国外雷达技术新进展概述

国外雷达技术新进展概述 朱峥嵘 (南京电子技术研究所,江苏省南京市 210039) 摘 � 要:雷达技术的研发与应用重点仍然集中在有源相控阵雷达、合成孔径雷达方面。有源相控 阵雷达技术在机载雷达系统、舰载雷达系统及陆基雷达系统中获得到了广泛的应用。文中指出 GaN (氮化镓 )单片微波集成电路功率放大器的可靠性有所提高, 有望成为有源相控阵雷达的关键部件, 并 使有源相控阵雷达的探测距离进一步增加。为满足在无人机上的应用要求, 合成孔径雷达的小型化 在 2009年取得了新的进展。 关键词:有源相控阵雷达; 合成孔径雷达; 单片微波集成电路 中图分类号: TN958 收稿日期: 2010�05�21。 0� 引 � 言 有源相控阵是近年来正在迅速发展的雷达新技 术,它将成为提高雷达在恶劣电磁环境下对付快速、机 动及隐身目标的一项关键技术。有源相控阵雷达是集 现代相控阵理论、超大规模集成电路、高速计算机、先 进固态器件及光电子技术为一体的高新技术产物 [ 1�2]。 合成孔径雷达是一种高分辨率的二维成像雷达, 由于 其具有全天候、全天时的优点, 特别适于大面积的地表 成像 [ 3�4]。 2009年,国外有源相控阵雷达技术与合成孔径雷 达技术取得了新进展。 1� 有源相控阵雷达技术 有源相控阵雷达具有机械扫描雷达不可比拟的优 越性, 是雷达技术的主要发展方向。 2009年, 欧美各 国竞相发展和装备有源相控阵雷达。陆基、舰载、机载 有源相控阵雷达的研制取得了重大进展,欧洲雷达集 团公司研制出可旋转的有源相控阵雷达天线,使该雷达 具备了对飞机身后区域的探测能力。美国诺斯罗普 � 格鲁曼公司开发出敏捷波束机载有源相控阵雷达,不仅 能对多个空中目标进行探测,还能进行地面动目标探 测,使作战飞机能完成多种作战任务。随着技术的进 步,尤其是 GaN (氮化镓 )单片微波集成电路在 T /R组 件中的应用,有源相控阵雷达的性能将进一步提高。 1. 1� GaN单片微波集成电路可靠性提高, 有望成为 有源相控阵雷达的关键部件 与 GaAs(砷化镓 )器件相比, G aN器件的功率密 度更高 (可达 40 W /mm ), 并具有更高的耐高温特性 (工作温度可达 600 以上 )。GaN高电子迁移率晶 体管可以提供较好的线性功率和效率以及较高的带宽 (高频参数达 230 GH z)。 美国雷声公司 GaN芯片进行了长达 1 000 h的可 靠性测试。在长达 1 000 h的 GaN单片微波集成电路 功率放大器可靠性测试中,器件性能没有降低,这表明 此器件向实用化方向迈出了重要的一步。该公司称此 GaN芯片将广泛用于防空 /反导系统的雷达中,它将使 有源相控阵雷达的探测距离大大增加, 并将使其具有 更强的电子攻击能力。 1. 2� 有源相控阵雷达技术首次应用于防空系统的火 控雷达 欧洲航空防务航天公司为美、意、德联合开发的 MEADS(中程扩展防空系统 )的 X波段 MFCR (多功能 火控雷达 )提供了第一批次 5 000个 T /R组件及其相 关电子设备。这些组件是有源相控阵雷达的关键部 件,它揭开了有源相控阵雷达技术应用于防空系统火 控雷达的序幕。 X波段多功能火控雷达是一种固态有源相控阵雷 达,在它的主雷达天线上集成了一个敌我识别天线,并 可选择性地集成电子支援分系统、GPS天线和数字处 理器。该雷达的天线安装在一台 5 t的卡车上, 用液 体进行冷却,冷却剂从热交换器流向 T /R组件, 然后 回流至热交换器。该雷达能以 !点对点模式 ∀来监视 有限方位角范围,也能以 !选择模式 ∀进行 360#全向扫 描。它的最远探测距离达 400 km, 具有引导中远程精 确制导武器拦截目标的能力, 能同时捕捉多个低雷达 截面积目标。该雷达的运用将为导弹防御系统提供一 种功能更强的火控雷达。 �8� 第 36卷第 6期 2010年 6月 � � � � � � � � � � � � � � 信 息 化 研 究� Inform atization Research� � � � � � � � � � � � � � � � � Vo .l 36 No. 6Jun. 2010 1. 3� 美国海军完成对双波段舰载有源相控阵雷达的 初步测试 美国雷声公司与美国海军一起完成了对双波段有 源相控阵雷达的测试。这一双波段雷达由 X波段 AN / SPY�3多功能有源相控阵雷达和 S波段体搜索雷达组 成。该雷达系统将安装在美海军 !朱姆沃尔特 ∀级驱 逐舰、!福特 ∀级航空母舰以及其他未来作战舰艇上, 为它们提供超强的监视能力。该雷达能满足深海、近 海等作战环境下的探测任务需求,完成水平搜索、广域 监视、火控、导弹制导等功能。 美国海军授予诺斯罗普�格鲁曼公司一份价值 1 000万美元的 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 , 开发用于下一代水面舰艇平台和 CG( X )巡洋舰的防空 /反导雷达。该雷达是包含 X波 段和 S波段的多功能有源相控阵雷达, 能够提供强大 的态势感知能力,可以在高杂波环境中跟踪和探测弹 道导弹。 1. 4� 美、法、俄机载有源相控阵雷达技术发展已进入 实用化阶段 美、法等西方国家的机载有源相控阵雷达技术发 展已进入实用化阶段,大量的有源相控阵雷达已装备 作战飞机。俄罗斯开发有源相控阵雷达虽然晚一些, 但是现在已经开始进入实用化阶段。 法国泰勒斯公司研制的 RBE2机载有源相控阵雷 达在 !阵风∀战斗机上进行了试飞,它将取代目前装备 的 RBE2机载无源相控阵雷达。RBE2机载无源相控 阵雷达虽然能够同时提供空对空和空对地工作模式, 但也存在探测距离不理想的缺点。 RBE2机载有源相控阵雷达采用 !即插即用 ∀的设 计理念, 最大限度地利用了 RBE2无源相控阵雷达的 硬件和软件。它采用了 1 000~ 1 200个 GaA s T /R组 件,水平搜索角度从 ∃ 60#提高至 ∃ 70#。它的最大探 测距离超过 140 km,比 RBE2无源相控阵雷达增加了 50%。它还能同时跟踪 40个空中目标,并对其中 8个 优先级目标提供瞄准所需的信息, 并通过数据链能同 时引导 4枚 !米卡 ∀导弹对视距以外的多目标进行攻 击。其空对地模式可提供高分辨率的合成孔径雷达图 像 (即高清晰度的地形图 )。该雷达的整体性能与美 国的 AN /APG�79有源相控阵雷达相当,从 2012年起, 它将装备法国空军和海军航空兵部队。 美国雷声公司开始用 APG�79有源相控阵雷达对 第 2批 !超级大黄蜂∀战斗机进行改装, 替代现装备的 APG�73型机械扫描雷达。与 AN /APG�73机械扫描雷 达相比, AN /APG�79有源相控阵雷达的作用距离更 远,达 180 km以上, 探测和跟踪的目标数量增加到 20 个,可靠性提高 5倍 (平均无故障时间达 917 h),而工作 和维护成本仅为 APG�73的 40%。AN /APG�79有源相 控阵雷达采用了数百个 T /R组件, 它可以同时进行空 对空和空对地侦察,具有高分辨率合成孔径雷达的地形 测绘能力。它提供的地面图像分辨率在 15 cm~ 40 cm 之间,可发现、识别和连续跟踪移动中的地面目标, 甚 至可以探测到大海上航行的舰船和小艇,从而使作战 飞机具备优异的对地面目标 (包括海上目标 )的精确 打击能力。它能够跟踪在其负责区域之外的目标, 并 能探测到小型、具有一定隐身能力的巡航导弹。它提 供的雷达图像可以进入网络, 与其他信息源提供的信 息融合为通用作战图像。AN /APG�79有源相控阵雷 达还具有电子防护、电子攻击的功能。在电子防护方 面,它能够消除对方的干扰信号。在电子攻击方面,它 可以提供高功率、窄波干扰能力, 可以干扰 X波段的 雷达和导弹导引头。 2009年 9月, 俄罗斯法兹特隆 N IIR公司宣布,已 经为米格�35战斗机成功研制出 Zhuk�AE型机载有源 相控阵雷达。它的作用距离为 148 km,最大探测距离 可达 200 km。该雷达工作在 X波段,在边跟踪边扫描 模式时可以跟踪 30个空中目标;在攻击模式时, 可以 同时攻击 6个目标。该雷达的 T /R组件采用的是 GaN单块微波集成电路,可靠性与西方国家的有源相 控阵雷达媲美,它的平均无故障时间为 900 h, 与美国 AN /APG�79有源相控阵雷达的 917 h接近。与此同 时,俄罗斯法兹特隆 N IIR公司在俄罗斯航展上披露, 它正在为第 5代战斗机研制新型有源相控阵雷达。该 雷达将采用 1 000个 T /R组件,是继 Zhuk�AE型机载 有源相控阵雷达之后的第 2代机载有源相控阵雷达。 1. 5� 欧洲研制出可旋转的有源相控阵雷达天线,使雷 达具备了对飞机身后区域的探测能力 2009年 10月, 欧洲雷达集团公司为台风战斗机 研制了一种称为 !凯撒 ∀的有源相控阵雷达。与大多 数采用固定天线阵面的机载有源相控阵雷达不同, 这 一雷达的天线阵面与载机的飞行轨迹成一定角度, 并 且安装在一个万向支架上, 可以转动。固定天线阵面 通过多个辐射阵元改变雷达波束的指向,而通过机械 转动天线阵面可扩大其波束扫描所覆盖的区域, 它的 覆盖范围可达 ∃ 100#, 能够看到飞机的 !后面 ∀。虽然 旋转天线阵面将显著增加维护工作量, 但是空对空和 空对地探测性能增强的价值远远高于增加一些维护工 作量。 1. 6� 诺斯罗普�格鲁曼公司开发出尺寸可变的敏捷 波束雷达 2008年 11月以来, 诺斯罗普 �格鲁曼公司研制 的 SABR(敏捷波束雷达 )进行了一系列飞行演示验 �9� 第 36卷第 6期 朱峥嵘: 国外雷达技术新进展概述 � 综述与评论� 证,成功探测并显示了多个空中目标,生成了高分辨率 的合成孔径雷达地图。 2009年 7月, SABR成功地安 装到美国空军 F�16战斗机上。 2� 合成孔径雷达继续向小型化方向发展 近年来,随着无人侦察机数量的不断增加,对合成 孔径雷达系统的小型化需求正在不断增长。无人机小 尺寸和执行多样任务的特点决定了它需要尺寸小、重 量轻的合成孔径 /地面动目标指示雷达。 2009年, 美 国相继研制出重量越来越轻的合成孔径 /地面动目标 指示雷达。 2. 1� 更轻型 !山猫 ∀B lock30无人机载合成孔径 /动目 标指示雷达通过飞行测试 美国通用动力航空系统公司的 !山猫 ∀系列合成 孔径雷达中的新型号 % % % !山猫 ∀ B lock30合成孔径雷 达在 !天空勇士∀B lock 1无人机上成功通过了 2次飞 行测试。 !山猫∀B lock 30雷达具有全天候的探测能力, 能 够对时敏目标进行探测。相对于通用动力航空系统公 司原有的 !山猫∀&合成孔径雷达而言, 它的探测距离 更远、重量更轻。 !山猫 ∀&的探测距离为 85 km,重量 为 39 kg; !山猫 ∀B lock 30的探测距离达 100 km,重量 仅为 36 kg。在地面倾斜或超出光电 /红外探测器有效 探测范围的情况下, !山猫 ∀B lock 30能够提供高分辨 率的合成孔径图像,可在 13 700 m的高空进行高分辨 率成像。当工作在合成孔径模式时 , 它可提供小于 0. 3m ~ 3. 0m的分辨率,并且它还具备对大面积区域 进行地面动目标指示能力, 能够对移动目标进行实时 探测与跟踪, 以动目标指示模式工作时, 能探测到以 10 km /h~ 70 km /h移动的目标,并能在数字地图上显 示其运动轨迹。 2. 2� 美国陆军试验最小的 !蓝锆石 ∀合成孔径 /地面 动目标指示雷达 美国陆军开始试飞 ZPY�1型 !蓝锆石 ∀雷达。 !蓝 锆石∀雷达是一种重量不到 30 kg的合成孔径 /地面动 目标指示雷达,被称为是已投产的最小的合成孔径 /地 面动目标指示雷达,将安装在 !天空勇士 ∀无人机上。 !天空勇士∀现已安装 !山猫 ∀B lock30合成孔径 /地面 动目标指示雷达,但未来的 !天空勇士 ∀B lock 1将换装 !蓝锆石 ∀雷达。 3� 结束语 近年来,随着高新技术的迅猛发展, 雷达技术有了 较大的发展空间,雷达与反雷达的相对平衡状态不断被 打破。国外许多国家为使雷达能满足现代作战需要,适 应日趋复杂的作战环境, 改善目前落后于反雷达的状 况,仍在加紧开发高新技术,为摆脱 !四大威胁 ∀ (即反 辐射导弹、目标隐身技术、低空超低空突防和先进的综 合性电子干扰 )积极采取对策 [ 5]。 2009年,国外有源相 控阵雷达技术与合成孔径雷达技术取得了新进展,不断 提高了雷达的适应性、有效性和战场生存能力。 参 � 考 � 文 � 献 [ 1] 蒋庆全. 有源相控阵雷达技术发展趋势 [ J]. 国防技术基 础, 2005, 5( 4): 9�11. [ 2] 吴镝. 舰载固态有源相控阵雷达技术 [ J] . 国防科技, 2001, 46( 16): 18�19. [ 3] 吴一戎, 朱敏慧. 合成孔径雷达技术的发展现状与趋势 [ J] . 遥感技术与应用, 2000, 15( 2): 121�123. [ 4] 林幼权. 星载合成孔径成像雷达发展现状与趋势 [ J]. 现 代雷达, 2009, 31( 10): 10�13. [ 5] 贾利, 郭留词, 李义. 机载有源相控阵雷达技术及应用 [ J] . 中国雷达, 2006, 10( 2): 8�11, 20. � � 朱峥嵘 ( 1969�) ,女, 工程师,主要从事科技期刊编辑工作。 Overview of New Advances in Foreign Radar Technology ZHU Zhengrong (N an jing Research Institute of E lectronics Techno logy, Nan jing 210039, China) Abstract: The emphasis of development and app licat ion in radar technology still focuses on the active phased array radars and synthetic aperture radars. The active phased array radar technologies have been w idely used in a irborne radar, sh ip�borne radar and ground�based radar systems. The reliab ility o f GaN mono lithic m icrow ave integrated c ircu it pow er amplifier has been improved, that expects to become the key components o f the active phased array radars, and the detection range o f active phased array radarw ill also be increased ow� ing to the devices. To meet the applicat ion requ irements in UAV s, the new advances of the m iniaturization w ork of synthetic aperture radar have been made in 2009. Keywords: active phased array radar; synthetic aperture radar; monolithicm icrow ave integrated circuit �10� � 综述与评论� 信 息 化 研 究 2010年 6月