中图分类号:TN958.92 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2010)04-0010-02收稿日期:2010-02-24;修回日期:2010-04-02作者简介:张成伟(1971 ),男,高级工程师;李登(1978 ),男,工程师;孙时珍(1965 ),高级工程师。
机载有源相控阵雷达特征分析张成伟1,李 登1,孙时珍2(1.电子信息控制重点实验室,成都610036;2.海装航技部,北京100071)摘要:以美军F/A-22飞机的AN/APG-77机载有源相控阵雷达为代表,对机载有源相控阵雷达的典型特征等进行了简要介绍,阐述了有源相控阵雷达信号特征带来的挑战和影响。
关键词:机载有源相控阵雷达;波形特征;发射功率;灵敏度;侦收;干扰The Challenge from Airborne AESAZ HANG Cheng -wei 1,LI Deng 1,S UN Sh-i zhen 2(1.Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chen gdu 610036,China;2.Aviation Technology Guaran tee Department of Navy Equipmen t,Beijing 100071,China)Abstract:Taking AN/APG-77airborne phase -array radar on F/A-22aircraft as typical example,a brief introduction on typical characteristics of airborne active phase -array radar is introduced,both challenges and influence brought by the signal characteristics of active phase -array radar on detection and jamming are elaborated.Key words:airborne active phase array radar;waveform characteristics;transmitting power;sensitiv -ity;detection;jammin g1 引言美国空军2005年12月15日宣布F/A -22 猛禽 战斗机正式服役,标志着世界上最先进的第四代空中优势战斗机进入美国空军战斗序列[1,2]。
继F/A-22以后,F-35 闪电 II 战斗机是美国联合英国、意大利、澳大利亚、土耳其、挪威、荷兰、丹麦和加拿大等八个国家正在研制的一种低成本多功能第四代战斗机,预计2012年和2013年形成初始作战能力,将成为未来数十年中装备国家和装备数量最大、使用最广泛的第四代战斗机。
以F/A-22、F-35为代表的第四代战斗机具有低可探测性、高度综合化的航电系统、高杀伤性、高生存力等特征,可在恶劣环境条件下昼、夜执行精确对地攻击、制空和防空作战任务,这种以信息技术为特征的第四代战斗机将逐渐成为空中力量的主宰。
实现第四代战斗机强大功能的是以机载有源相控阵雷达(AESA)为核心的综合航空电子系统,其中,F/A-22战斗机的AN/APG-77和F-35战斗机的AN/APG-81多功能雷达不但具有强大的雷达功能,还具有电子战和通信功能,是第四代机战斗机优异性能的集中体现。
机载有源相控阵雷达已经成为下一代机载火控雷达发展的必然趋势,是第四代战斗机的主要标志。
近年来,经过航电系统升级的第三代主力战斗机F/A-18E/F 装备了AN/APG-79有源相控阵雷达,F-15C 装备了AN/APG-63(V)2有源相控阵雷达,法国的 阵风 战斗机也装备了RB E2有源相控阵雷达,欧洲 台风 战斗机、瑞典JAS-39 鹰狮 战斗机等欧洲三代半战斗机以及俄罗斯的苏-35战斗机也将装备有源相控阵雷达。
进入21世纪,F/A-22、F-35以及经过航电升级的10张成伟,李 登,孙时珍机载有源相控阵雷达特征分析电子信息对抗技术 第25卷2010年7月第4期第三代战斗机将逐步成为美国以及亚太的主力战机,研究这些机载有源相控阵雷达具有重要意义。
2 机载有源相控阵雷达特征分析以美国F/A-22战斗机的AN/APG-77有源相控阵雷达为例,该雷达在功能、性能、可靠性和低可观测特性等方面取得了突破性进展,这些性能使F-22的总体作战性能产生了质的飞跃。
采用有源相控阵技术的雷达,具有传统机械扫描雷达不具备的技术优势,其主要特征如下[3]:a)大功率孔径乘积的实现对雷达反射面积较小目标(如无人机、巡航导弹和隐身飞机等)的探测需求使第四代战斗机雷达必须具有大的发射功率与收发天线面积的乘积。
有源相控阵天线是实现大功率孔径乘积的基础。
通过多通道TR组件及相控阵天线波束的相控扫描,使有源相控阵雷达可以去除机械扫描雷达天线的伺服驱动系统,同时也去除了加大雷达天线口径所受到的各种限制,可以使有源相控阵雷达在相同的体积内实现较大的收发天线面积。
同时,由于有源相控阵雷达的TR组件与天线一般是一体化设计,使得相控阵雷达的输出能量仅在相控阵天线内部传输。
而传统机械扫描雷达发射机产生的射频功率由馈线网络送到天线阵面再辐射出去,这个过程中的损耗较大。
因而在相同体积空间内,有源相控阵雷达的输出能量是传统机械扫描雷达的3到4倍。
输出能量的成倍提高,使相控阵雷达探测小目标的能力大大提高,抗有源干扰的能力增强,同时也首次使雷达为远程武器(如先进中程空对空导弹)提供火控信息成为可能,可为远程武器提供最大射程内打击目标所需的制导信号。
雷达等效功率的成倍提高,理论上要求干扰功率成倍增大,根据雷达方程可以得出,在其他相同技术指标要求情况下,需要的干扰机等效辐射功率与雷达等效功率成正比,即是说雷达等效辐射功率提高一倍,干扰机功率也必须提高一倍才能达到相同的干扰性能。
若AN/APG-77雷达的等效功率相比传统机械扫描雷达提供3到4倍,则干扰设备的干扰功率也必须相应提高3到4倍。
b)高速灵活的波束调度和捷变能力为满足同时多目标搜索、跟踪和多种雷达功能的需求,相控阵雷达以高速灵活的波束调度和波束切换实现了雷达搜索工作方式与跟踪方式之间的时间交替及其信号能量的分配与转换。
可以在维持多个目标跟踪攻击的前提下,继续维持对一定空域的搜索能力。
可以有效解决对多批、高速、高机动目标的跟踪和攻击问题。
能按照雷达工作环境的变化,自适应调整工作方式,按目标RCS大小、目标所在远近及目标重要性或目标威胁程度等改变雷达工作方式并进行雷达信号的能量分配。
相控阵雷达通过可编程方式可以形成不同形状的波束,例如针状波束、扇形波束、宽波束等,还可以在存在干扰的方向上形成零点,以抑制有源干扰。
机载有源相控阵雷达这种高速灵活的波束调度和捷变使侦收和识别难度增加,当相控阵采用跟踪加搜索(TAS)等方式间断照射目标,实现多目标探测、跟踪和攻击引导时,相控阵雷达信号表现为断续离散照射。
相控阵雷达这种波束调度特点对接收机来说表现为接收到的雷达脉冲数量少、持续时间短、规律性不强,使侦收和识别难度增加。
c)极大的工作带宽为增大雷达的频率捷变带宽,提高雷达抗有源干扰的能力,实现雷达与电子战、通信等的一体化设计,以AN/APG-77雷达为典型代表的有源相控阵雷达采用宽带固态TR组件及相应的变频系统,工作带宽增加一个数量级,使干扰机很难在所有频段上实施高强度的无薄弱区干扰。
现代相控阵雷达极大的工作带宽造成对特定雷达的侦收和干扰处理带宽呈数量级增长,要求侦察接收机具有更大的瞬时处理带宽和更强的信号识别、分选能力,更使传统的瞄频干扰或宽带噪声干扰效能下降。
d)复杂的发射波形设计现代机载相控阵雷达都具有多功能、多工作模式和抗干扰能力需求。
不同模式下雷达信号波形的选择是不同的,如精确测速的要求使相控阵雷达必须具有脉冲多普勒信号形式或准连续波信号形式;为满足提高相控阵雷达抗干扰能力的需求,相控阵雷达一般采用大瞬时带宽信号、捷变频(下转第43页)11电子信息对抗技术 第25卷2010年7月第4期张成伟,李 登,孙时珍机载有源相控阵雷达特征分析宽带宽信号,同时到达基于DRFM的干扰系统, DRFM由于存储容量有限而阻塞掉,不能实现准确干扰。
因此,相控阵无疑是一种极为优良的反侦察反干扰雷达体制。
例如,美国 弗莱克萨 三坐标相参火控雷达、英国 梅萨 多功能电扫自适应雷达等。
7 结束语DRFM技术应用高速采样和数字存储原理,实现存储和高精度复制的功能。
文章讨论了DRFM技术对雷达的影响、进行干扰的基本原理及应对这种干扰的方法。
从应用效果来看,采用DRFM对雷达进行干扰已经取得非常好的效果,技术比较成熟,技术性能比较高。
本文预测了数字储频干扰和反数字储频干扰的发展趋势,研究DRFM相关技术将极大促进数字射频存储技术在雷达和电子战中的发展。
参考文献:[1] 张永顺.雷达电子战原理[M].北京:国防工业出版社,2006.[2] 李军虎.DRFM技术在雷达对抗中的应用[J].航天电子对抗,2007(4):15-17.[3] 钱卫民.数字储频及其性能分析[J].电脑与信息技术,2006(6):28-29.[4] 周国富.数字射频存贮器(DRFM)技术在雷达对抗系统中的应用[J].电讯技术,1989(1):44-47. [5] 罗景青.雷达对抗原理[M].北京:解放军出版社,2003.[6] 曹爱华.雷达有源干扰技术研究[D].成都:电子科技大学,2009.(上接第11页)信号、频率分集等低截获概率(LPI)波形,以增加被电子战系统侦察和定位的难度。
不同信号脉冲宽度、重复频率、信号瞬时带宽、脉冲串长度和不同脉冲编码方式及其相互组合后的变化,便于雷达按完成功能和工作方式的不同而进行变化。
对每个不同的跟踪目标理论上都可应用不同的跟踪波形,从而可以有效实现相控阵雷达信号能量的最佳管理。
基于不同功能需求,在相控阵雷达中广泛采用高重频、中重频、线性调频脉冲压缩、脉冲编码脉冲压缩、频率捷变、频率分集、扩谱、重频捷变、重频参差甚至单个脉冲发射等波形及其复杂组合。
机载有源相控阵雷达这种复杂的波形设计使识别雷达工作模式的难度增加,对侦察接收机灵敏度、信号采集、处理、干扰技术选择方面都提出了较高的要求。
e)超低副瓣及自适应空间滤波现代相控阵雷达与常规天线相比,副瓣峰值可降低5dB以上,提高了副瓣抗干扰能力,使支援干扰更加困难。
同时,相控阵雷达通过改变相控阵列中各单元通道的信号幅度和相位,调整天线阵面口径场分布,可快速改变天线方向图或天线波束形状,在干扰源方向形成凹口或零点,可大幅度减小旁瓣侦收和支援干扰的影响。