格陵兰和英国的3部弹道导弹早期预警 系统(BMEWS)雷达和位于加利福尼亚和马萨 诸塞州的2部“铺路爪”(PAVEPAWS)雷达。 两个朝南的“铺路爪”雷达在佐治亚州和得克 萨斯州两地，但在90年代初已被停止使用并 被拆卸(部分部件将用在BMEWS系统阿拉斯 加州克里尔站上升段雷达中)。 美国共安装了三台BMEWS雷达站，设在 阿拉斯加州的克利尔、格陵兰的图勒以及英 格兰的菲林代尔斯。这些雷达起初并不是相 控阵雷达，后来被新型相控阵雷达所替换。 克利尔和图勒的雷达有二个阵面，覆盖2400 方位角，而菲林代尔斯站有三个阵面，覆盖 360。的方位角;这些雷达站的功能类似“铺路 爪”雷达网的功能。 BMEWS具有攻击评估的作用(计算来袭 目标数量和预测弹着点)，也能用于对空间目 标的监测。每个雷达有两个阵面，每个阵面 方位角覆盖范围1200，总的方位覆盖范围为 2400;雷达工作在 UHF波段，应用420 450MHz之间的24个1. 2MHz宽的带宽范围 (对应波长为0.67一0.71米);每一天线阵面 直径为31.1米，但在每个阵面上有源的收/ 发模块所占直径只有22.1米;每个阵面含有 1792个有源模块(总模块数量约为5376个)， 收发功率模块的噪声值为2.9dB;每个阵面的 平均功率大约为150千瓦，功率孔径积约为 5.8 x 107瓦·平方米。这些雷达对RCS二10 平方米目标的探测距离能达到5001〕千米。 改进的BMEWS系统相控阵雷达使用的 收/发模块个数与“铺路爪”雷达相同，工作频 率范围同为420一450MHz。每个阵面直径为 25.6米，并有2560块有源模块;每个阵面的 平均功率为255千瓦，功率孔径积为1.3 x 108 瓦·平方米，大约是“铺路爪”雷达的两倍。雷 达的角分辨率都与“铺路爪”雷达相类似，距 离分辨率比“铺路爪”雷达更好一些，由于该 雷达站的频带宽度是5一IOMHz，在跟踪目标 时相应的距离分辨率为15一30米。 在50年代，“铺路爪”雷达的功率孔径积 不足以探测苏联某些较远程的潜射弹道导 45 地面防空武器 总第317期 弹，于是有人提出应对麻省和加州的“铺路 爪”雷达进行6dB的功率孔径积升级。1988 一1991年期间的实践证实，升级仅限于更换 计算机、外围设施、信号处理器、显示控制台 及其软件，升级的“铺路爪”雷达保持了相同 的外形与结构，雷达波束宽度为2.200 第六部早期预警雷达“丹麦眼镜蛇”(Co- bra Dane)雷达，建在阿留申群岛的谢米亚岛 上，用于监视地处勘察加半岛的苏联导弹试 验靶场落区。“丹麦眼镜蛇”雷达的工作频率 1. 3GHz，它是L波段雷达(短波雷达)。2005 年9月，“丹麦眼镜蛇”雷达成功完成了一次 拦截试验。试验没有发射拦截导弹。靶弹从 一架C一17运输机上投放，随后高空发射，模 拟一枚穿越太平洋攻击美国的真实导弹的弹 道。作为地基导弹防御系统的一部分，这是 该雷达升级后的首次试验。雷达成功追踪了 靶弹飞行。雷达获得的数据被传送到了科罗 拉多州的科罗拉多泉和阿拉斯加州的格里利 堡指挥中心，他们利用这些数据来制导位于 阿拉斯加和加利福尼亚的拦截导弹。 键的作用。这些雷达应用了相同的收/发模 块，均输出10瓦的脉冲功率及2.1瓦的平均 功率。GBR一P雷达样机的天线面积为123 平方米(其直径大约为12.5米)，天线阵面有 168%个收/发模块。探测距离为2000千米 (设弹头目标没有采用隐形措施);也有报道 称该雷达天线阵上使用模块要少，天线的有 效孔径的面积为10.5平方米。 XBR雷达天线面积为123平方米，安装 81000块收/发模块，探测距离(设目标 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面没 有采用隐身措施)为4000千米，因而雷达的 平均发射功率大约为170千瓦。XBR雷达具 有实施空间监视、搜索、跟踪、目标识别、拦截 器点火控制以及杀伤评估等功能，是单面阵 雷达，八角形天线，在方位角方向能够机械转 动士1780、俯仰方向机械转动0-900，但天线 的电扫范围，俯仰角及方位角均为0一50 雷达将采用线性频率调制的波形，计有三种 调制方式，即窄带、中带和宽带调制。 2.3 美国末段高层区域防御系统( 雷达 2.2 美国陆基中段导弹防御系统地基雷达 为了解决导弹防御中真假目标识别需 求，美国陆军研制了一种X波段固态相控阵 雷达。该雷达的不同型号将用于末段高层区 域防御cTHAAD)系统和NMD系统，也可部署 在海上。X波段雷达是一种地基多功能雷 达。雷达对来袭弹道导弹弹头目标进行跟 踪、识别和杀伤评价。X波段雷达能够确定 出再人飞行器的直径、长度、旋转率、速度、质 量、其它伴随物体的位置以及再人飞行器鼻 锥部摇摆模式。它采用高频和先进的雷达信 号处理技术来提高目标分辨力，识别真假目 标。雷达向作战管理与指挥控制(BMCZ)系 统提供洲际弹道导弹初期飞行弹道的数据， 以及实时的飞行中跟踪数据。 位于太平洋马绍尔群岛的夸贾林小岛上 的地基雷达样机(GBR一P)是NMD中XBR雷 达的样机，在导弹拦截试验中起到了非常关 46 末段高层区域防御系统预计将于2009 年部署。系统由四大系统组成:作战管理/指 挥控制通信和情报(BM/C' I )部分、拦截弹部 分、发射车部分和雷达部分。 THAAD雷达原称末端成像雷达，用于识 别再人大气层内的真假弹头。1987年12月， 其任务扩展为捕获、跟踪并识别中段、末段的 来袭目标，同时引导动能拦截弹，并能评估杀 伤效果，正式更名为GBR。它是地基X波段 固态有源相控阵雷达，其天线口径为10一12 平方米，由大约2.5万个辐射单元组成，对空 间进行90。半球形立体搜索。 THA.AD雷达包括5个部分:主电源车单 元(PPU)、天线设备单元(AE)、电子设备单元 (EEU)、制冷设备单元(CEU)和操作控制单元 (OCU)，其中OCU自带发电机。 .AE单元:固态T/R模块，阵面为9.2平 方米长方形; 地面防空武器 2006年第1期 "EEU单元:包括2台计算机作为数据处 发电设备，有核生化保护系统。 理用，其能力有50%的富裕度，4个大型并行 THAAD雷达既可以独立作战，也可以和 处理器作为信号处理器，也有50%的富裕度， 其他低空防御系统(如“爱国者”PAC一3)组成 并有核生化保护设施，还有接收机/主控振荡 多层防御系统。与“爱国者’' MPQ - 53雷达相 器、波形发生器; 比，它首先是监视功能，而后才是远距离火 " CEU单元:作战准备时间小于20分 控。它为THAAD系统提供监视、火控、杀伤 钟，制冷流量为300岁min; .酬古，以及发射初始化信息。其参数如表1 " PPU单元:包括2台1.1MW柴油发电 所示。雷达的主要作战技术性能为:雷达标 机(一台备份)，作战准备时间小于10分钟; 定探测距离为500千米(目标RCS二1平方 " OCU单元:3个操作台，用光纤数据链 米)，雷达的功率孔径乘积为3.24 x 105瓦·平 路与THAAD探测系统接口相接，与EEU单 方米，前向探测方位角1200，探测仰角为9 00 0 元通过小于500M的光缆链接，自带15千瓦 表1 THAAD雷达性能参数2 参 数 数 值 参 数 数 值 工作频率(GHz) 9.5 搜索立体角(一线，sr) 0.011 波长(cm) 3.15 模块峰值功率(w) 10 物理孔径面积(m2) 9.2 模块平均功率(w) 2.1 有效孔径面积(m2) 6 总平均功率(W) 54 有源器件数量 25 433 功率孔径积(kWm2 ) 324 接收增益(带中权)(dB) 48.8 噪声温度(k) 500 方位波束宽度(“) 0.4 设备损耗(波集中心，dB) 2.8 俯仰波束宽度(“) 0.96 搜索额外损耗(dB) 7.2 扫描扇形角度(“) 90 大气损耗(dB) 5.5 总搜索损耗(dB) 15.5 雷声公司制造的第一部THAAD雷达日前 部署在白沙试验场。该雷达自2004年3月抵达 试验场后一直用于跟踪卫星。2004年9月2日 在白沙试验场进行的“爱国者”导弹拦截试验 中,THAAD雷达成功跟踪了一枚战术弹道导 弹，“爱国者”导弹成功地拦截一枚弹道导弹和 一枚巡航导弹。试验中目标导弹沿低空大气层 轨迹飞行，雷达由防空炮兵操作。第一次试验 中，炮兵们成功地获取、分类和跟踪了目标导弹 和拦截弹。这是PAC一3试验计划的一部分。 THAAD雷达能够区分有威胁的战术弹道导弹 目标，跟踪需要拦截的目标，为后续的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 任务 收集击中的识古数据。 2.4 美国海基X波段雷达 海基X波段雷达(SBX)是把X波段雷达 安装在一个远航的、半潜平台上，平台具有双 体结构和自推进能力，航速可达13千米/小 时。将为陆基中段防御(GMD)系统提供详细 的弹道导弹跟踪信息，并为GMD拦截导弹提 供先进的目标瞄准能力和干扰判别能力。 SBX长 118.9米，高76.2米，排水量50000 吨，由一颗商业C波段卫星建立SBX与岸边 基地之间的通信联系。雷达平台的主甲板上 配有住舱、工作间、贮藏舱、发电室、驾驶控制 室，为支持雷达天线阵、指挥、控制和通信组 件及飞行拦截器通信系统数据终端提供地面 空间和所需的基础设施。 全功能运行的情况下，雷达需要30一60 人操作。雷达波长在3厘米以下，在方位和 俯仰上各有500的视场，并且雷达能够旋转， 可跟踪来自任何方向的目标。雷达波束能够 47 地面防空武器 总第317期 3600工作。 2005年初SBX安装到得克萨斯州科拍 斯克里斯蒂湾的一座经过改进的海上石油钻 井平台上。美国导弹防御局于8月8日宣布 SBX已经成功完成12天的海上测试，于2005 年7月21日返回驻扎在德克萨斯州科拍斯 克里斯蒂城的近海基地。咫风“埃米丽”到达 海湾时，舰员和岸上支援部队实施抗风浪计 划的演习，延长执行任务两天。海上舰员成 功实施了几次主要的测试，包括速度、机动性 人员和货物转移、连续性能测试和主要任务 有效载荷的验证。SBX以阿拉斯加州阿留申 群岛的艾德克岛作为母港，有能力支持在整 个太平洋海域进行的导弹试验和军事行动。 导弹防御局局长奥伯林9月14日宣布，海基 X波段(SBX)雷达于2005年9月11日成功 发出首道波束。 3 美国典型防空雷达系统 3.1“爱国者”MPQ一53雷达 AN/MPQ一53是“爱国者”防空系统PAC 一3的探测制导雷达，它是多功能相控阵雷 达。主要由雷达/指挥控制车接口装置、控制 器组合、发射机组合、射频激励器、接收机组 合、信号处理机组合、敌我识别器组合、环境 控制器组合以及天线组合等组成，安装在 M2818型牵引车牵引的XM869型拖车上。行 军时天线折叠平放在车厢顶上，作战时展开 成67.50(瞄准线的高低角为22.50)固定架 设。雷达为C波段半主动寻的、Ku波段主动 寻的。作用距离约为150一160千米。雷达 在武器系统计算机控制下，通过灵活多变的 波束方向图进行搜索、跟踪和制导，在天线覆 盖的1200(土印。)扇面内(高低角900)，可监 视90一125个目标，同时跟踪8个目标，向5 枚导弹传送相应的中制导指令并对3枚导弹 进行“通过导弹跟踪”(TVM)制导。 雷达的主天线阵近似圆形，直径2.44 米，共5 161个阵元，是带有前后辐射器和移 48 相器的通过式空间馈电阵列天线，可进行犯 种天线方向图转换，转换时间为100毫秒，用 于搜索、跟踪、照射目标和制导导弹。TVM 天线阵位于主阵的左下方，外形近似圆形，直 径533.4毫米，共253个阵元，照射能量由主 阵提供，采用时分割接收分布于整个拦截空 域内目标导弹的TVM下行线信号，还可对主 阵起旁瓣消隐作用。敌我识别器天线阵为矩 形天线阵，由20个阵元组成，工作在D波段， 5个电子反干扰小天线阵位于主天线的下 方，每个小天线均由51个阵元组成。 少爱国者”最新的改进版本是PAC一3/30 在雷达系统部分中，这次改进引人了经过升 级的AN/MPQ一65雷达，扩大了雷达的搜索 距离，增强了雷达在高杂波环境下的探测能 力，并改进了雷达对近空目标的分辨能力(提 高诱饵识别能力)，从而提高雷达的作战能 力。此外，这种雷达搜索部分的体积增大了， 雷达增加了额外的搜索部件来改进雷达对战 术弹道导弹的搜索、跟踪能力，提高了对高性 能巡航导弹的探测能力，也提高了反空射巡 航导弹的能力。 3.2 中程增程防空系统(MEADS ) 中程增程防空系统是用来代替“霍克”和 “爱国者”系统的一种机动性防空反导系统。 该系统将具备区域防空和点防空能力。它要 用来保护机动部队的安全，具有更强的机动 性，可随同快速移动地面部队在战场机动部 署，导弹采用直接碰撞杀伤方式。 MEADS系统不但配备扫描区域为3600 的X波段目标搜索雷达(“爱国者”雷达扫描 区域为1200)，而且安装了可对战场威胁快速 反应并减少误伤的开放式结构软件，系统战 场管理能力因此大大提高。并且，MEADS系 统的寿命周期费用经评估只是“爱国者”系统 的一半。该系统的主要装备由以下六个部分 组成:多功能火控雷达、监视雷达、战场管理、 指挥、控制、通信、计算机和情报(BMC41), “爱国者”PAC一3导弹及导弹装运箱、发射架 地面防空武器 2006年第 1期 和装弹机。MEADS系统将使用PAC一3最新 型导弹，该导弹采用直接碰撞的方式摧毁携 带核生化武器的战术弹道导弹或导弹的弹 头。 MEADS搜索雷达有一个相控阵天线，使 用脉冲一多普勒波形和数字波束形成技术。 搜索雷达是一个旋转固态相控阵雷达，在它 的主雷达天线上面集成了一个敌我识别 (IFF)天线。同样地，X波段火控雷达也是一 个旋转固态相控阵雷达，但除了敌我识别天 线之外，它还有一个可选择的电子支援 (ESM)分系统。两部雷达都能以凝视模式来 覆盖有限方位角范围，也能以选装模式覆盖 3600。两部雷达使用通用的电源和通信设 备，一样的机械平台和数字化的信号/数据处 理器。但是它们的RF频率不同。搜索雷达 的天线安装在一台5吨的卡车上，平台上也 装有热交换器、控制面板等设备。该雷达采 取液体冷却方法，冷却剂从热交换器流向T/ R模块，然后回流至热交换器。 在X波段多功能火控雷达旋转的平台 上，安装着雷达天线、可选择的ESM分系统、 IFF天线、GPS天线和数字处理器。火控雷达 的静态平台和牵引卡车和搜索雷达是一样 的，火控雷达也是液体制冷的。 2004年5月，MEADS系统在意大利成功 完成了一次系统演示，一套原型MEADS系统 成功地进行了防空演示试验，跟踪并拦截了 模拟战术弹道导弹和飞机。这标志着 MEADS项目为期3年的风险降低工作阶段 结束。该系统需要达到的性能指标完全实 现。按照计划，在经过了一系列的系统模拟 和硬件测试之后，MEADS将在2007年开始进 行10次研制与作战测试，其中包括导弹拦截 测试，有5次是多弹拦截测试。在整个项目 设计和研制阶段，美军方将为“爱国者”系统 增加新的作战能力。2012年MEADS将取代 “爱国者”系统。 3.3 美国AN/SPY一1雷达 由雷声公司制造的舰载相控阵雷达— AN/SPY一1是一部多功能雷达，它是美国海 军“宙斯盾”武器系统的雷达部分，可对空中 和海面目标进行自动搜索、检测、跟踪并完成 对“ 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ”SM一2导弹的中段制导。它的工作 频段为E/F波段(波长10厘米)，这一频段是 能够减轻海面镜像反射杂波的干扰，同时提 高探测能力和扫描速度。四面阵天线可以提 供方位3600、仰角900的覆盖。SPY一1雷达 对高空典型目标(高度3000米以上，RCS为3 平方米)的最大探测距离是320千米。但受 地球曲率影响，对低空掠海飞行目标的最大 探测距离只有40千米。 最新升级的“宙斯盾”武器系统被命名为 “基线7",“平克尼号”导弹驱逐舰将成为第 一艘部署“基线7”武器系统的军舰。“基线 7"首次实现商品现货军用化，该系统包括高 级处理计算体系结构和新型AN/SPY一1D (V)相控阵雷达系统。完全转变的高级处理 计算环境和网络基础构造增强了“宙斯盾”武 器系统，极大程度地提高武器系统的开放性 结构，十分有利于未来武器系统的升级。 AN/SPY - 1 D (V)相控阵雷达系统的自 适应雷达模型控制更有效地适合滨海作战环 境，在电子对抗作战中作战性能尤为突出。 “基线7”武器系统另一个主要升级系统是最 新水下作战系统，该系统整合了洛克希德·马 丁公司的远程猎雷系统(RMS )，可为舰队战 斗群提供水雷探测能力，增强军舰的主要作 战性能，进一步增强军舰执行多样化任务的 能力。 目前，全球拥有“宙斯盾”武器系统的驱逐 舰和护卫舰共有76艘，此外，美国和其他国家 现有30艘军舰计划装配部署“宙斯盾”武器系 统。AN/SPY一1各型号装备清况如下: AN/SPY一1A装备“提康德罗加”级巡洋 舰的CG47一58号舰。 AN/SPY一1B装备“提康德罗加”级巡洋 舰的CG59一73号舰。该AN/SPY一1B雷达 在A型基础上进行了较大改进，采用了新的 天线配置方式，使天线旁瓣更低，增强了相应 49 地面防空武器 总第317期 的抗阻塞式干扰能力。改进了信号处理器， 并换用新的发射管，提高了功率，从而增大了 探测距离，并使跟踪干扰环境下低飞导弹的 能力大为提高。 AN/SPY一1C原本计划以航空母舰为平 台，因难于实现而被取消; AN/SPY一1D和D(V)装备DDG一51驱 逐舰。“伯克”I级上的AN/SPY一1D雷达进 行了“适应近海作战”改进，定型为D(V)雷 达，加强了对沿海具有复杂背景杂波掩护下 飞行目标的探测能力。 SPY一1E由洛克希德·马丁公司研制，是 CVN77航母的待选雷达。首套样机预定2006 年交付，计划装备新型巡洋舰或者替代“提康 德罗加”级巡洋舰的现役雷达。SPY一1E雷 达不是对现有的SPY一1无源相控阵雷达进 行简单升级，它是一种全新的大功率有源相 控阵雷达，将采用最先进的可升级雷达体系 结构、固态有源T/R模块、数字信号处理、算 法、雷达控制程序等。该雷达特点包括:采用 固态有源相控阵阵列;大大增加T/R模块数 量;提高波束聚束能力;增大带宽;采用可升 级的开放式体系结构，以对付能力不断提高 的各种威胁，包括隐身目标、反舰巡航导弹、 远程弹道导弹和先进电子干扰措施。 SPY一1F雷达是AN/SPY一1雷达系统 的一种改进型号，用于与改进型“海麻雀”导 弹和“标准”一2导弹一同构成“宙斯盾”系统 可靠的高效作战性能。2005年2月，伊萨造 船集团与洛克希德·马丁公司对第一套配备 新型SPY一1F雷达的“宙斯盾”武器系统进 行了成功的初始测试，该系统由挪威的“南 森”号护卫舰装备，被称为“缩小的宙斯盾”系 统。SPY一1F雷达系统在首次舰上实战跟踪 演练中，成功识别和跟踪了多个目标。 SPY一1K是一个小型的低成本版本，用 来安装在轻型巡洋舰、护卫舰和巡逻舰船上。 3.4 美国AN/SPY一3雷达 美国海军正在研制的海上多功能雷达 50 (MFR)和立体搜索雷达(VSR)计划装备DD (X),CNV77,CVN(X)和1H(X)等未来水面舰 艇。MFR和VSR雷达都采用有源相控阵雷 达体制，在未来30年内将完全取代现役大中 型水面舰载雷达。 MFR型号是SPY一3，它采用固态有源相 控阵技术，被定义为三坐标监视雷达，它工作 在X波段(8一12GHz )，天线阵共有20000- 24,000个T/R模块。该雷达具有地平线搜 索、有限空中搜索以及火控跟踪和目标照射 能力，可在濒海高杂波条件下自动探测、跟踪 和照射低飞的威胁导弹，并为改进型“海麻 雀”导弹、标准导弹提供火控照射。 SPY一3有3个有源相控阵阵面，每个阵 面上有大约5000个收/发单元。这些单元与 T/R模块相连，它们是基本的阵面单元模块， 即收/发集成多功能模块(T/RIMM) o SPY - 3雷达由雷声公司综合防御系统 分部设计。它综合了超过5种现代海军水面 舰艇雷达的功能，支持新型舰船的设计要求， 降低了舰艇的雷达截面积，显著减少了人员 需求，降低了舰艇成本。2003年初雷声公司 在瓦勒普斯岛对SPY一3雷达进行了测试， SPY一3成功地精确跟踪了一枚以较低高度 飞行的靶标，可以满足21世纪舰队对地平线 搜索和火力控制的所有需求。2004年5月， 首部AN/SPY一3雷达已经正式在DD(X)驱 逐舰计划中使用。 4 结语 在防空反导系统中，雷达系统占有相当 重要的分量。不论是早期预警雷达，还是跟 踪制导雷达美国都在不断的改进之中。对这 些改进进行跟踪研究，将对我国雷达技术的 进步带来很多启示。 赵 飞，航天科工集团二院208所工程师